不同驯化条件下的磷酸盐还原特性研究及其微生物种群结构分析

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1、广州大学硕士学位论文不同驯化条件下的磷酸盐还原特性研究及其微生物种群结构分析专业：建筑与土木工程研究方向：市政工程硕士生：申子鸣指导教师：张朝升教授摘要日趋严重的磷污染问题以及由于磷的不可再生所导致的资源匮乏问题都迫使我们急需找到一种既稳定高效，又能方便回收的除磷方法。然而传统除磷方法存在较大的缺陷，如何更好地处理废水中的磷成为本专业目前和今后的重点之一。基于磷酸盐还原反应的除磷工艺近年来成为研究热点之一，从理论上看，其具备能耗低、磷素回收方便、能够处理高磷废水等优点。本课题对该技术进行研究，在厌氧序批式反应器（AnaerobicSequencingBa

2、tchReactor，ASBR）产磷化氢的基础上，探索性地采用组合填料型厌氧序批式生物膜反应器（AnaerobicSequencingBatchBiofilmReactor，ASBBR）、兼氧弱曝气型序批式反应器（SequencingBatchReactor，SBR）来进行磷酸盐还原菌（PhosphateReductionBacteria，PRB）的培养，对各反应系统的除磷运行效能进行动态研究，并对其驯化前后的微生物种群结构迁移情况进行分析，为磷酸盐还原反应的研究奠定了一定的理论及应用基础。以下为主要研究成果：建立了三套不同驯化方式下的磷酸盐还原系统：启

3、动阶段中，1#ASBR、2#ASBBR、3#SBR分别经过不同时长的培养，上清液磷酸盐（TPw）去除率达到26.50~36.91%、26.12~31.14%、36.53~55.86%，有机物（COD）去除率达到95.12~97.83%、93.71~95.46%、92.02~95.60%。在此过程中，总产气量与磷化氢产量也逐步得到提升，最终三者的气态磷化氢（Free-gaseousPhosphine，FGP）产出水平分别为432.79pg、2212.65pg、1907.77pgI不同驯化条件下的磷酸盐还原特性研究及其微生物种群结构分析左右，表明本试验中新的

4、驯化方式可以提高磷化氢产量。稳定期内，粒径结果显示，3#污泥平均粒径最大，达到380.197μm。电镜扫描结果显示，各系统中细菌形态差别较大，说明不同驯化方式下的长期培养将很大程度地改变优势菌种及其污泥形态。在对两套新型反应系统的影响因素试验中，2#ASBBR以C/P=100：1、初始pH=8、T=45℃的培养条件为最优运行效果，与原工况差别较小；3#SBR以C/P=150：1、初始pH=9、T=45℃、高曝气量为最优培养条件，由此可见兼氧驯化后的系统其最佳工况条件发生了明显改变。对各系统进行稳定状态下的典型周期动态监测，结果显示各系统中结合态磷化氢（M

5、atrix-boundPhosphine，MBP）与碱性磷酸酶均呈显著正相关，趋势为先上升后下降，表明碱性磷酸酶活性的提高有利于产磷化氢。通过比较各系统的磷化氢产出特性，发现磷酸盐发生还原后均主要以MBP囤积于固相，而相对而言兼氧条件下以FGP气体形式逸出的程度占比更高，可以推断污泥本身对磷化氢具有较强吸附性，而一定的气流扰动可以促进磷化氢脱附。2#ASBBR的磷化氢产量在特定点出现突跃，表明在特定状态下生物膜体系更有利于磷酸盐还原反应的进行。由高通量测序结果可以看出，2#ASBBR与3#SBR相较于1#ASBR均发生了不同程度的种群结构缩减，亲缘性以1

6、#、2#更好。由驯化前、后的种群类别分布情况可以推断，参与磷化氢产生的主要功能菌隶属于变形菌门（Proteobacteria）下。此外，较厌氧系统而言，兼氧系统下微生物富集行为较为独特，厚壁菌门（Firmicutes）、Saccharibacteria菌门的丰度增加明显，推测系统内可能含新型兼性除磷菌，但有待进一步确认。关键词：磷酸盐还原；驯化方式；磷化氢；酶活性；微生物II广州大学硕士学位论文TheStudyonCharacteristicsofPhosphateReductioninDifferentDomesticationConditionsan

7、dAnalysisofMicrobialPopulationStructureMajor:Architectureandcivilengineering（Municipal）Name:ShenZimingSupervisor:Prof.ZhangChaoshengAbstractTheproblemoftheincreasinglyseriouspollutionbyphosphorusandthelackofresourceduetoitsnon-renewableproperityforceustofindastableandefficientpho

8、sphorusrecoverymethodurgently.However,th