废水处理中氨氧化古菌的生态分布及对生物脱氮的作用

本项目以北京城市污水处理厂活性污泥为研究对象，采用环境分子生物学方法为研究手段，选择不同的废水处理系统，包括：常规活性污泥法，A/O工艺，氧化沟，SBR等，对不同活性污泥来源的AOA生态分布进行测定分析，探讨废水处理污泥中AOA种群的生态分布特性，AOA在废水生物脱氮过程中的作用和地位。同时，选取本地土壤或其它沉积物样品为对照，比对分析活性污泥中的AOA与其它来源样品AOA的异同，并分析与文献报道AOA的相关性。针对废水处理系统不同脱氮效果的运行性能，分析测定AOA丰度、代谢活性和生物脱氮性能之间的相互关系，了解AOA在不同处理工艺和运行条件下的变化规律，AOA的代谢活性和运行参数之间的相关性，探讨和建立维持高效生物脱氮反应的操作条件和控制技术。本研究对更深入地揭示活性污泥中AOA对生物脱氮反应的作用和机理，建立高效的生物脱氮工艺组合，均有重要的理论意义和实际应用价值。

本项目以北京城市污水处理厂活性污泥为研究对象，采用环境分子生物学方法为研究手段，重点探讨了废水处理污泥中AOA种群的生态分布及在废水生物脱氮过程中的作用。试验提出了AOA分析测定的优化检测方法，对三个污水处理厂的污泥样品检测出了AOA，其污水处理工艺分别为两级A/O工艺，A2/O工艺，氧化沟工艺。与土壤中AOA相比，污水处理厂样品中的AOA多样性较高，而数量较少。运行A2/O工艺的污水处理厂污泥样品中的AOA所得DGGE电泳图谱条带最多，表明其AOA的多样性最高，其次为A/O工艺，条带数最少的是氧化沟工艺。DGGE电泳图谱的差异表明，运行条件及处理工艺会对其中的AOA群落结构产生影响。检测出AOA的三个污水处理厂进水NH4-N浓度均较高。 同时，两级A/O工艺，A2/O，氧化沟工艺都属于阶段式或推流式工艺，污泥停留时间较长。在处理系统的后半部分营养物质缺乏，使得对环境承受能力较高的AOA能够生长。与土壤AOA与海洋AOA相比，污水处理厂的AOA其氨氧化能力较低。高通量454测序分析表明，污水处理厂絮体污泥和好氧颗粒污泥的AOB与NOB种群分别存在比较明显的差异，尽管絮体污泥的种群多样性较高，但是，相应的微生物含量却较少。反应器投加AOA初期总氮去除率较低，在AOA减少后总氮去除率升高，这一结果表明AOA的存在与反应器生物脱氮之间没有强化正向作用。好氧颗粒污泥的生物脱氮效能与絮体污泥相比大大提高。批式进水的运行模式能有效提高好氧颗粒SBR对TN的去除率。在完全好氧运行条件下，颗粒SBR的TN去除率随着好氧过程中DO浓度的降低而升高。这些研究结果对更好地了解废水处理系统中AOA的分子生态分布与生物脱氮中的作用，以及更好地开发生物强化脱氮处理技术均有较大的理论意义与实用价值。