生物膜層DO濃度對(duì)MABR中異養(yǎng)硝化-好氧反硝化的影響

康寶文, 肖芃穎, 周 靖, 袁 港, 郭 雷

重慶理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 重慶 400054

化工、畜禽養(yǎng)殖廢水和垃圾滲濾液等高濃度氨氮(NH4+-N)廢水具有排放量大、生物毒性強(qiáng)和處理難度高的特質(zhì)[1]，已成為含氮廢水處理領(lǐng)域的研究重點(diǎn). 高氨氮廢水處理方法主要有物化法和生物法，其中生物法因其更經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的優(yōu)勢(shì)得以廣泛應(yīng)用[2]. 依據(jù)部分硝化反應(yīng)(NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+)和完全硝化反應(yīng)(NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+)的理論計(jì)算可知：1 mol NH4+需要1.5 mol O2氧化生成NO2-，2 mol O2氧化生成NO3-，1 g NH4+-N理論上需要約4.6 g O2才能完全氧化[3]. 因而，無(wú)論是發(fā)生部分硝化還是完全硝化反應(yīng)，處理高氨氮廢水都將會(huì)消耗較多O2. 傳統(tǒng)好氧生物脫氮技術(shù)普遍采用鼓風(fēng)曝氣方式供氧，存在氧傳質(zhì)效率低、能耗高的缺陷[4]，具備高效供氧和低能耗優(yōu)勢(shì)的膜曝氣生物膜反應(yīng)器(membrane-aerated biofilm reactor, MABR)得以發(fā)展. 采用MABR進(jìn)行生物脫氮已成為處理高氨氮廢水的一項(xiàng)新穎潛力技術(shù)[5].

目前，關(guān)于MABR生物脫氮的相關(guān)研究主要聚焦于反應(yīng)器運(yùn)行機(jī)制、工藝優(yōu)化及技術(shù)應(yīng)用等方面[6-8]. 學(xué)者們對(duì)MABR生物脫氮理論的深入研究發(fā)現(xiàn)，生物膜層溶解氧(DO)濃度是影響MABR脫氮性能的重要因素之一[9-10]. 有研究[11]表明，在MABR生物膜層中，生長(zhǎng)較快的異養(yǎng)型微生物極易與生長(zhǎng)緩慢的自養(yǎng)型微生物同時(shí)沉積在生物膜層的某微觀區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)O2，使具有好氧硝化功能的自養(yǎng)型氨氧化菌(aerobic oxide bacteria, AOB)，與具有厭氧反硝化功能的常規(guī)異養(yǎng)菌(heterotrophic bacteria, HB)和(或)自養(yǎng)型厭氧氨氧化菌(anammox bacteria)之間無(wú)明確的分界線，這導(dǎo)致在脫氮過(guò)程中好氧硝化與厭氧反硝化難以協(xié)調(diào)平衡. 調(diào)節(jié)MABR生物膜層DO濃度可促使一種特殊活性分層產(chǎn)生，利于MABR的硝化與反硝化過(guò)程[12]. 然而，傳統(tǒng)硝化細(xì)菌(AOB和NOB)對(duì)高濃度NH4+-N耐受性差[13]，限制了MABR在高氨氮廢水處理中的應(yīng)用[14-15].

異養(yǎng)硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, HN-AD)微生物，作為一類(lèi)能耐受高濃度NH4+-N和有機(jī)碳的新型脫氮菌，可高效去除各形態(tài)的氮污染物，無(wú)有害中間產(chǎn)物亞硝態(tài)氮(NO2--N)和硝態(tài)氮(NO3--N)的積累，單菌種實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮[16]. 由HN-AD菌主導(dǎo)的異養(yǎng)硝化好氧反硝化過(guò)程，已被證實(shí)廣泛存在于生物流化床、生物轉(zhuǎn)盤(pán)和SBR等多種廢水生物處理反應(yīng)器中[17-19]，具有HN-AD功能的生物脫氮技術(shù)成為高氨氮廢水處理的技術(shù)新秀. HN-AD菌屬在不同DO濃度下的脫氮性能存在較大差異[20]，例如：假單胞菌屬PseudomonasstutzeriKTB在DO濃度從1.28 mg/L升至1.57 mg/L的過(guò)程中，NO3--N去除率從45.1%升至99.2%[21]；不動(dòng)桿菌屬AcinetobacterhaemolyticusZYL在DO濃度大于4.8 mg/L時(shí)具有最佳的反硝化效果[22]；枯草芽孢桿菌屬BacillussubtilisA1在DO濃度為3.1～7.9 mg/L范圍內(nèi)達(dá)到高效好氧硝化和反硝化性能[23]. 在MABR中，O2透過(guò)中空纖維膜擴(kuò)散至生物膜層，改變膜腔內(nèi)的氧通量進(jìn)而引起生物膜層中DO濃度的變化[24]. 生物膜層DO濃度不僅與HN-AD 菌生長(zhǎng)代謝過(guò)程中細(xì)胞增殖分化程度有關(guān)，還影響其脫氮功能基因的表達(dá)[25]. 因此，探究生物膜層DO濃度對(duì)MABR中HN-AD菌多樣性及其脫氮功能的影響，將有助于明晰MABR的HN-AD特性.

該研究將筆者所在課題組前期篩選的脫氮混合菌接種于貫通式的MABR中，并進(jìn)行菌液掛膜，調(diào)節(jié)進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)MABR生物膜層的不同DO濃度水平，考察生物膜層DO濃度對(duì)MABR脫氮性能和HN-AD菌多樣性的影響，并預(yù)測(cè)MABR中關(guān)鍵脫氮功能基因豐度的變化規(guī)律，揭示MABR中HN-AD過(guò)程的微生物作用機(jī)制，以期為MABR處理高氨氮廢水的應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 MABR裝置及運(yùn)行條件

貫通式MABR裝置示意如圖1所示. 由圖1可見(jiàn)，MABR由有機(jī)玻璃裝置和膜組件構(gòu)成，頂部加蓋密封，留取樣小孔. MABR有效體積為1.2 L，膜組件材料為聚偏氟乙烯(PVDF)，膜絲內(nèi)、外徑分別為1.7和2.0 mm，膜孔徑為0.1 μm，有效比表面積為1.25 cm2/cm3. MABR水力停留時(shí)間(HRT)為48 h，水循環(huán)流速為40 mL/min，膜組件經(jīng)充氧試驗(yàn)測(cè)得泡點(diǎn)壓力為12.5 kPa. MABR啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中保持曝氣壓力低于泡點(diǎn)壓力可達(dá)到高效的供氧效率[26]. 因此，MABR啟動(dòng)階段的曝氣壓力設(shè)定為10 kPa. 調(diào)節(jié)進(jìn)氣量可改變膜-水界面跨膜傳質(zhì)過(guò)程中的氧通量，引起生物膜層的DO濃度變化. 故在反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，分別調(diào)節(jié)進(jìn)氣量為0.1、0.6和1.0 L/min(試驗(yàn)中測(cè)得對(duì)應(yīng)曝氣壓力分別為3、8和12 kPa，均低于泡點(diǎn)壓力)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)MABR生物膜層的不同DO濃度.

注： 1—合成廢水；2—進(jìn)水水泵；3—取樣及微電極測(cè)試小孔；4—出水；5—?dú)獗茫?—?dú)怏w流量計(jì)；7—壓力表；8—水循環(huán)泵；9—膜組件；10—排氣閥.

1.2 接種菌液與試驗(yàn)用水

已有研究[27]表明，貫通式MABR可通過(guò)菌液掛膜富集HN-AD菌以實(shí)現(xiàn)高效同步硝化反硝化. 因此，接種60 mL HN-AD脫氮混合菌液于反應(yīng)器進(jìn)行菌液掛膜(混合菌篩選自豬場(chǎng)沼液、垃圾滲濾液、化工廢水等高氨氮廢水中，COD、NH4+-N、TN去除率均在90%以上). 試驗(yàn)進(jìn)水為高氨氮模擬廢水，以(NH4)2SO4和CH3COONa為唯一氮源和碳源，進(jìn)水NH4+-N濃度為465～534 mg/L〔(NH4)2SO42.0～2.3 g/L〕，進(jìn)水COD濃度為 4 700～5 290 mg/L(CH3COONa 5.8～6.6 g/L)，其他微量元素(50 mL/L)包括MgSO4·7H2O 2.0 g/L、MnSO4·H2O 0.1 g/L、CaCl21.5 g/L、FeSO4·7H2O 0.1 g/L、K2HPO45.0 g/L. 反應(yīng)器進(jìn)料pH保持在7.5～8.0之間，反應(yīng)器料液溫度通過(guò)水浴加熱控制在(25±2)℃.

1.3 水質(zhì)組分和生物膜表觀特征分析

NH4+-N、TN、COD以及氮轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物NO2--N、NO3--N的濃度均參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)[28]進(jìn)行測(cè)定. 菌液濃度(OD600 nm)采用紫外分光光度計(jì)(752型，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)測(cè)定，pH采用pH儀(MettlerToledo FE20)測(cè)定.

采用掃描電鏡(SEM, TESCAN MIRA3)技術(shù)表征反應(yīng)器掛膜階段的生物膜表觀形態(tài)特征. 將采集的生物膜樣品用2.5%戊二醛固定2～4 h后，經(jīng)磷酸緩沖液(pH=7.0)清洗3次，再分別用30%、50%、70%、85%和95%濃度的乙醇洗脫1次，100%乙醇洗脫2次(每次脫水時(shí)間均為15～20 min)，將脫水后的樣品裝入濾紙盒，放入冷凍干燥儀中冷凍干燥12 h，將制備完成的樣品送至武漢鑠思百檢測(cè)技術(shù)有限公司進(jìn)行SEM分析.

1.4 生物膜層DO濃度測(cè)定分析方法

生物膜層DO濃度可通過(guò)溶氧微電極進(jìn)行原位測(cè)定[29]. 該研究采用Unisense?微電極分析系統(tǒng)對(duì)不同進(jìn)氣量條件下生物膜層DO濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定. Unisense?微電極分析系統(tǒng)由Clark型溶氧微電極(Unisense OX25，Denmark)和主機(jī)(UnisenseA/S，Denmark)兩部分組成. 測(cè)試前，對(duì)溶氧微電極進(jìn)行零點(diǎn)及飽和DO值校準(zhǔn)[30]. 測(cè)試期間，微電極垂直于生物膜表面，每隔50 μm測(cè)得一個(gè)DO濃度，每個(gè)深度的DO濃度平行測(cè)定3次，最終將測(cè)得的DO濃度繪制成生物膜層DO剖面曲線.

1.5 DNA提取、高通量測(cè)序及脫氮功能基因預(yù)測(cè)

采用無(wú)菌剃刀刮取不同進(jìn)氣量條件下膜絲表面的生物膜樣品(每個(gè)樣品約0.5 g)，短期保存于-80 ℃冰箱中. 通過(guò)MobioPowerSoil?DNA Isolation Kit試劑盒提取樣品的基因組DNA，經(jīng)預(yù)處理后送至高通量測(cè)序平臺(tái)PE300(上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司)進(jìn)行測(cè)序分析. 對(duì)16S rRNA基因V3/V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增，通用引物序列為338F(5′-ACTCCTACGGGAGG CAGCA-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTA AT-3′)[31]. 采用Trimmomatic和Flash軟件對(duì)測(cè)序序列進(jìn)行拼接，通過(guò)Usearch軟件對(duì)具有97%相似性的序列進(jìn)行OTU聚類(lèi)，經(jīng)Usearch_global獲得OTU序列豐度統(tǒng)計(jì)表用于后續(xù)微生物群落多樣性分析；采用基于KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)的PICRUSt1軟件對(duì)樣品中微生物脫氮功能基因進(jìn)行預(yù)測(cè)分析[32].

2 結(jié)果與討論

2.1 MABR啟動(dòng)運(yùn)行性能

MABR在16 d內(nèi)實(shí)現(xiàn)菌液掛膜和馴化，反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行性能見(jiàn)圖2. 由圖2(a)可知，反應(yīng)器啟動(dòng)的第0～6天內(nèi)，液相中OD600 nm先增后降；第7～16天，OD600 nm保持在0.4左右. SEM表征結(jié)果(見(jiàn)圖3)顯示，反應(yīng)器啟動(dòng)6 d后，膜絲表面開(kāi)始附著少量桿菌和球菌，繼續(xù)運(yùn)行至16 d，膜絲表面已明顯可見(jiàn)大量桿菌. OD600 nm變化與SEM表征結(jié)果說(shuō)明接種菌液的微生物已附著膜絲表面形成生物膜. 由圖2(b)可知，MABR啟動(dòng)的第6天，NH4+-N、COD和TN進(jìn)水濃度分別為465.23、5 190.84 和465.23 mg/L，出水濃度分別為176.68、1 604.82 和193.20 mg/L，去除率分別為62.02%、69.08%和58.47%，說(shuō)明接種菌液中微生物活性得到激活. 反應(yīng)器運(yùn)行至第16天，NH4+-N、COD和 TN的進(jìn)水濃度分別為492.36、5 109.31 和492.36 mg/L，出水濃度分別為161.35、1 298.18 和177.45 mg/L，去除率相比第6天分別增至67.23%、74.59%和63.96%，說(shuō)明在適應(yīng)期內(nèi)膜絲表面生長(zhǎng)富集的微生物具有穩(wěn)定的脫氮功能. 此外，反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，出水NO2--N和NO3--N濃度低，分別為0.52和3.06 mg/L〔見(jiàn)圖2(a)〕，說(shuō)明反應(yīng)器在菌液掛膜馴化過(guò)程中無(wú)明顯中間產(chǎn)物積累，MABR成功啟動(dòng)并具備同步硝化反硝化性能.

圖2 MABR啟動(dòng)運(yùn)行性能

圖3 MABR啟動(dòng)運(yùn)行階段生物膜的表觀結(jié)構(gòu)特征

2.2 生物膜層DO濃度分布及其對(duì)MABR脫氮性能的影響

MABR中生物膜層DO濃度分布如圖4所示. 當(dāng)進(jìn)氣量從0.1增至1.0 L/min時(shí)，生物膜內(nèi)層DO濃度由0.94 mg/L逐步提高至3.67 mg/L，但DO始終未能穿透整個(gè)生物膜層，致使生物膜外層DO濃度始終為0 mg/L. 上述結(jié)果說(shuō)明，在MABR中改變進(jìn)氣量主要引起生物膜內(nèi)層DO濃度的升高. 當(dāng)進(jìn)氣量為0.1、0.6和1.0 L/min時(shí)，DO穿透生物膜層(DO濃度≥0.1 mg/L)的深度分別為200、240和400 μm，生物膜層厚度隨進(jìn)氣量增大而增加；進(jìn)氣量為0.1 L/min 時(shí)，生物膜內(nèi)未能形成好氧層區(qū)域(DO濃度≥2.0 mg/L)，生物膜從內(nèi)至外僅缺氧—厭氧兩個(gè)分層，當(dāng)進(jìn)氣量提升至0.6和1.0 L/min時(shí)，生物膜內(nèi)形成好氧層且其厚度分別為30和100 μm，此時(shí)生物膜從內(nèi)至外形成好氧—缺氧—厭氧3個(gè)分層. 上述結(jié)果說(shuō)明，提高進(jìn)氣量促進(jìn)了生物膜內(nèi)好氧層厚度增加，且豐富了MABR生物膜分層結(jié)構(gòu).

注： 靠近膜-生物膜界面表示生物膜內(nèi)層，靠近生物膜-液相界面表示生物膜外層.

不同進(jìn)氣量條件下，MABR中NH4+-N、COD和TN去除效果如圖5所示. 當(dāng)生物膜內(nèi)層分別為低DO濃度(進(jìn)氣量為0.1 L/min)、中DO濃度(進(jìn)氣量為0.6 L/min)和高DO濃度(進(jìn)氣量為1.0 L/min)時(shí)，平均進(jìn)水NH4+-N和TN濃度均為487.70 mg/L，出水NH4+-N和TN濃度分別為274.91、195.47、135.35 mg/L和284.15、222.05、163.69 mg/L，NH4+-N和TN去除率分別為43.64%、60.06%、71.79%和41.72%、54.62%、65.90%，高DO濃度下反應(yīng)器NH4+-N和TN去除率相比低DO濃度分別增加28.15%和24.18%. 調(diào)節(jié)進(jìn)氣量過(guò)程中，反應(yīng)器出水NO2--N和NO3--N濃度始終保持較低水平(出水NO2--N和NO3--N濃度分別為1.86和1.29 mg/L)，未見(jiàn)明顯NO2-和NO3-積累；同時(shí)，反應(yīng)器的COD去除率在上述3種DO濃度下均穩(wěn)定在72%～88%范圍內(nèi). 上述結(jié)果說(shuō)明，提高生物膜內(nèi)層DO濃度僅對(duì)MABR的脫氮性能具有正向影響. 提高進(jìn)氣量增加生物膜內(nèi)層DO濃度拓寬了生物膜內(nèi)好氧層區(qū)域，有利于增強(qiáng)好氧微生物降解潛力[33]，對(duì)強(qiáng)化MABR脫氮性能起著重要作用.

圖5 不同進(jìn)氣量下MABR的去污性能

2.3 生物膜層DO濃度對(duì)MABR中脫氮微生物特性的影響

2.3.1微生物α多樣性指數(shù)分析

α多樣性指數(shù)分析是指通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算方法對(duì)局域均勻生境下的群落進(jìn)行物種均勻度、豐富度兩個(gè)層面的多樣性特性分析. Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)常用于表示微生物的多樣性特征，Shannon-Wiener指數(shù)越低表明群落多樣性越單一，而對(duì)應(yīng)的Simpson指數(shù)越大,說(shuō)明群落中優(yōu)勢(shì)菌屬生態(tài)功能相對(duì)更顯著；Ace指數(shù)和Chao指數(shù)是衡量樣品中微生物物種豐富度的標(biāo)準(zhǔn)，Ace指數(shù)和Chao指數(shù)越高，群落豐富度越高[34]. 生物膜內(nèi)層不同DO濃度下采集的生物膜樣品(F0.1、F0.6、F1.0)微生物α多樣性結(jié)果如表1所示. 通過(guò)MiSeq Illumina測(cè)序分析獲得267～338個(gè)OTUs，Coverage(覆蓋度)>99%表明測(cè)序深度包含了測(cè)序樣品的全部細(xì)菌. 由Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)結(jié)果可知，F(xiàn)0.1樣品中微生物物種多樣性最豐富，F(xiàn)1.0樣品中微生物物種相對(duì)單一，說(shuō)明提高生物膜內(nèi)層DO濃度雖然降低了MABR中微生物多樣性，但可能促進(jìn)優(yōu)勢(shì)菌屬的生態(tài)功能作用；同時(shí)，與F0.1、F0.6樣品相比，F(xiàn)1.0樣品中Chao指數(shù)和Ace指數(shù)最小，說(shuō)明高進(jìn)氣量條件采集的樣品(F1.0)中微生物群落豐富度最低. 這主要是因?yàn)楦哌M(jìn)氣量使生物膜內(nèi)層形成高DO濃度環(huán)境，更有利于好氧微生物的選擇性競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而降低了MABR中微生物群落豐富度.

表1 MABR中微生物α多樣性指數(shù)

2.3.2MABR中脫氮微生物群落結(jié)構(gòu)分析

選取樣品中相對(duì)豐度大于3%的脫氮菌屬進(jìn)行菌群結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果如圖6所示. 隨著生物膜內(nèi)層DO濃度增加，傳統(tǒng)硝化和反硝化脫氮菌屬，包括水微菌屬(Aquamicrobium)、紅桿菌屬(unclassified_f_Rhodobacteraceae)、特呂珀菌屬(Truepera)、生絲單胞菌屬(Hyphomonas)和弓形桿菌屬(Arcobacter)，總相對(duì)豐度由30.03%降至10.49%；而適宜好氧條件生長(zhǎng)的HN-AD菌屬，包括假黃褐藻屬(Pseudofulvimonas)、脫氮副球菌屬(Paracoccus)、鞘氨醇桿菌屬(Sphingobacterium)和不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)[35]，總相對(duì)豐度由10.40%升至11.86%. 上述結(jié)果說(shuō)明，提高生物膜內(nèi)層DO濃度降低了MABR中傳統(tǒng)脫氮菌屬豐度，但促進(jìn)了HN-AD菌屬豐度的增加，進(jìn)而對(duì)MABR中脫氮微生物群落結(jié)構(gòu)存在一定影響.

圖6 MABR中微生物群落組成

為進(jìn)一步了解生物膜層不同DO濃度下HN-AD菌群落組成變化，篩選樣品中相對(duì)豐度大于1%的HN-AD菌屬進(jìn)行多樣性分析，結(jié)果如圖7所示. 除Pseudofulvimonas、Paracoccus、Sphingobacterium和Acinetobacter外，反應(yīng)器也成功富集了產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)、氣單胞菌屬(Aeromonas)、從毛單胞菌屬(Comamonas)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、細(xì)桿菌屬(Microbacterium)和紅球菌屬(Rhodococcus)等HN-AD 菌屬[36]，共計(jì)13種，其總相對(duì)豐度在生物膜內(nèi)層低、中和高3種DO濃度下分別為12.97%、19.05%和22.01%，其中，Alcaligenes、Acinetobacter和Pseudomonas能夠耐受高DO濃度、高NH4+-N濃度，且具有高效同步硝化反硝化能力[37]，這3種HN-AD菌屬在生物膜內(nèi)層為高DO濃度時(shí)的相對(duì)豐度較低DO濃度分別提高了0.19%、3.93%和2.09%. 上述結(jié)果說(shuō)明，提高生物膜內(nèi)層DO濃度能夠促進(jìn)MABR中HN-AD菌屬的富集，強(qiáng)化MABR處理高NH4+-N廢水的脫氮性能.

圖7 MABR中HN-AD菌屬的相對(duì)豐度

2.4 脫氮功能基因預(yù)測(cè)分析

采用基于16s rRNA基因分析的PICRUSt1軟件，考察生物膜層DO濃度對(duì)MABR中脫氮功能基因豐度的影響(見(jiàn)圖8)，獲得與硝化過(guò)程相關(guān)的羥胺氧化酶基因(hao)，該基因?yàn)镹H2OH氧化生成NO2-過(guò)程的功能基因[38]. 不同進(jìn)氣量條件下，MABR中hao基因相對(duì)豐度無(wú)顯著變化，說(shuō)明改變進(jìn)氣量調(diào)節(jié)生物膜層DO濃度對(duì)MABR中NH2OH氧化過(guò)程的影響較小. 此外，還獲得與反硝化過(guò)程相關(guān)的9個(gè)功能基因，包括硝酸還原酶基因(narG、narH、narI、napA、napB)、亞硝酸還原酶基因(nirK)、一氧化氮還原酶基因(norB、norC)和一氧化二氮還原酶基因(nosZ). 生物膜內(nèi)層為高DO濃度(進(jìn)氣量為1.0 L/min)時(shí)，反硝化功能基因總相對(duì)豐度是低DO濃度(進(jìn)氣量為0.1 L/min)時(shí)的9.4倍，說(shuō)明提高生物膜內(nèi)層DO濃度有助于增強(qiáng)MABR的反硝化活性. 其中，napA和napB是好氧反硝化過(guò)程的關(guān)鍵功能基因[39]，二者在進(jìn)氣量分別為0.1、0.6和1.0 L/min(生物膜內(nèi)層分別為低、中和高DO濃度)時(shí)，其總相對(duì)豐度分別為0.000 13‰、0.019‰和0.060‰，高DO濃度時(shí)好氧反硝化功能基因(napA和napB)的相對(duì)豐度是低DO濃度的462倍. 上述結(jié)果說(shuō)明，提高生物膜內(nèi)層DO濃度更有利于加快好氧反硝化進(jìn)程，促進(jìn)MABR中HN-AD過(guò)程的實(shí)現(xiàn).

3 結(jié)論

a) 提高進(jìn)氣量增加了MABR生物膜內(nèi)層DO濃度，拓寬了生物膜內(nèi)部好氧區(qū)域；低、中和高DO濃度水平時(shí)，NH4+-N去除率分別為43.64%、60.06%和71.79%，TN去除率分別為41.72%、54.62%和65.90%. 提高生物膜內(nèi)層DO濃度增強(qiáng)了MABR的脫氮性能.

b) 隨著生物膜內(nèi)層DO濃度的增加，MABR中傳統(tǒng)硝化和反硝化菌屬的相對(duì)豐度降低，但MABR共富集13種HN-AD菌屬，其總相對(duì)豐度在低、中和高DO濃度下分別為12.97%、19.05%和22.01%，提高生物膜內(nèi)層DO濃度有利于MABR中HN-AD菌屬富集.

c) 生物膜內(nèi)層在高DO濃度(進(jìn)氣量為1.0 L/min)時(shí)反硝化功能基因的總相對(duì)豐度是低DO濃度(進(jìn)氣量為0.1 L/min)的9.4倍，其中，高DO濃度時(shí)好氧反硝化功能基因(napA、napB)相對(duì)豐度是低DO濃度的462倍. 提高生物膜內(nèi)層DO濃度能夠加快好氧反硝化進(jìn)程，促進(jìn)MABR中HN-AD過(guò)程的實(shí)現(xiàn).