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2.2MBBR生物膜耐盐冲击特性
为探讨经不同盐度驯化后的生物膜的耐盐冲击性能,逐步提高NaCl含量,观察对NO-2-N的去除性能。由图1可知,盐度上升至40g/L时(50~61d),R1对NO-2-N的去除率急剧下降到(14.85±3.27)%,而R2和R3仍能完全去除NO-2-N,表明经10~20g/L盐度驯化的生物膜能完全适应盐度为40g/L的环境,耐盐冲击能力明显高于未经盐度驯化的R1。继续提升盐度至60g/L时(62~73d),R2和R3对NO-2-N的去除率分别降至(38.63±3.79)%、(56.14±7.24)%,其中R3的硝化性能显著高于R2(P<0.05),而R1和R4对NO-2-N的去除率均在30%以下。盐度最终上升至100g/L时(74~85d),R1、R2、R3和R4对NO-2-N的平均去除率分别为(14.85±3.27)%、(22.08±2.16)%、(26.78±4.31)%、(38.32±10.93)%,各反应器内生物膜活性均受到明显抑制。综上所述,随着盐度的不断提高,对NO-2-N的去除呈现一个逐渐被抑制的过程,但经一定盐度驯化后的生物膜的耐盐冲击性能明显增强。
采用修正的非竞争性抑制模型模拟盐度对硝化性能的抑制作用,见式(1)。
由此,根据耐盐度冲击过程对NO2--N去除性能的变化,可获得R1、R2、R3内盐度对生物膜硝化性能的半抑制浓度。其中,R1在盐度提升至40g/L时对NO2--N的去除率已经明显低于50%,即其a值<40g/L;R2和R3的半抑制浓度分别为44.36和62.94g/L。由此进一步表明,在0~20g/L盐度范围内驯化硝化生物膜,盐度越高则对硝化性能的半抑制浓度也越高,生物膜耐盐冲击性能越强。
2.3微生物相分析
在运行稳定期间(45d)取各反应器中生物膜样品进行生物膜量、EPS及微生物群落结构分析,以进一步揭示盐度的影响。相对于R1,盐度提升至10g/L并未引起生物膜量减少;而当盐度提升至20~40g/L后,生物膜量有显著下降(见表1),与前期研究结果相似。
表1稳定运行期间各反应器生物膜量及EPS含量比较(第45天)
研究各反应器EPS含量及组分发现,R2和R3中生物膜的EPS含量明显高于R1,表明在0~20g/L内提升盐度会促进EPS分泌。Zhang等在研究部分硝化系统时发现,盐度从零上升到10g/L时,EPS总量从54.2mg/gVS上升到99.6mg/gVS;也有研究报道称耐盐菌Rhodopseudomonasacidophila及药用菌Phellinuslinteus受盐度胁迫后EPS分泌明显增强。当盐度上升后,EPS分泌增强可视为微生物自我保护机制,在一定程度上保护细胞和提升耐盐能力。另外,也有研究指出EPS的静电键合位点通常比细菌表面高出许多倍,可为微生物提供较大的表面积,有利于细胞凝聚与物质吸附。EPS通常由蛋白质(PN)、多糖(PS)、DNA、脂类、腐殖酸、糖醛酸、氨基酸以及一些无机成分组成,其中PN和PS占据大部分。由表1可知,各反应器中生物膜的EPS组分以PN为主。而R4生物膜EPS含量最低可能是由于生物膜并未成熟,高盐度环境下生物膜生长慢,EPS分泌量较少。
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