OLAND生物脱氮系统运行条件及其微生物群落结构的研究

OLAND两阶段生物脱氮系统是一项正在开发且极具应用前景的处理高氨氮、低COD废水的新技术。在实验室水平，对OLAND系统限氧亚硝化阶段MBR反应器和厌氧氨氧化阶段SBR反应器的启动和运行进行了系统研究。MBR反应器控制参数在DO0.1-0.3mg/L，pH7.8±0.1，温度30±0.5℃，SRT无穷大的条件下，可实现在较高的容积负荷By＝IO00mgN／L，水力停留时间HRT：ld下稳定的亚硝酸型硝化，使NH4+-N和NO2-N的出水比例达到理想的比值（1:1.20±0.20），保证厌氧氨氧化阶段SBR反应器的理想进水；SBR反应器在完全厌氧、pH7.8-8.2，温度30±0．5℃，SRT无穷大的条件下，无需外加任何有机碳源，在较高总氮负荷550mgN／L下，可实现NH4+-N和NO2--N同时稳定的去除，二者的消耗比例为1:（1.21±0.05），总氮去除率高达92％。采用巢式PCR、DGGE、 FISH等分子技术对MBR反应器硝化菌群随溶解氧的动态变化规律和SBR反应器厌氧氨氧化菌群结构、组成进行了研究，并探讨了硝化菌群与氮素组成变化之间的内在联系。结果表明：在限氧亚硝化阶段硝化菌群中氨氧化菌受溶解氧浓度的影响较大，其种群结构从反应器启动初期到稳定后期发生了非常明显的变化。亚硝酸氧化菌NOB的种群组成受溶氧影响并不明显，从启动初期到稳定后期其种群结构无明显变化。硝化菌群中氨氧化菌 AOB与亚硝酸氧化菌NOB的数量比例关系随溶解氧的降低而不断升高，从最初的3.6:1升高到稳定后期的5.5:1。MBR反应器优势硝化菌群主要由A、B、C三类氨氧化菌和硝化杆菌D、硝化螺菌F组成，其中优势菌C为维持MBR反应器稳定出水比例的主要功能菌。硝化菌群组成和结构的变化，带来了不同N素之间组成和比例的规律性变化。厌氧氨氧化阶段基本由厌氧氨氧化菌AnAOB和ANAMMOX两类菌组成，二者空间结构紧密，在反应器中的活菌数量比例分别为55％和42％。厌氧氨氧化菌AnAOB种群多样性相对比较丰富，主要由条带I和H所代表的两种优势菌组成；ANAMMOX菌种群多样性变化较小，其种群主要由优势菌K和J组成。对MBR和SBR反应器中的优势菌进行了克隆、测序和系统发育学分析，结果表明：限氧亚硝化阶段MBR反应器启动初期的优势菌A属于Nitrosomonadaceae科，是否是一个新属，还有待于进一步鉴定。运行中期优势菌B与Nitroso）nonaseurooaea亲缘关系最近，同源性高达99.1％，暂命名为Nilrosomonas sp.BI。稳定后期优势菌C与Nitrosomonas eutroPha亲缘关系最近，同源性为96.3％，暂命名为Nifrosomonas sp．cl。硝化杆菌属优势菌D与Nitrobacter alkalicus、Nitrobacter hambllrgensts和Nitlobac招rwinograsky 亲缘关系较近，同源性分别为95.5-97％、96.5～97％和95.8～96.8％。SBR反应器中AnAOB优势菌I与MBR反应器优势菌B亲缘关系最近，同源性高达98.7％，与Nitlosomonas euroPaea同源性为98.3％。根据序列比较和生理特性分析，优势菌I与优势菌B应为Nitrosomonas属两个不同的种，暂将优势菌I命名为Nitrosomonas sp．II。优势菌H与MBR反应器优势菌C亲缘关系最近，同源性达97.9％，与Nitrosomonas eutropha同源性为96.3％。结合其生理特性分析，二者应为Nitrosomonas属两个不同的种，暂将优势菌H命名为Nitrosomollas sp．Hl。ANAMMox优势菌K与未培养的 Planctomycete和已鉴定的另一种ANAMMoX菌尤uenenia sf况ttgartiensis亲缘关系较近，同源性分别为99.8％和96.6％。优势菌J与Gen bank收录的所有菌的相似性均低于76％，说明该菌是OLAND系统厌氧氨氧化阶段比较独特的菌，是迄今为止在厌氧反应过程中未发现的一个新菌。