厌氧氨氧化耦合硫自养短程反硝化工艺处理高盐废水的脱氮机制研究

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海产品加工、海水养殖、咸菜腌制等工业生产过程排放的大量高盐废水给水生态环境的保护与治理带来了巨大的挑战。本研究提出海洋厌氧氨氧化耦合硫自养短程反硝化(ASAD)工艺处理富氮高盐废水。ASAD工艺采用序批式反应器(SBR),经过169天运行,探究S2O32--S/NO3--N(S/N)值对ASAD工艺脱氮性能的影响。当S/N值为2.2时,ASDA工艺脱氮性能最佳,其氨氮去除速率(ARR)和硝氮去除速率(NRR)分别为0.353 kg N/(m3·d)、0.355 kg N/(m3·d)。总氮去除效率(TNRE)高达99%,约有98%的氮气通过Anammox过程产生。通过高通量测序技术研究微生物多样性及其结构变化。随着S/N值从0升高至2.2,3.2,4.6,浮霉菌门的相对丰度从33.9%降低至24.2%、17.0%和9.1%;而变形菌门的相对丰度从22.8%增加到36.8%、48.6%和61.4%;Candidatus Scalindua(MAB)在浮霉菌门中占比超过92%;Candidatus Thiobios与Sedimenticola是海洋生态系统中常见的硫氧化菌(SOB),总相对丰度从0.1%升高至10.7%,19.9%,29.9%。批次实验A(BT-A)指出,随着S/N值从2.2升高至3.2,4.6,硫酸盐积累最大效率(SAE)从96.7%逐渐降低至79.1%与70.3%。在最佳S/N值下进行批次实验B(BT-B),硫自养短程反硝化(SAD)过程与ASAD过程的短程反硝化效率(DESAD,DEASAD)最大值分别为62.4%与98.3%。通过Anammox过程与SAD过程的协同作用实现ASAD工艺的高效脱氮。通过宏基因组测序分析技术推断ASAD工艺中的硫代谢与氮代谢通路。在硫代谢通路中,基于SOX系统的硫代硫酸盐氧化代谢模块(M00595)占7.2%;硫酸盐还原酶(EC:2.7.7.4),PAPSS(3’-phosphoadenosine 5’-phosphosulfate synthase,EC:2.7.1.25)及cysK(cysteine synthase,EC:2.5.1.47)基因丰度分别为42206hits,24948 hits与26044 hits。参与Anammox过程的肼脱氢酶(HDH)及肼合成酶(HZS)在ASAD工艺中呈现高丰度,基因丰度分别为5520 hits及3404 hits。ASAD工艺中硝氮还原酶基因丰度(119384 hits)远高于亚硝酸盐还原酶(22119hits),证明通过SAD过程积累亚氮是可行的。
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