2017-08-18
最近，派森(sen)諾生物與杭州(zhou)師范(fan)大學(xue)合作，在(zai)《Ecological Engineering》（影(ying)響(xiang)因子:2.914）發表文章，探究(jiu)磷酸鹽(yan)對(dui)厭氧(yang)系統性(xing)能和微(wei)生物群落的影(ying)響(xiang)。
1. 研究背景
生(sheng)活(huo)、農業以及(ji)工業廢(fei)水(shui)中富(fu)含大(da)量(liang)營養(yang)物種，如氮和磷，這對我們的(de)環境(jing)水(shui)域(yu)健康造成了(le)巨(ju)大(da)影響。活(huo)性污泥處(chu)理(li)(li)污水(shui)的(de)方(fang)法，主(zhu)要是利用懸浮生(sheng)長(chang)的(de)微(wei)生(sheng)物絮體處(chu)理(li)(li)有(you)機(ji)污水(shui)的(de)一(yi)類(lei)好氧(yang)處(chu)理(li)(li)方(fang)法，但(dan)會在處(chu)理(li)(li)過(guo)程中損(sun)耗(hao)大(da)量(liang)能源。目前厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)處(chu)理(li)(li)時提(ti)供(gong)能源有(you)效利用率(lv)的(de)好方(fang)法之一(yi)，通(tong)(tong)過(guo)厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)工藝可以通(tong)(tong)過(guo)厭氧(yang)消化(hua)過(guo)程節(jie)約和回收有(you)機(ji)物質的(de)能量(liang)，如甲烷。
磷(lin)去除是污水處理(li)的(de)(de)(de)主要(yao)指標(biao)之一，通常(chang)(chang)，在(zai)除氮過(guo)程之后實(shi)施磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)回收(shou)的(de)(de)(de)步驟，以(yi)便將磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)引入到基于(yu)厭(yan)氧(yang)氨氧(yang)化物的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)器中。但實(shi)際(ji)廢(fei)水中磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)濃度(du)是多(duo)種多(duo)樣的(de)(de)(de)，而關于(yu)不同濃度(du)磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)影響(xiang)厭(yan)氧(yang)氨氧(yang)化反(fan)應(ying)器的(de)(de)(de)信息(xi)非常(chang)(chang)有限(xian)。因此，本研究的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是調查磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)對厭(yan)氧(yang)氨氧(yang)化反(fan)應(ying)的(de)(de)(de)短期以(yi)及長期影響(xiang)，并(bing)獲得在(zai)不同磷(lin)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)負荷程度(du)下除氮效(xiao)率以(yi)及微生物群落的(de)(de)(de)變化趨勢。
2. 研究方(fang)法
測序技術：Illumina MiSeq高通(tong)量測序平臺
測序模式：微(wei)生物組16S rRNA基因(yin)V4區(qu)測序
樣本來源：污泥樣本
實驗(yan)(yan)設計(ji)設置兩個(ge)污泥厭氧氨(an)氧化反應(ying)器，試驗(yan)(yan)組(zu)R1反應(ying)器加(jia)入(ru)磷酸鹽(yan)處(chu)理(li)，對照(zhao)組(zu)R0不加(jia)入(ru)任何處(chu)理(li)，檢測隨時間變(bian)化反應(ying)器除氮(dan)效果，并在195天時各采集P與(yu)CK樣品進行菌群多(duo)樣性組(zu)成(cheng)譜檢測。
3. 研究結果(guo)
3.1 磷酸鹽對厭氧氨氧化過程的短期影響(xiang)評估
圖a中(zhong)(zhong)將厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)顆粒(li)與(yu)污泥絮體(ti)物(wu)作(zuo)為研究對(dui)象，觀察不同(tong)濃度磷(lin)酸(suan)(suan)鹽對(dui)厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)反(fan)應(ying)(ying)的(de)急速(su)反(fan)應(ying)(ying)，其中(zhong)(zhong)顯示當磷(lin)酸(suan)(suan)鹽濃度在62與(yu)155 mg P/L時，絮體(ti)物(wu)對(dui)于厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)活(huo)性(xing)(xing)影響可(ke)提升(sheng)超(chao)過(guo)20%，但當磷(lin)酸(suan)(suan)鹽濃度高于620 mg P/L時，顆粒(li)和絮體(ti)物(wu)的(de)反(fan)應(ying)(ying)活(huo)性(xing)(xing)均抑制；圖b為磷(lin)酸(suan)(suan)鹽存(cun)在與(yu)否對(dui)于厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)活(huo)性(xing)(xing)動力(li)的(de)影響，其中(zhong)(zhong)顯示當反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)中(zhong)(zhong)存(cun)在磷(lin)酸(suan)(suan)鹽，可(ke)以加強酶對(dui)底物(wu)的(de)親和力(li)，同(tong)時厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)顆粒(li)表(biao)現出更好對(dui)于磷(lin)酸(suan)(suan)鹽表(biao)現除了更大的(de)耐受性(xing)(xing)；圖c為不同(tong)形式的(de)磷(lin)酸(suan)(suan)鹽對(dui)于反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)影響，其中(zhong)(zhong)主要取決(jue)于磷(lin)酸(suan)(suan)鹽的(de)PH值，HPO42-在弱(ruo)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)條件下影響大，而H2PO4-在弱(ruo)堿環境中(zhong)(zhong)主導(dao)抑制作(zuo)用.
3.2 厭氧(yang)氨氧(yang)化(hua)反應器的長(chang)期性(xing)能變化(hua)
除(chu)氮性能(neng)研究中(zhong)，當(dang)氮負(fu)荷水(shui)平保持在(zai)11.2 kg TN m-3/d時，試(shi)驗(yan)組(zu)與對(dui)照組(zu)初始除(chu)氮效率均在(zai)85%以(yi)上；在(zai)70天加入50 mg P/L濃度磷(lin)酸(suan)鹽(yan)時，NO3--N流出濃度兩者(zhe)出現明(ming)顯變化(hua)，表明(ming)磷(lin)酸(suan)鹽(yan)有利(li)于厭氧代謝反應(ying)；當(dang)196天將氮負(fu)荷水(shui)平增加至21 kg TN m-3/d時，對(dui)照組(zu)樣品顯示性能(neng)下降(jiang)，而(er)試(shi)驗(yan)組(zu)的(de)氮去除(chu)率依舊保持在(zai)80%以(yi)上，表明(ming)試(shi)驗(yan)組(zu)樣品具有更大的(de)除(chu)氮效力.
3.3 微(wei)(wei)生物(wu)群落組(zu)成與多(duo)樣性研(yan)究
多(duo)樣(yang)性指數統計結果顯示試驗組(zu)樣(yang)品的(de)多(duo)樣(yang)性及物(wu)種豐富程度(du)均低于對照組(zu)樣(yang)品；另外從豐度(du)>1%的(de)各(ge)水平微生物(wu)類群統計結果可以看(kan)出，Proteobacteria與(yu)Acidobacteria豐度(du)沒有變化；同(tong)(tong)時添加(jia)磷酸(suan)鹽的(de)試驗組(zu)Brocadiae降低，但Phycisphaerae增(zeng)加(jia)，這樣(yang)的(de)物(wu)種變化趨(qu)勢在科分(fen)類單元中同(tong)(tong)樣(yang)出現。
3.4 代(dai)(dai)謝(xie)功能及代(dai)(dai)謝(xie)網絡預測
代(dai)謝(xie)(xie)(xie)功能(neng)預(yu)測結果顯示碳(tan)水(shui)化(hua)合物(wu)代(dai)謝(xie)(xie)(xie)與氨基(ji)酸代(dai)謝(xie)(xie)(xie)途徑(jing)豐度(du)值高于其他(ta)代(dai)謝(xie)(xie)(xie)功能(neng)，表(biao)明這兩個代(dai)謝(xie)(xie)(xie)途徑(jing)的(de)特(te)殊重要(yao)性；另(ling)外(wai)試驗組(zu)(zu)樣品能(neng)量代(dai)謝(xie)(xie)(xie)豐度(du)要(yao)低(di)于對(dui)照組(zu)(zu)樣品，而膜(mo)轉(zhuan)運(yun)相(xiang)關途徑(jing)豐度(du)要(yao)高于對(dui)照組(zu)(zu)；同(tong)時基(ji)于厭(yan)(yan)氧氨氧化(hua)顆粒物(wu)反應器在(zai)進行厭(yan)(yan)氧氨氧化(hua)的(de)過程中也發揮著厭(yan)(yan)氧、發酵、脫(tuo)氮(dan)等作用(yong)。
4 研究(jiu)結論
當磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)濃度(du)在(zai)比較低的(de)(de)水平，即低于155 mg P/L時，可刺激厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)顆粒物(wu)與絮(xu)(xu)體(ti)物(wu)的(de)(de)厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)活(huo)性(xing)程(cheng)度(du)，但當濃度(du)高(gao)于310mg P/L時，便會(hui)抑(yi)制(zhi)其活(huo)性(xing)。同時，發現顆粒物(wu)受磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)脅(xie)迫的(de)(de)耐受性(xing)要高(gao)于絮(xu)(xu)體(ti)物(wu)，并且磷(lin)(lin)酸(suan)二氫鹽(yan)類在(zai)弱堿性(xing)環境(jing)下可抑(yi)制(zhi)厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)反(fan)應活(huo)性(xing)。總而言之，磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)對(dui)厭(yan)氧(yang)(yang)過程(cheng)的(de)(de)短期影響(xiang)取決于磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)濃度(du)、pH值(zhi)和(he)微(wei)生物(wu)富集(ji)程(cheng)度(du)，另外，在(zai)195天的(de)(de)操作過程(cheng)中，當顆粒狀污泥反(fan)應器的(de)(de)磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)水平從(cong)2到500 mg P/L逐漸增加時，沒有觀察到對(dui)脫氮性(xing)能的(de)(de)不(bu)利影響(xiang)。雖然微(wei)生物(wu)群落(luo)多樣性(xing)和(he)厭(yan)氧(yang)(yang)細菌的(de)(de)相(xiang)對(dui)豐度(du)呈降(jiang)低趨勢(shi)，但優勢(shi)厭(yan)氧(yang)(yang)菌株并無變(bian)化(hua)(hua)。因此，通過逐步(bu)馴化(hua)(hua)，顆粒狀厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)反(fan)應工藝將在(zai)處理富銨(an)和(he)含磷(lin)(lin)酸(suan)鹽(yan)廢水方面具有較強的(de)(de)穩定性(xing)。
參考文(wen)獻
Zhang Z Z, Hu H Y, Xu J J, et al. Effects of inorganic phosphate on a high-rate anammox system: Performance and microbial community[J]. Ecological Engineering, 2017, 101:201-210.
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