厌氧氨氧化反应器启动及微生物群落结构解析

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1、硕士学位论文厌氧氨氧化反应器启动及微生物群落结构解析STUDYONTHESTART-UPOFANAMMOXREACTORANDMICROBIALCOMMUNITYANALYSIS储昭瑞哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：TU992.3学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工学硕士学位论文厌氧氨氧化反应器启动及微生物群落结构解析硕士研究生：储昭瑞导师：张杰教授申请学位：工学硕士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU992.3U.D.C:6

2、28.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHESTART-UPOFANAMMOXREACTORANDMICROBIALCOMMUNITYANALYSISCandidate：ChuZhaoruiSupervisor：Prof.ZhangJieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMuni.&Env.Eng.DateofDefence：J

3、uly,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术是目前已知的最经济有效的生物脱氮途径，相比较于传统的硝化反硝化技术具有需氧量低、污泥产量少和无需外加碳源等优点，具有广阔的推广应用前景。但是，厌氧氨氧化菌生长缓慢（世代周期约11d），对环境条件敏感，造成了厌氧氨氧化反应器启动时间过长（据报道，采用普通活性污泥成功启动厌氧氨氧化反应器的时间长达数年之久），从而严重制约了厌氧氨氧化技术的工程应用。本课题从接种污

4、泥、反应器启动方式和控制参数等角度出发，运用现代分子生物学的一些技术手段，如末端限制性片段长度多态性技术（T-RFLP）、荧光定量PCR技术（Q-PCR），旨在攻克厌氧氨氧化反应器启动周期过缓这一瓶颈性难题，为未来厌氧氨氧化技术在污水脱氮领域的广泛应用提供理论依据和技术支撑。主要研究成果如下：（1）为了实现对样品中厌氧氨氧化菌群结构的快速解析，提出了一种基于末端限制性片段长度多态性技术（T-RFLP）对样品中厌氧氨氧化菌群落组成的分析方法。通过对SILVA（R108）SSURef数据库中已知厌氧氨氧化菌16SrRNA基因序列的模拟PCR和酶切分析，选

5、取合适的PCR引物（amx368f-amx820r）和限制性内切酶（MspI&RsaI），使得不同厌氧氨氧化菌属对应不同的末端片段长度（T-RFs），从而完成对厌氧氨氧化菌群结构的快速分析。经过重复性和灵敏性检验表明，该方法能够有效地、稳定地应用于环境样品中厌氧氨氧化菌群结构的快速分析。（2）选取4个不同污水处理工艺的污泥样品为研究对象，分别为哈高科大豆废水处理EGSB工艺颗粒污泥、哈高科大豆废水处理SBR工艺活性污泥、哈尔滨太平市政污水处理A/O工艺厌氧池和好氧池的活性污泥。运用T-RFLP技术分析了其厌氧氨氧化菌群结构，结果显示EGSB工艺颗粒污

6、泥主要为Anammoxoglobus属、Brocadia属和Jettenia属；SBR工艺活性污泥中厌氧氨氧化菌主要为Brocadia属；A/O工艺厌氧池和好氧池活性污泥中厌氧氨氧化菌群结构相似度较高，主要为Anammoxoglobus属、Brocadia属和Scalindua属。进一步通过Q-PCR技术分析了污泥样品中厌氧氨氧化菌16SrRNA基因拷贝数，分别为1.50×107、1.05×108、6.80×107和8.20×107copies/mg-drysludge。另外，厌氧氨氧化菌间歇培养实验表明SBR工艺活性污泥最早出现厌氧氨氧化现象。因此

7、，本研究确定哈高科大豆废水处理SBR工艺活性污泥为最适接种污泥。I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（3）采用哈高科大豆废水处理SBR工艺活性污泥为接种污泥，以中温低负荷方式（反应区温度为35℃，进水总氮负荷为0.06kg(m3∙d)）成功启动一个污泥全回流的完全混合（CSTR）型厌氧氨氧化反应器。经过127d的连续运行，总氮去除率达到65%，略低于理论总氮去除率80%，可能是由于反应器中存在亚硝酸盐氧化为硝酸盐所致，具体原因还有待今后进一步研究。进一步通过对反应器启动过程中三氮（氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮）变化的分析，将厌氧氨氧化反应器启动过程划分为三

8、个阶段，分别为反硝化活跃期、过渡期以及厌氧氨氧化活性提高期。另外，本研究提出了5个厌氧氨氧化反应器启动过程的