Mn、S电子供体对异养反硝化过程的影响及作用机制

作     者：高钰 

作者单位：河北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王洪杰;于洁

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：生物锰氧化 硫自养 反硝化 微生物群落结构 

摘      要：水体的硝酸盐污染治理问题是国内外环境领域的研究热点,异养反硝化在污水硝酸盐处理中被广泛应用。然而,国内污水处理厂存在低碳氮比污水无法满足微生物异养反硝化所需能源的问题,低碳氮比污水的硝酸盐去除通常需要额外添加有机碳源。本研究针对低碳氮比硝酸盐污染水体脱氮效率低问题,建立了厌氧环境下以锰(Mn)、硫(S)作为电子供体的异养反硝化体系,研究了是否添加额外的有机碳源、电子供体配比、时间、温度对反硝化性能的影响,探讨了以Mn、S作为电子供体的异养反硝化体系通过减少氨的异化硝酸盐还原(DNRA)加速硝酸盐去除的反硝化过程,揭示了微生物Anaerolineae和Actinobacteria介导DNRA及Gammaproteobacteria介导生物锰氧化和硫自养反硝化加速硝酸盐去除的脱氮机制,本研究为锰自养/硫自养/异养耦合反硝化有效处理硝酸盐污染提供了新思路。主要结果如下:(1)研究了是否额外添加有机碳源、温度、时间、电子供体配比对反硝化性能的影响规律。Mn、S作为电子供体加速硝酸盐的去除,同时减少了亚硝酸盐的积累。无额外添加有机碳源下,35℃下Mn浓度为40 mg/L、S浓度为10 mg/L时达到最大硝酸盐去除速率。额外添加有机碳源下,30℃下Mn浓度为30 mg/L、S浓度为20 mg/L的时达到最大硝酸盐去除速率。额外添加有机碳源减少了亚硝酸盐氮(NO-N)和氨氮(NH-N)的累积,减少DNRA从而获得更快的硝酸盐去除速率。(2)通过SEM、XPS表征及微生物群落结构分析探究了以Mn、S为电子供体的异养反硝化脱氮作用机制。SEM分析结果表明添加Mn电子供体下出现了二氧化锰的球形和蜂窝状多孔结构,证明生物锰氧化物(Bio-Mn Ox)的生成,添加S电子供体下出现了硫自养反硝化体系中的杆形、球形及螺旋状结构。XPS结果表明在653.6 e V出现了二氧化锰典型特征峰,进一步证明形成了生物锰氧化物(Bio-Mn Ox)。16S r RNA分析结果发现与生物锰氧化和硫自养反硝化过程相关的主要菌纲Gammaproteobacteria,反硝化过程相关的主要菌纲Alphaproteobacteria、Bacteroidia,与氨的异化硝酸盐还原相关的主要菌纲Anaerolineae和Actinobacteria。