盐度渐增对水解微生物群落结构与功能的影响
发布时间：2021-09-07 13:10
工业废水循环利用导致盐度渐增,应用水解反应器连续处理硫酸钠盐度渐增的高色度印染废水.在进水盐度从0.5g·L-1渐增到4 g·L-1时,印染废水也得以持续高效脱色.宏基因测序表明,盐度渐增导致水解污泥微生物种数从882种下降到了631种,但细菌群落的生物多样性仍保持稳定.盐度渐增对细菌群落的整体功能没有明显影响,但改变了水解脱色功能菌和功能酶的丰度.低盐度条件下Proteobacteria门占主导地位,Methanothrix和Geobacter为参与水解作用的优势属.在盐度渐增时,与众多细菌对盐度胁迫的反应相反,Proteobacteria丰度持续增加,Desulfovibrio和Desulfococcus成为优势属.PICRUSt功能解析显示,脱色酶SOD1和SOD2相对丰度显著下降,CAT和TYR的相对丰度上升,从总体上保证了水解生物系统脱色功能的稳定.本研究从水解脱色功能基因的角度,探讨盐度渐增对水解微生物群落和功能的影响,为盐度渐增胁迫条件下印染废水的脱色和有机物去除机制研究提供理论基础.
【文章来源】：环境科学. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
试验装置流程示意
生物反应器内盐度的变化趋势如图2所示．100 d内电导率和硫酸根离子浓度分别从2.276m S·cm-1和247.4 mg·L-1上升到了15.370m S·cm-1和1 000.1 mg·L-1，盐度则从558 mg·L-1上升到了4 020.8 mg·L-1，盐度平均增长速率为0.035 g·(L·d)-1[图2(a)]．盐度渐增条件下，系统进水COD和B/C比分别在830～950 mg·L-1和0.15～0.16之间变化[图2 (b)]．运行初期盐度为0.558 g·L-1时COD的平均去除率为46%～47%．盐度上升到1.8 g·L-1,COD去除率为37%～43%之间波动．最终盐度上升到4.02 g·L-1时，COD去除率变为45%～47%之间．与此相一致，盐度从0上升到10 g·L-1时，缺氧区COD去除率为76%～80%之间，保持相对稳定[26]．由于盐度上升，进水B/C比持续下降到0.127 (降幅为37.7%)，但是水解酸化出水B/C比为0.32～0.34之间波动，未受到盐度持续增加的显著影响．水解池主要进行脱色和挥发性脂肪酸的转化[27]，对偶氮染料脱色率接近80%[28],VFAs产生可以为反硝化单元提供优质的碳源[25]．图2(c)显示了水解出水VFAs和色度变化情况．进水色度在1 200～1 550 C.U之间波动，水解出水色度为131～190 C.U之间变化，脱色率平均为88.4%．水解出水中的VFAs主要由乙酸盐组成，占比为81%～85%之间，盐度持续渐增情况下，水解出水VFAs浓度保持了相对稳定．由此可见，尽管盐度持续上升，水解反应器的脱色和水解酸化功能未受到显著影响．
图3(b)显示了盐度渐增过程中水解酸化污泥属水平上群落结构的变化，不同盐度条件下水解污泥样品中细菌菌群丰度和组成相差较大．盐度渐增初期，Methanothrix、Geobacter、Hyphomicrobium、Bradyrhizobium、Pseudorhodoplanes、Desulfobacter和Desulfomicrobium为优势属(相对丰度大于1%).Methanothrix相对丰度为3.78%，主要参与喹啉与细菌的共代谢，有助于提高污泥对染料代谢中间体喹啉胁迫的耐受性[34]．土杆菌属(Geobacter)相对丰度为1.05%，土杆菌属参与芳香烃的降解[35]．盐度增长到4.02 g·L-1时，水解污泥中的优势属扩大到12属，丰度最高的为Desulfovibrio (脱硫弧菌)和Desulfomicrobium，相对丰度分别为5.9%和4.1%．其次为Desulfococcus、Desulfocurvus、Pannonibacter和Magnetospirillum，相对丰度分别为1.9%、1.7%、1.66%和1.6%.Methanothrix、Pelobacter、Desulforegula、Desulfosarcina、Desulfatitalea和Geobacter相对丰度为1.24%～1.39%之间．Desulfovibrio微生物由于含有偶氮还原酶，可将偶氮染料降解成芳香胺类物质，广泛参与染料脱色作用[8],Desulfococcus属的微生物能广泛参与芳香胺类物质代谢[36]．由此可见，在盐度渐增条件下水解微生物保持了偶氮染料从脱色到中间代谢产物的全过程降解功能．这些现象与盐度梯度上升研究结果一致，进水盐度的变化会显著影响微生物群落结构的组成[15,17]．此外，Desulfovibrio同时还参与合成亚硫酸氢还原酶，得以在缺氧条件下参与硫代谢．值得注意的是，Nitrospira属是参与硝化作用的微生物，在盐度渐增情况下，相对丰度从0.036%升高到了0.045%，增长约25%，显示盐度渐增对系统硝化功能起到促进作用．2.4 丰度聚类分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]异养硝化-好氧反硝化混合菌对尿素的去除及重金属和盐度的影响[J]. 王萌萌,曹刚,张迪,冯乃宪,潘涌璋. 环境科学. 2020(06)
[2]ABR处理综合印染废水中细菌群落结构研究[J]. 邢立群,王力超,杨立业. 环境科学与技术. 2019(03)
[3]水解酸化/AO组合工艺处理印染废水色度去除与脱氮性能[J]. 顾梦琪,尹启东,刘爱科,吴光学. 环境科学. 2018(12)
[4]NaCl盐度对A2/O工艺去除废水污染物和系统微生物的影响[J]. 张兰河,田蕊,陈子成,郭静波,贾艳萍. 农业工程学报. 2018(10)
[5]基于高通量测序的SBR反应器丝状膨胀污泥菌群分析[J]. 洪颖,姚俊芹,马斌,徐双,张彦江. 环境科学. 2018(07)
[6]水解酸化+A/O+UF+RO处理低浓度印染废水回用工程[J]. 程家迪,黄周满. 工业水处理. 2017(05)
[7]不同盐度下活性污泥中微生物群落变化规律及其处理模拟染料废水[J]. 周贵忠,许硕,姚倩,银钗. 环境科学. 2017(07)
[8]印染废水厌氧水解过程挥发性脂肪酸的产生及影响因素[J]. 操家顺,唐思远,李超,周彬宇. 净水技术. 2014(03)
[9]染料的生物降解研究[J]. 许玫英,郭俊,岑英华,孙国萍. 微生物学通报. 2006(01)
博士论文
[1]印染废水深度降解工艺及工程应用研究[D]. 刘伟京.南京理工大学 2013
本文编号：3389604
【文章来源】：环境科学. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
试验装置流程示意
生物反应器内盐度的变化趋势如图2所示．100 d内电导率和硫酸根离子浓度分别从2.276m S·cm-1和247.4 mg·L-1上升到了15.370m S·cm-1和1 000.1 mg·L-1，盐度则从558 mg·L-1上升到了4 020.8 mg·L-1，盐度平均增长速率为0.035 g·(L·d)-1[图2(a)]．盐度渐增条件下，系统进水COD和B/C比分别在830～950 mg·L-1和0.15～0.16之间变化[图2 (b)]．运行初期盐度为0.558 g·L-1时COD的平均去除率为46%～47%．盐度上升到1.8 g·L-1,COD去除率为37%～43%之间波动．最终盐度上升到4.02 g·L-1时，COD去除率变为45%～47%之间．与此相一致，盐度从0上升到10 g·L-1时，缺氧区COD去除率为76%～80%之间，保持相对稳定[26]．由于盐度上升，进水B/C比持续下降到0.127 (降幅为37.7%)，但是水解酸化出水B/C比为0.32～0.34之间波动，未受到盐度持续增加的显著影响．水解池主要进行脱色和挥发性脂肪酸的转化[27]，对偶氮染料脱色率接近80%[28],VFAs产生可以为反硝化单元提供优质的碳源[25]．图2(c)显示了水解出水VFAs和色度变化情况．进水色度在1 200～1 550 C.U之间波动，水解出水色度为131～190 C.U之间变化，脱色率平均为88.4%．水解出水中的VFAs主要由乙酸盐组成，占比为81%～85%之间，盐度持续渐增情况下，水解出水VFAs浓度保持了相对稳定．由此可见，尽管盐度持续上升，水解反应器的脱色和水解酸化功能未受到显著影响．
图3(b)显示了盐度渐增过程中水解酸化污泥属水平上群落结构的变化，不同盐度条件下水解污泥样品中细菌菌群丰度和组成相差较大．盐度渐增初期，Methanothrix、Geobacter、Hyphomicrobium、Bradyrhizobium、Pseudorhodoplanes、Desulfobacter和Desulfomicrobium为优势属(相对丰度大于1%).Methanothrix相对丰度为3.78%，主要参与喹啉与细菌的共代谢，有助于提高污泥对染料代谢中间体喹啉胁迫的耐受性[34]．土杆菌属(Geobacter)相对丰度为1.05%，土杆菌属参与芳香烃的降解[35]．盐度增长到4.02 g·L-1时，水解污泥中的优势属扩大到12属，丰度最高的为Desulfovibrio (脱硫弧菌)和Desulfomicrobium，相对丰度分别为5.9%和4.1%．其次为Desulfococcus、Desulfocurvus、Pannonibacter和Magnetospirillum，相对丰度分别为1.9%、1.7%、1.66%和1.6%.Methanothrix、Pelobacter、Desulforegula、Desulfosarcina、Desulfatitalea和Geobacter相对丰度为1.24%～1.39%之间．Desulfovibrio微生物由于含有偶氮还原酶，可将偶氮染料降解成芳香胺类物质，广泛参与染料脱色作用[8],Desulfococcus属的微生物能广泛参与芳香胺类物质代谢[36]．由此可见，在盐度渐增条件下水解微生物保持了偶氮染料从脱色到中间代谢产物的全过程降解功能．这些现象与盐度梯度上升研究结果一致，进水盐度的变化会显著影响微生物群落结构的组成[15,17]．此外，Desulfovibrio同时还参与合成亚硫酸氢还原酶，得以在缺氧条件下参与硫代谢．值得注意的是，Nitrospira属是参与硝化作用的微生物，在盐度渐增情况下，相对丰度从0.036%升高到了0.045%，增长约25%，显示盐度渐增对系统硝化功能起到促进作用．2.4 丰度聚类分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]异养硝化-好氧反硝化混合菌对尿素的去除及重金属和盐度的影响[J]. 王萌萌,曹刚,张迪,冯乃宪,潘涌璋. 环境科学. 2020(06)
[2]ABR处理综合印染废水中细菌群落结构研究[J]. 邢立群,王力超,杨立业. 环境科学与技术. 2019(03)
[3]水解酸化/AO组合工艺处理印染废水色度去除与脱氮性能[J]. 顾梦琪,尹启东,刘爱科,吴光学. 环境科学. 2018(12)
[4]NaCl盐度对A2/O工艺去除废水污染物和系统微生物的影响[J]. 张兰河,田蕊,陈子成,郭静波,贾艳萍. 农业工程学报. 2018(10)
[5]基于高通量测序的SBR反应器丝状膨胀污泥菌群分析[J]. 洪颖,姚俊芹,马斌,徐双,张彦江. 环境科学. 2018(07)
[6]水解酸化+A/O+UF+RO处理低浓度印染废水回用工程[J]. 程家迪,黄周满. 工业水处理. 2017(05)
[7]不同盐度下活性污泥中微生物群落变化规律及其处理模拟染料废水[J]. 周贵忠,许硕,姚倩,银钗. 环境科学. 2017(07)
[8]印染废水厌氧水解过程挥发性脂肪酸的产生及影响因素[J]. 操家顺,唐思远,李超,周彬宇. 净水技术. 2014(03)
[9]染料的生物降解研究[J]. 许玫英,郭俊,岑英华,孙国萍. 微生物学通报. 2006(01)
博士论文
[1]印染废水深度降解工艺及工程应用研究[D]. 刘伟京.南京理工大学 2013
本文编号：3389604
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qgylw/3389604.html
