【摘要】：厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)工藝以其低能耗、高效脫氮等特點在廢水領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而,實際廢水如畜禽養(yǎng)殖廢水中含有的重金屬和抗生素等致毒因子會對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anammox工藝性能的影響,并通過對微生物菌群、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理;考察了工藝性能的自恢復(fù)過程和不同生物強化策略對OTC抑制工藝的緩解效能,并探明了強化機理;進而探索了OTC抑制解除后再遇Cu(Ⅱ)脅迫時anammox工藝的響應(yīng)特征及Cu(Ⅱ)抑制與恢復(fù)機理,主要結(jié)果如下:(1)考察了Cu(Ⅱ)與OTC對anammox工藝的抑制影響及其自恢復(fù)過程。探明Cu(Ⅱ)與OTC單獨及復(fù)合作用對anammox工藝、微生物菌群、功能基因及ARGs的影響。試驗結(jié)果表明:1.0 mg L-1 OTC、Cu(Ⅱ)及OTC+Cu(Ⅱ)對anammox工藝性能及功能微生物Ca.Kuenenia.產(chǎn)生抑制作用;反應(yīng)器運行性能可自恢復(fù),恢復(fù)時間分別為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)器中均檢測到Xanthomonadaceae為第二大優(yōu)勢科,說明Cu(Ⅱ)抑制過程中反應(yīng)器中可能出現(xiàn)了潛在的抗性菌群。外排泵機制為anammox菌抵抗Cu(Ⅱ)的主要機制之一。(2)探索了不同生物強化模式對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)機制等方面,比較了單項投加和雙向交換兩種生物強化模式緩解抑制的效能。結(jié)果表明:生物強化有利于受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脅迫的防御機制,生物強化調(diào)的關(guān)鍵在于強化菌源的選擇及適宜的強化模式。(3)探究了anammox工藝在OTC抑制解除后再遇Cu(Ⅱ)脅迫的運行穩(wěn)定性及恢復(fù)機理。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工藝時的抑制特征。結(jié)果表明:Cu(Ⅱ)對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,反應(yīng)器內(nèi)存在優(yōu)勢屬Ca.Kuenenia與Ca.Anammoxoglobbus演替(由0.09%增加至36%)。Cu(Ⅱ)脅迫時,nirS率先通過自身豐度上調(diào)來應(yīng)對脅迫。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Cu(Ⅱ)脅迫時的恢復(fù)機制。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：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），其細胞多呈球形或卵形，直徑為０．８？ｌ．ｌｆｉｍ，具有多細胞逡逑膜分割的細胞結(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)的場所內(nèi)有胞漿分割的隔室被細胞膜所包逡逑圍；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)的場所內(nèi)有胞漿分割的隔室被細胞膜所包逡逑圍；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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本文編號：2806964