摘要
部分反硝化耦合厌氧氨氧化工艺(Partial denitrification/Anammox，PD/A)适用于处理低有机物含量的城市污水及含有高浓度硝酸盐的工业废水，因此引起越来越多学者的关注。然而PD/A工艺在高氮负荷(Nitrogen load，NLR)下难以稳定运行。而群体感应(Quorum sensing，QS)是一种细胞间的交流机制，因其可以通过酰基高丝氨酸内酯(AHLs)信号分子调控目标基因表达从而调节细菌胞外聚合物(EPS)组成，影响微生物活性等而受到广泛关注。在污水处理领域关于QS对Anammox与反硝化污泥特性的调控作用已得到广泛关注和研究，但缺少QS对PD/A工艺污泥特性调控作用的报道。因此研究如何通过QS现象改善PD/A工艺在高NLR条件下(＞2kgN/ (m3·d))的运行稳定性是有必要的。本文研究思路为首先筛选出能分泌AHLs的QS菌株，确定QS菌株固定化的最佳条件;然后在低NLR下成功启动一体式连续流PD/A工艺并在稳定运行的前提下，分别考察在进水NLR增加的情形下投加QS菌株包埋颗粒对PD/A工艺的污泥特性与脱氮性能的影响;此外，通过外源添加AHLs的短期试验验证QS菌株包埋颗粒释放的各类型AHLs对PD/A污泥特性的调控作用。具体的研究内容与结果如下: (1)在厌氧条件下从西安黑河水库底泥分离筛选出一株QS菌株，通过16S rDNA分析等鉴定菌属为假单胞菌，命名为Pseudomonas sp.HFQ8，经波动碳氮比(COD/NO3--N，C/N)强化培养后，菌株在C/N比为1.5的条件下培养至细菌细胞密度（Optical density，OD600）为1.2后，在菌液中可检测出高含量的正丁基高丝氨酸内酯（C4-HSL），辛酰基高丝氨酸内酯信号(C8-HSL)，癸酰基高丝氨酸内酯(C 10-HSL)三种信号分子，浓度分别为39.1μg/L，25.3 μg/L和10.8μg/L。 (2)采用聚乙烯醇(PVA)，海藻酸钠(SA)与活性炭(AC)作为包埋材料对菌株HFQ8C/N进行固定化。包埋颗粒机械强度与相对活性的正交试验优化后的最佳因素为:10％ PVA，2％ SA，2％ AC，菌胶比为1∶1。通过试验发现血清瓶中添加5％体积比HFQ8C/N包埋颗粒，在NLR升至2.5 kg N/ (m3·d)后导致HFQ8C/N包埋颗粒活性与AHLs释放能力减弱，但上清液中C4-HSL，C8-HSL，C10-HSL的含量依然维持在较高水平，分别为561.2ng/L，262.5ng/L和244.3ng/L。 (3)考察了长期实验下不断提高进水NLR后，添加HFQ8C/N包埋颗粒对PD/A反应器处理性能，污泥特性等的影响。结果显示在进水NLR不断增加至1.68-2.52 kg N/ (m3·d)后，空白组R1反应器内的PD/A污泥脱氮性能与沉降性能恶化。而添加5％体积比的HFQ8C/N包埋颗粒后R2反应器内C4-HSL、C8-HSL和C10-HSL三种信号分子的含量远高于R1，R2污泥沉降速度与MLVSS分别比R1污泥高出38.5％与32.6％，最终使得R2污泥TIN去除率相对R1高出30.4％。群落结构分析表明在154d，Thauera，Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia分别为R2中PD与Anammox污泥的优势菌属，相对丰度分别为19.29％，4.68％和2.35％，高于R1污泥的9.72％, 2.22％与1.34％。 (4)进一步探究了HFQ8C/N包埋颗粒释放的C4-HSL、C8-HSL和C10-HSL对PD/A污泥和EPS组成特性的调节作用。通过外源分别添加2μM的C4-HSL，C8-HSL与C10-HSL在1.0 LUASB反应器S1、S2和S3的进水中，S0作为对照。分析了反应器S0-S3中的污泥活性、沉降速度和EPS分泌，验证了AHLs类型对PD/A污泥的作用效果。结果显示在NLR为1.68 kgN/ (m3·d)时，C8-HSL通过控制TB-EPS中PN的过量释放，有效地改善了污泥的沉降性。在NLR为2.52 kgN/ (m3·d)的条件下，C10-HSL通过促进紧密型胞外聚合物(TB-EPS)中蛋白质(PN)的分泌，提高了PD/A颗粒的沉降性能。此外，C10-HSL在高NLR下增加了Candidatus Brocadia的丰度，而C4-HSL提高了Thauera和Candidatus Kuenenia的丰度，从而提高了PD/A污泥的活性。
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