Martelella sp.AD-3强化活性污泥耐盐降解菲效能及其机制研究

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多环芳烃(PAHs)是含盐工业废水中的典型难降解有机污染物,传统活性污泥(Activated Sludge,AS)对盐度和有毒PAHs的耐受能力有限,因而PAHs降解效率低,导致排污企业选择了高能耗或可能产生二次污染的物理化学去除方法。研发通过外源添加耐盐降解PAHs功能菌的强化型活性污泥工艺(Bioaugmented sludge,BS),有望更高效、更经济地解决这一问题。本研究以中度嗜盐菌Martelella sp.AD-3为外源功能菌,探究其对传统活性污泥耐盐降解菲(PHE)的强化效能及菌群互作机制。首先基于添加比例的优化试验成功构建了 BS系统(盐度为3%),其PHE降解污泥比活性最高可达2.2 mg.gVSS-1·h-1,相较于AS系统提升了约25倍。通过强化效应和协同效应分析证明AD-3菌和活性污泥质量比为0.5~1.5%为AD-3菌最佳投加比;盐度为3.0%,pH为7.5~8.5,底物浓度为20~200 mg·L-1为PHE降解的最佳反应条件。在最优条件下,BS系统能够维持较低的PHE降解典型中间产物1-羟基-2萘甲酸(1H2N)积累率(<20%)同时实现PHE的高效矿化。基于reads的宏基因组耦合宏转录组分析结果显示,BS系统中ndoB基因(PHEs初始双加氧酶)相对表达量为849.7 RPM,约是AS系统中相应数值的5600倍,表明BS系统的高效PHE降解效能源自AD-3对PHE起始双加氧过程的强化。基于拼接组装技术的功能菌群重建分析结果显示,BS系统中的优势属Corynebacterium和Alcaligenes,其相对丰度分别为9.9%和4.4%,相对表达量分别为10.3%和1.9%,分别具有nahG基因(水杨酸羟化酶)和phdI基因(1-羟基-2萘甲酸双加氧酶),可能具备较强的降解1H2N的能力。通过分别设置不同单一碳源的批次试验考察了 AD-3菌及BS系统的PHE及其降解中间产物的反应动力学,结果发现,BS系统的1H2N的降解比活性约是PHE的87%;而AD-3菌的相应的数值是26%。综合上述结果,在BS系统中,AD-3菌的主要贡献是完成从PHE至1H2N的生物转化过程,而活性污泥中的土著菌(例如Corynebacterium和Alcaligenes)完成后续的下游降解过程,两者协同互作实现PHE彻底矿化。最后,SBR反应器处理模拟高盐含PHE有机废水试验表明,在93 d的运行过程中,BS系统对进水20 mg·L-1 PHE去除率为87.5~93.0%,COD去除率为84.6~87.6%,出水1H2N浓度低于0.6 mg·L-1,说明BS系统的PHE降解效能具有长期稳定性。本研究为高盐含PAHs废水的生物处理提供了新思路与新技术。
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