盐度和重金属对序批式生物反应器性能及微生物群落结构影响的研究

【摘要】本文以序批式活性污泥反应器（SBR）、序批式生物膜反应器（SBBR）和好氧颗粒污泥序批式反应器（GSBR）为研究对象，分别研究了盐度和重金属对序批式生物反应器性能及其微生物群落结构的影响。在进水盐度从0.5%逐渐增加到6%的过程中，SBR在运行稳定阶段COD平均去除率由98%降低至33%，NH4+-N平均去除率由97%降低至30%。随盐度增加活性污泥SOUR呈先增加后降低变化。进水盐度由0.5%逐渐增加至6%，活性污泥的比氨氧化速率（SAOR）、比亚硝酸盐氧化速率（SNOR）和比硝酸盐还原速率（SNRR）分别降低77%、88%和58%，活性污泥的松散结合胞外聚合物（LB-EPS）与紧密型胞外聚合物（TB-EPS）中蛋白（PN）/多糖（PS）比分别由4.8和3.3降低至0.9和1.4。不同盐度下LB-EPS和TB-EPS三维荧光光谱中共有4个荧光峰，其中3个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关。盐度增加对LB-EPS中PN和TB-EPS中PS的官能团有明显的影响。LB-EPS和TB-EPS与活性污泥容积指数（SVI）呈线性关系，相关系数R2分别为0.9479和0.9355。盐度低于3%时SBR系统中微生物多样性指数随盐度增加而增加，盐度高于4%时微生物多样性指数逐渐降低。与反硝化菌Denitromonassp.D12-45.1和Denitromonassp.D2-1相比硝化菌Nitrosomonassp.Is32对盐度的增加更敏感。不同盐度下多数菌属于α-和β-proteobacteria纲。在进水盐度从0%逐渐增加到8%的过程中，SBBR在运行稳定阶段COD平均去除率由96%降低至36%，NH4+-N平均去除率由94%降低至27%。随盐度增加生物膜和悬浮污泥SOUR均呈先增加后降低变化。进水盐度由0%逐渐增加至8%，生物膜SAOR、SNOR和SNRR分别降低74%、82%和65%；悬浮污泥SAOR、SNOR和SNRR分别降低80%、84%和70%；生物膜LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比分别由2.4和3.0降低至1.3和1.8；悬浮污泥LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比分别由1.6和2.8降低至0.6和1.2。不同盐度下生物膜LB-EPS和TB-EPS中三维荧光光谱共有3个荧光峰，其中，2个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关；悬浮污泥中共有5个荧光峰，其中4个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关。生物膜和悬浮污泥LB-EPS和TB-EPS中PS的官能团更容易受盐度增加的影响。不同盐度下生物膜微生物多样性总是高于悬浮污泥，纲的水平上生物膜和悬浮污泥中多数菌归属于Actinobacteridae纲。在进水盐度从0%逐渐增加到8%的过程中，GSBR在运行稳定阶段在运行稳定阶段COD平均去除率由92%降低至25%，NH4+-N平均去除率由93%降低至21%。随盐度增加颗粒污泥SOUR呈先增加后降低变化。进水盐度由0%逐渐增加至8%，颗粒污泥SAOR、SNOR和SNRR分别降低89%、92%和78%，颗粒污泥LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比分别由6.2和5.7降低至1.6和1.1。不同盐度下LB-EPS和TB-EPS三维荧光光谱中共有3个荧光峰，其中2个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关。盐度的增加对颗粒污泥LB-EPS和TB-EPS中PS的官能团有明显的影响。LB-EPS和TB-EPS与颗粒污泥SVI呈线性关系，R2分别为0.9067和0.8913。LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比与颗粒污泥相对疏水性（RH）呈线性关系，R2分别为0.9169和0.9494。进水盐度低于2%时GSBR系统中微生物多样性指数随盐度增加而增加，进水盐度高于3%时微生物多样性指数逐渐降低。不同盐度下，纲的水平上GSBR反应器中多数菌归属于γ-proteobacteria纲。在进水Cu(II)浓度由0mg/L逐渐增加至50mg/L过程中，SBR在运行稳定阶段COD平均去除率由93%降低至58%，NH4+-N平均去除率93%降低至50%，出水NO3–N平均浓度由0.10mg/L增加至0.65mg/L；活性污泥SOUR由27.82mgO2/(gMLSS·h)降低至15.37mgO2/(gMLSS·h)；SAOR、SNOR和SNRR分别降低58%、54%和51%；活性污泥LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比分别由2.6和1.8增加至3.9和2.5。不同Cu(II)浓度下LB-EPS和TB-EPS三维荧光光谱中共有6个荧光峰，其中4个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关，1个荧光峰与富里酸类物质有关。进水Cu(II)浓度的增加对活性污泥LB-EPS和TB-EPS中PN和PS的官能团有明显的影响。X射线光电子能谱（XPS）表明，Cu(II)存在于LB-EPS中，Cu(I)存在于TB-EPS中。活性污泥中微生物多样性随进水Cu(II)浓度增加而降低。不同Cu(II)浓度下，纲的水平上SBR中多数菌归属于Actinobacteridae纲。在进水Cd(II)浓度由0mg/L增加至50mg/L过程中，SBBR在运行稳定阶段COD平均去除率由96%降低至62%，NH4+-N平均去除率由94%降低至50%；悬浮污泥SOUR由38.01mgO2/(gMLSS·h)降低至17.28mgO2/(gMLSS·h)，生物膜SOUR由35.45mgO2/(gMLSS·h)降低至15.95mgO2/(gMLSS·h)；生物膜SAOR、SNOR和SNRR分别降低74%、61%和51%；悬浮污泥SAOR、SNOR和SNRR分别降低75%、63%和58%；生物膜LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比分别由2.4和2.9增加至3.4和3.8；悬浮污泥LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比分别由2.8和1.8增加至3.9和3.1。不同Cd(II)浓度下生物膜LB-EPS和TB-EPS三维荧光光谱中共有4个荧光峰，其中3个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关；悬浮污泥中共有5个荧光峰，其中4个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关。Cd(II)浓度的增加对生物膜和悬浮污泥LB-EPS和TB-EPS中PN和PS的官能团有明显影响。不同Cd(II)浓度下生物膜微生物多样性总是高于悬浮污泥，纲的水平上生物膜和悬浮污泥中多数菌归属于Actinobacteridae纲。进水Cr(VI)浓度由0mg/L逐渐增加至30mg/L，GSBR在运行稳定阶段COD平均去除率由95%降低至24%，NH4+-N平均去除率93%降低至16%，出水NO3–N平均浓度由0.55mg/L增加至1.88mg/L；颗粒污泥SOUR由34.86mgO2/(gMLSS·h)降低至12.18mgO2/(gMLSS·h)；SAOR、SNOR和SNRR分别降低82%、73%和53%；颗粒污泥LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比分别由6.9和6.8增加至7.7和8.3。不同Cr(VI)浓度下颗粒污泥LB-EPS和TB-EPS三维荧光光谱中共有5个荧光峰，其中3个荧光峰与蛋白类物质有关，1个荧光峰与胡敏酸类物质有关，1个荧光峰与富里酸类物质有关。进水Cr(VI)浓度的增加对LB-EPS和TB-EPS中PN和PS的官能团有明显的影响。XPS分析结果表明，部分Cr(VI)被还原成Cr(III)。LB-EPS和TB-EPS中PN/PS比与颗粒污泥RH呈线性关系，R2分别为0.9172和0.9782。颗粒污泥中Actinobacteridae纲占总细菌比列随进水中Cr(VI)浓度的增加而增大。
【作者】王子超；
【导师】高孟春；
【作者基本信息】中国海洋大学，环境工程，2014，博士
【关键词】盐度；重金属；序批式生物反应器；胞外聚合物；微生物群落结构；

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