Denitrification performance and microbial community under salinity and MIT stresses for reverse osmosis concentrate treatment  

鹽度和甲基異噻唑啉酮脅迫下反滲透濃水的反硝化性能及微生物群落研究  

來源：Separation and Purification Technology, 242 (2020) 116799

《分離與純化技術(shù)》，第242卷，2020年，文章編號(hào)116799  

 

摘要內(nèi)容：  

該研究探討了鹽度和甲基異噻唑啉酮（MIT）對反硝化性能、反硝化基因及微生物群落的影響。研究發(fā)現(xiàn)10至40 g/L NaCl和10 mg/L MIT對反硝化無顯著影響，但硝酸還原酶比亞硝酸還原酶、一氧化氮還原酶和氧化亞氮還原酶對鹽度更敏感。鹽度通過負(fù)反饋機(jī)制提高了narH、narI、norB和norC基因的豐度。Thauera和Marinobacter是主要反硝化菌屬，分別在0-20 g/L和20-40 g/L鹽度下豐度最高。連續(xù)或間歇添加10 mg/L MIT不影響反硝化速率，但40 mg/L MIT會(huì)抑制反硝化。MIT降解歸因于與細(xì)胞內(nèi)硫醇的反應(yīng)和反硝化菌對有機(jī)物的攝取，因此低劑量MIT無抑制作用。長期適應(yīng)MIT后，微生物對MIT沖擊的耐受性增強(qiáng)。10 mg/L MIT對反硝化基因和微生物群落無顯著影響，但會(huì)抑制反硝化菌Halomonas，連續(xù)添加MIT會(huì)滅活捕食者M(jìn)icavibrio。  

 

研究目的：  

探究鹽度和MIT對反硝化系統(tǒng)的影響，包括反硝化性能、功能基因和微生物群落的變化，為反滲透濃水的生物處理提供理論依據(jù)。  

 

研究思路：  

通過運(yùn)行多個(gè)序批式反應(yīng)器（SBR），設(shè)置不同鹽度（0、10、20、40 g/L NaCl）和MIT添加策略（連續(xù)、間歇），分析長期運(yùn)行下的氮去除性能、MIT降解機(jī)制、微生物群落結(jié)構(gòu)及功能基因豐度，結(jié)合批次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MIT耐受性。  

 

測量數(shù)據(jù)及研究意義：  

1 氮化合物濃度（NO??-N、NO??-N、N?O-N）：用于計(jì)算反硝化速率，評(píng)估鹽度和MIT對反硝化過程的影響。數(shù)據(jù)來自圖1和表1。  

 

 

2 MIT濃度：分析其降解規(guī)律及機(jī)制，明確生物降解的作用。數(shù)據(jù)來自圖1(g)-(h)。  

3 電子消耗速率（Nar、Nir、Nor、Nos）：量化鹽度對反硝化各步驟的抑制程度。數(shù)據(jù)來自圖2。  

 

4 微生物群落結(jié)構(gòu)（16S rRNA測序）：識(shí)別主要反硝化菌屬及其對鹽度和MIT的響應(yīng)。數(shù)據(jù)來自表2。  

 

5 功能基因豐度（宏基因組測序）：揭示鹽度和MIT對反硝化關(guān)鍵基因的調(diào)控機(jī)制。數(shù)據(jù)來自圖4和圖5。  

 

 

6 污泥特性（SVI、VSS/SS）：評(píng)估鹽度對污泥沉降性的影響。  

 

結(jié)論：  

1 鹽度抑制反硝化酶活性，尤其是硝酸還原酶，但通過負(fù)反饋上調(diào)nar和nor基因表達(dá)。  

2 低劑量MIT（10 mg/L）可被微生物降解或利用，不影響反硝化；高劑量（40 mg/L）則抑制反硝化。  

3 長期MIT暴露增強(qiáng)微生物耐受性，但抑制Halomonas并滅活Micavibrio。  

4 Thauera和Marinobacter是主要反硝化菌，分別適應(yīng)低和高鹽度環(huán)境。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義：  

使用Unisense電極精確測量了溶解態(tài)N?O濃度（圖1和表1），其意義在于：  

1 直接量化反硝化過程中N?O的生成量，避免氣態(tài)損失導(dǎo)致的誤差，提高數(shù)據(jù)可靠性。  

2 通過N?O動(dòng)態(tài)變化結(jié)合NO??和NO??數(shù)據(jù)，計(jì)算反硝化各步驟（Nor和Nos）的電子消耗速率（圖2），明確鹽度對N?O還原的抑制程度。  

3 揭示高鹽度（40 g/L）下N?O累積機(jī)制（Nor和Nos活性顯著下降），為控制溫室氣體排放提供依據(jù)。  

4 驗(yàn)證MIT對N?O產(chǎn)生無顯著影響（10 mg/L），但高劑量MIT可能通過抑制Nos導(dǎo)致N?O積累，需進(jìn)一步研究。