泳动床系统生物膜及悬浮生物絮体中硝化菌反硝化菌群分析及调控

摘要：采用泳动床（一种生物接触氧化法）可以取得高效的同时硝化反硝化脱氮效果，缓解当前的水资源危机，但是对于这种生物膜和悬浮污泥共存的混合系统的脱氮原理至今没有一个完善的理论解释，其反硝化的脱氮途径、发生位置、菌种类型等问题仍存在较多疑问。本研究通过FISH、DGGE和PCR等分子生物学手段解析生物接触氧化法中微生物种群的结构组成、数量性状、时空分布和变化，不仅可以探寻生物接触氧化法反应器调试过程中微生物种群结构和污水处理构筑物功能之间的关系，为工艺的合理设计与优化调控提供全面的科学依据，还可以考查菌群生长机制与耗氧量的相关性，为工艺节约能耗提供理论依据，进而揭示生物接触氧化法的脱氮途径，解析其脱氮原理。

泳动床生物膜法可取得高效SND脱氮效果，但是在生物膜和悬浮污泥共存系统中的微生物的组成结构、数量、时空分布及其贡献仍存在较多疑问。本项目研究了DO、HRT、C/N、碳源对泳动床生物膜法处理效果的影响，考察了分段进水串联附积床去除COD、TN效果。并通过FISH、PCR-DGGE、反硝化功能基因等分子生物学技术，研究了反应器中微生物种群的结构、数量、时空分布及变化，解析了功能微生物的动态变化与系统脱氮效率的相关性。为工艺设计与优化提供了科学依据。主要研究成果归纳如下：.（1）泳动床脱氮最佳条件：HRT为5.0~8h，C/N=12， DO为 2.0~3.0mg/L， pH值为7.0～7.8。分段进水串联附积床在流量分配比= 3:4:3，C/N=2.5~3.8时，COD、NH4+-N及TN平均去除率分别为89.6%、94.7%和70.9%（最高84%）。.（2）不同DO浓度的反应器中，微生物分属5大类群，分别为变形菌、拟杆菌、放线菌、芽单胞菌和未分类菌。串联附积床反应器中微生物种属主要有变形菌﹑放线菌、未分类菌。.（3）反应器中均发现了厌氧反硝化菌Comamonadaceae、Acidovorax等和具有硝化作用的Nitrosomonas sp、Nitrospirae。串联附积床生物膜和悬浮液中发现了具有硝化作用的Nitrosomonas sp、Nitrospirae和好氧反硝化菌Pseudomonas. stutzeri。.（4）串联附积床不同工况下生物膜和悬浮污泥中微生物菌群相似性达90%。C/N为4、8、12时为55%左右，C/N为15时相似度为64.6%，相似性均随着C/N的升高而逐渐降低。.（5）碳氮比为4时生物膜上AOB菌（31.4%）和NOB菌（18.1%）均高于碳氮比为8、12、15时的比例，而悬浮液中AOB菌的比例（6.5%）明显低于生物膜上的比例；生物膜上硝化菌的数量（98.2 cell/107mg）远大于悬浮液中的硝化细菌量（16.4 cell/107mg）。.（6）反硝化细菌多样性随碳氮比的增加而降低，系统中反硝化菌主要为β-变形菌，大部分是厌氧反硝化菌，部分已知的反硝化菌具有好氧反硝化功能，如Comamonadaceae, Alcaligenes eutrophus, Paracoccus denitrificans等。.