Page 175 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

第 5 期 赵东华等：磷对硫自养反硝化效果的影响 · 1531 ·

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98 % 以上。进水磷浓度为 0.300 mg/ 的处理组， 2.3 磷浓度对微生物群落结构的影响
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NO -N x 去除率在补充磷的 第 6 天，恢复至磷饥饿前 在磷恢复期的 第 1 天，分别采集磷饥饿处理组
水平。进水磷浓度 为 0.200 mg/ 的处理组， NO -N （进水磷浓度 为 0.050 mg/ 的处理组，已经处于磷饥
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x
去除率在补充磷的 第 9 天，恢复至磷饥饿前水平。 饿状 态 36 d）和磷恢复处理组（进水磷浓度 为 0.500
进水磷浓度小 于 0.200 mg/ 的处理组，在本试验 mg/L）中段的硫磺颗粒，进行高通量测序。
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周 期 内 ， NO -N 去 除 率 始 终 未 曾 恢 复 至 饥 饿 前 2.3.1 微生物多样性
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x
水平。 磷饥饿和磷恢复处理组的高通量测序分别获得

21 和 23 个 OTU，并且 2 个样品的检测覆盖率
2
2
(coverage 均 在 0.9 以上，表明本研究中测序结果几
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)
乎囊括了样品中所有的细菌物种，能够反映样品中
细菌群落的真实情 况 ( 表 2)。

表 2 不同处理组微生物群落丰度和多样性
Table 2 Richness and diversity of microbial communities of
different treatment groups
OTU Shannon Chao Ace Simpson
处理组 序列数 数 指数 指数 指数 指数 覆盖率
图 3 磷恢复期不同进水磷浓度下的 NO x -N 去除率
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磷恢复 36 477 232 3.32 235.88 236.62 0.09 0.999 7
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Fig.3 NO x -N removal efficiency under different influent
磷饥饿 44 143 212 2.80 216.33 217.71 0.16 0.999 7
phosphorus concentrations during phosphorus recovery period

各处理组出水中 NO -N 浓度与 NO -N 去除率正 Alph 多样性指数可以反映微生物群落的丰度
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a
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好相反，除了补充磷的 第 1 天外，其他时间 NO -N 和多样性。Shanno 指数 和 Simpso 指数反映样品
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n
n
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x
去除率未恢复至磷饥饿前水平的各处理组，出水中 的多样性程度，Shanno 指数越高， 而 Simpso 指数
n
n
均存在亚硝酸盐积累， NO -N 浓度 为 1.1～4.8 mg/L。 越低，表明微生物群落的多样性越高；Cha 指数和
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o
2
在补充磷的 第 1 天，各处理组出水中 NO -N 浓度突 Ac 指数是用不同的算法估计样本中所 含 OT 数
U
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2
然下降，这可能与温度突然升高有关，该天由于气温 目的指数，其值越大，表明物种数越多，微生物群落
上升，导致处理装置所处室内温度 达 27 ℃，显著高 的丰度越高。由 表 2 可知，以 上 4 个指数均表明，磷
于之前及之后 的 20 ℃。 恢复处理组的物种多样性及丰度均高于磷饥饿处理
Wan 等 [9 ] 研究认为，当 NO -N 浓度为 5～16 组，其他研究也表明营养盐充足时的物种多样性显
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mg/ 时，硫自养反硝化所需的最低生物可利用磷浓 著高于饥饿条件下的物种多样性 [11,20] 。
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度 为 0.150 mg/L，其计算依据主要为出水相对于进 2.3.2 群落结构
水减少的磷浓度，即硫自养反硝化系统磷去除量。 基 于 RD 数据库的分类信息，分别对磷饥饿及
P
但也有研究发现，当反硝化系统磷去除量 为 0.148 磷恢复处理组的高通量测序数据进行了属水平上的
mg/L，而进水磷浓度 为 0.160 mg/ 时，并不能支撑反 分类分析，结果见 图 4。从 图 4 可看出，磷饥饿和磷
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硝化系统进行完全反硝化 [14] 。多种因素， 如 HRT、 恢复处理组的优势菌属差异很大。磷饥饿处理组的
进水硝酸盐浓度和进水磷浓度等，均会影响硫自养 优势菌属（占比大 于 1%） 为 Psychrobacter（35.34%）、
反硝化系统的磷去除量 [14] ，因此不同运行条件下，硫 Desulfocapsa（10.11% ） 、Sulfurisoma （3.93% ） 、
自养反硝化系统磷去除量可能存在较大差异。此 Luteolibacter（3.79%）、Rhizobium（2.94%）、Simplicispira
外，充足的磷有利于增强反硝化系统对进水水质水 （2.12% ） 、Pseudomonas （2.00% ） 。Psychrobacte 是
r
[9]
量波动的耐受性 ，从本研究中也可以发现，磷充足 一类嗜冷菌，但能适应多种温度范围，Psychrobacter
时（常规运行期），硫自养反硝化系统能适应进水硝 具有修复被杂环化合物、烃类、药物等污染环境的
酸盐浓度的较大变化，当进水 NO -N 浓度 从 10 mg/L 潜力 [21] 。Zhen 等 [22 ] 从好氧生物滤池分离了一株
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提升 至 21 mg/ 时， NO -N 去除率未发生明显变化 Psychrobacter，能在好氧条件下以硝酸盐和亚硝酸盐
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（ 图 1）。因此，本研究以能满足硫自养反硝化实现最 为电子受体进行反硝化。但是，目前关于该类细菌
大 NO -N 去除率的最低进水磷浓度， 即 0.200 mg/L， 的研究还较少，其生理生化特征、在反应中的具体代
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作为硫自养反硝化所需的最低磷浓度。 谢过程和在反硝化过程中的作用还有待进一步研