發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 02:30

【摘要】：厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)工藝以其低能耗、高效脫氮等特點(diǎn)在廢水領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而,實(shí)際廢水如畜禽養(yǎng)殖廢水中含有的重金屬和抗生素等致毒因子會(huì)對(duì)該工藝的功能微生物活性產(chǎn)生抑制作用,降低工藝脫氮性能。因此,本文以銅(Cu(Ⅱ))與土霉素(OTC)為例考察了重金屬和抗生素對(duì)anammox工藝性能的影響,并通過(guò)對(duì)微生物菌群、關(guān)鍵功能基因及抗生素抗性基因(ARGs)等變化分析了抑制作用機(jī)理;考察了工藝性能的自恢復(fù)過(guò)程和不同生物強(qiáng)化策略對(duì)OTC抑制工藝的緩解效能,并探明了強(qiáng)化機(jī)理;進(jìn)而探索了OTC抑制解除后再遇Cu(Ⅱ)脅迫時(shí)anammox工藝的響應(yīng)特征及Cu(Ⅱ)抑制與恢復(fù)機(jī)理,主要結(jié)果如下:(1)考察了Cu(Ⅱ)與OTC對(duì)anammox工藝的抑制影響及其自恢復(fù)過(guò)程。探明Cu(Ⅱ)與OTC單獨(dú)及復(fù)合作用對(duì)anammox工藝、微生物菌群、功能基因及ARGs的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:1.0 mg L-1 OTC、Cu(Ⅱ)及OTC+Cu(Ⅱ)對(duì)anammox工藝性能及功能微生物Ca.Kuenenia.產(chǎn)生抑制作用;反應(yīng)器運(yùn)行性能可自恢復(fù),恢復(fù)時(shí)間分別為25、3及3 d。2.0 mg L-1的Cu(ⅡⅡ)及OTC+Cu(Ⅱ)可顯著上調(diào)nirS豐度。反應(yīng)器中均檢測(cè)到Xanthomonadaceae為第二大優(yōu)勢(shì)科,說(shuō)明Cu(Ⅱ)抑制過(guò)程中反應(yīng)器中可能出現(xiàn)了潛在的抗性菌群。外排泵機(jī)制為anammox菌抵抗Cu(Ⅱ)的主要機(jī)制之一。(2)探索了不同生物強(qiáng)化模式對(duì)OTC抑制的緩解效能。從工藝性能、微生物菌群分布、anammox微生物活性、關(guān)鍵功能基因及ARGs響應(yīng)機(jī)制等方面,比較了單項(xiàng)投加和雙向交換兩種生物強(qiáng)化模式緩解抑制的效能。結(jié)果表明:生物強(qiáng)化有利于受OTC抑制的anammox工藝性能恢復(fù),雙向交換模式優(yōu)于單向投加模式。Ca.Kuenenia是潛在的OTC抗性種群,但其豐度變化不是促成性能恢復(fù)的關(guān)鍵因素。受抑和恢復(fù)過(guò)程中,anammox菌的代謝活性與血紅素含量及轉(zhuǎn)錄水平功能基因豐度間存有較為復(fù)雜的關(guān)系。生物強(qiáng)化調(diào)控胞外聚合物(EPS)結(jié)構(gòu)及含量變化,是其構(gòu)建anammox混培物抵御OTC脅迫的防御機(jī)制,生物強(qiáng)化調(diào)的關(guān)鍵在于強(qiáng)化菌源的選擇及適宜的強(qiáng)化模式。(3)探究了anammox工藝在OTC抑制解除后再遇Cu(Ⅱ)脅迫的運(yùn)行穩(wěn)定性及恢復(fù)機(jī)理。從工藝性能、微生物菌群分布、anammox微生物活性、關(guān)鍵功能基因及ARGs等方面,考察了 Cu(Ⅱ)再次脅迫anammox工藝時(shí)的抑制特征。結(jié)果表明:Cu(Ⅱ)對(duì)anammox工藝為可恢復(fù)的抑制。由低至高(0.1到2.0 mg L-1)的Cu(Ⅱ)抑制方式比高濃度直接抑制(1.0及2.0 mg L-1各抑制60天)更有利于工藝性能提升。Cu(Ⅱ)抑制anammox工藝時(shí),反應(yīng)器內(nèi)存在優(yōu)勢(shì)屬Ca.Kuenenia與Ca.Anammoxoglobbus演替(由0.09%增加至36%)。Cu(Ⅱ)脅迫時(shí),nirS率先通過(guò)自身豐度上調(diào)來(lái)應(yīng)對(duì)脅迫。誘導(dǎo)Cu(Ⅱ)抗性菌群的出現(xiàn)及污泥抗性的獲得是anammox工藝應(yīng)對(duì)Cu(Ⅱ)脅迫時(shí)的恢復(fù)機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

．ａｎａｍｍｏｘｅｔａ．，Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅ邋ａｎａｍｍｏｘ邋ｐｌａｎｔｓ邋ａｒｏｕｎｄ邋ｔｈｅ邋ｗｏｒｌｄ邋（Ａｌｉ邋ｅｔ邋ａｌ．，逡逑２０１５）逡逑１．４．１厭氧氨氧化徽生物特性逡逑ＡｎＡＯＢ為革蘭氏陰性菌，屬浮霉菌目（Ｐｌａｎｃｔｏｍｙｃｅｔａｌｅｓ）、厭氧氨氧化科逡逑（Ａｎａｍｍｏｘａｃｅａｅ），其細(xì)胞多呈球形或卵形，直徑為０．８？ｌ．ｌｆｉｍ，具有多細(xì)胞逡逑膜分割的細(xì)胞結(jié)構(gòu)（圖邋１．２）邋（Ｎｏｚｈｅｖｎｉｋｏｖａ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２）。以邋Ｃａ．邋５ｒａｃｍ／ｚａ逡逑

灰線：厭氧氨氧化小體作為發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)的場(chǎng)所內(nèi)有胞漿分割的隔室被細(xì)胞膜所包逡逑圍；黃色箭頭：電子流；黃色方塊：鐵硫簇；ｂ，ｃ，ｄ：血紅素；ｃ：典型的血紅素；Ｍｏ：逡逑銀蝶呤。輔酶因子分析參考ＳｔｒｏｕｓｅｔａＬ（２００６）逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐａｔｈｗａｙ邋ａｎｄ邋ｅｎｚｙｍａｔｉｃ邋ｍａｃｈｉｎｅｒｙ邋ｏｆ邋Ｃａ．邋Ｋｕｅｎｅｎｉａ邋ｓｔｕｔｔｇａｒｔｉｅｎｓｉｓ．邋（Ｋａｒｔａｌ逡逑ｅｔ邋ａｌ．邋２０１１）邋Ｔｈｅ邋ａｎａｍｍｏｘｏｓｏｍｅ，邋ａｎ邋ｉｎｔｒａｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ邋ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ邋ｂｏｕｎｄｅｄ邋ｂｙ邋ａ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑（ｇｒｅｙ邋ｌｉｎｅ），邋ｉｓ邋ｔｈｅ邋ｌｏｃｕｓ邋ｏｆ邋ａｎａｉｎｍｏｘ邋ｃａｔａｂｏｌｉｓｍ．邋Ｙｅｌｌｏｗ邋ａｒｒｏｗｓ，邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｆｌｏｗ；邋ｙｅｌｌｏｗ邋ｓｑｕａｒｅ，逡逑ｉｒｏｎ－ｓｕｌｐｈｕｒ邋ｃｌｕｓｔｅｒｓ；邋ｂ，邋ｈａｅｍ邋ｂ；邋ｃ，邋ｈａｅｍ邋ｃ；邋ｃ！，邋ａｔｙｐｉｃａｌ邋ｈａｅｍ邋ｃ；邋ｄ，邋ｈａｅｍ邋ｄ；邋Ｍｏ，邋ｍｏｌｙｂｄｏｐｔｅｒｉｎ．逡逑Ｃｏｆａｃｔｏｒｓ邋ａｎｄ邋ｍｏｔｉｆｓ邋ｗｅｒｅ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ邋ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ邋（Ｓｔｒｏｕｓ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００６）逡逑７逡逑

灰線：厭氧氨氧化小體作為發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)的場(chǎng)所內(nèi)有胞漿分割的隔室被細(xì)胞膜所包逡逑圍；黃色箭頭：電子流；黃色方塊：鐵硫簇；ｂ，ｃ，ｄ：血紅素；ｃ：典型的血紅素；Ｍｏ：逡逑銀蝶呤。輔酶因子分析參考ＳｔｒｏｕｓｅｔａＬ（２００６）逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐａｔｈｗａｙ邋ａｎｄ邋ｅｎｚｙｍａｔｉｃ邋ｍａｃｈｉｎｅｒｙ邋ｏｆ邋Ｃａ．邋Ｋｕｅｎｅｎｉａ邋ｓｔｕｔｔｇａｒｔｉｅｎｓｉｓ．邋（Ｋａｒｔａｌ逡逑ｅｔ邋ａｌ．邋２０１１）邋Ｔｈｅ邋ａｎａｍｍｏｘｏｓｏｍｅ，邋ａｎ邋ｉｎｔｒａｃｙｔｏｐｌａｓｍｉｃ邋ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ邋ｂｏｕｎｄｅｄ邋ｂｙ邋ａ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑（ｇｒｅｙ邋ｌｉｎｅ），邋ｉｓ邋ｔｈｅ邋ｌｏｃｕｓ邋ｏｆ邋ａｎａｉｎｍｏｘ邋ｃａｔａｂｏｌｉｓｍ．邋Ｙｅｌｌｏｗ邋ａｒｒｏｗｓ，邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｆｌｏｗ；邋ｙｅｌｌｏｗ邋ｓｑｕａｒｅ，逡逑ｉｒｏｎ－ｓｕｌｐｈｕｒ邋ｃｌｕｓｔｅｒｓ；邋ｂ，邋ｈａｅｍ邋ｂ；邋ｃ，邋ｈａｅｍ邋ｃ；邋ｃ！，邋ａｔｙｐｉｃａｌ邋ｈａｅｍ邋ｃ；邋ｄ，邋ｈａｅｍ邋ｄ；邋Ｍｏ，邋ｍｏｌｙｂｄｏｐｔｅｒｉｎ．逡逑Ｃｏｆａｃｔｏｒｓ邋ａｎｄ邋ｍｏｔｉｆｓ邋ｗｅｒｅ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ邋ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ邋（Ｓｔｒｏｕｓ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００６）逡逑７逡逑

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