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增强脱氮和微生物的分布分布与氮循环相关的基因在一个垂直流向国内废水生物过滤器处理

宏磊王1,Duntao蜀2,Na邓1Gehong,魏2*和Tongshun王3

1国家重点实验室的土壤侵蚀和黄土高原旱地农业,水土保持研究所、西北大学& F,杨凌712100年,陕西,中国

2压力作物生物学国家重点实验室在干旱地区,西农大学生命科学学院712100年陕西,中国杨凌

3210029年江苏液压研究所、南京,江苏,中国

*通讯作者:
宏磊王
压力作物生物学国家重点实验室在干旱地区,西农大学生命科学学院712100年陕西,中国杨凌
传真:
+ 86 29 87091175,+ 86 29 87091175
电子邮件: (电子邮件保护)

收到日期:24/08/2018;接受日期:12/09/2018;发表日期:19/09/2018

引用:Mbamalu,安图内斯E, Silosini N, Samsodien H, Syce J(2016)高效液相色谱法测定选择相应类黄酮苷及其苷配基Sutherlandia frutescens材料。地中海5:246 Aromat植物。doi: 10.4172 / 2167 - 0412.1000246

版权:©2016 Mbamalu等。这是一个开放的文章下分布式知识共享归属许可条款,允许无限制的使用、分配、和繁殖在任何媒介,被认为提供了原作者和来源。

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文摘

垂直流向生物过滤器进行了调查作为氮(N)的可持续技术和化学需氧量(COD)从国内废水。然而,微生物基因的分布贡献负责删除N在很大程度上仍未知,特别是在垂直流动沿深度梯度生物过滤器。在这里,一个三级垂直流向生物滤池(三个阶段:P1, P2, P3)实现大去除效率总氮(TN);87.00%和33.69 g / m2·d), NH4 + - n(95.90%和24.17 g / m2·d)和鳕鱼(92.00%和558.15 g / m2·d)。NH4 + - n和TN的去除贡献在P1, P2, P3可以排名如下:P1(分别为45.9%和38.4%)> P2(分别为39.6%和28.2%)> P3(分别为10.6%和20.5%)。结果显示,amoA /细菌(nirK +技术+ nosZ) /细菌,amoA /氨氧化细菌和氨氧化/主要基因组负责NH4 + - n和TN去除在P1, P2和P3和这些基因的贡献组织沿深度梯度生物滤池。具体来说,硝态氮去除率P3能力明显增强,集体由(纳帕+娜戈)和nxrA基因组。综合分析证实,控制硝化反硝化的耦合增强除NH4 + - n和TN的P1。结合氨氧化和硝化作用导致了NH4 + - n和TN的去除P2。加强氨氧化和脱氮占的TN P3的减少。 This study indicated that biofilters have great potential applicability for treating domestic wastewater without a sequential chain of treatments and extra aerations.

关键字

国内废水;垂直流向生物过滤器;功能基因;分布的贡献;氮去除。

缩写

PCR:聚合酶链反应;APHA:美国公共卫生协会;TP:总磷;TN:总氮;鳕鱼:化学需氧量

介绍

生物过滤器系统已经设计和深入研究作为污水处理的广泛应用技术(1- - - - - -3]。考虑到他们的技术、经济和生态优势,广泛生物过滤器系统构造和采用N从国内废水,特别是在发展中国家(4- - - - - -7]。然而,许多活跃的生物过滤器系统显示减毒和有限的减少TN含量(4- - - - - -8]。因此,在生物过滤器TN治疗系统的增强性能是一个关键的任务。此外,持续增加的污染排放在大面积农村在发展中国家和更严格的N放电限制最终促使紧急努力改善生物过滤器系统的工程设计和应用。

生物过滤器,废水穿越多层设备挤满了各种媒体(即。,lava rocks, volcanic rocks, bioceramics, natural zeolites, gravel, and polyurethane foam), and air is immediately brought into the system [2,9]。然而,在媒体上固定化微生物降解COD和N通过几个途径,如硝化、反硝化作用氨氧化(10- - - - - -13]。人们普遍认为硝化细菌过滤器系统可以提供适当的有氧领域但通常缺乏足够的厌氧微生物厌氧区域(即,氨氧化和脱氮)功能,导致硝酸盐(NO3——N)积累和减毒TN去除(5]。先前的研究已经报道,单级生物过滤器系统无法有效地同步去除TN,因为他们无法提供适当的有氧和厌氧硝化细菌和脱氮剂(14]。因此,混合生物过滤器系统已经用于处理连续需要TN去除(5,8,15]。使用一个生物滤池脱氮(16]挤满了网状聚氨酯泡沫作为生物膜载体治疗低碳:氮比率(0.65 - -3.0)废水和TN的去除效率从92.2%至18.5不等。小说维持生物膜反应器设计(4与NH)4+ - n和TN的去除效率94%和79% (9.84 g / m2分别·d)。平均NH4+ - n和TN的去除效率69.3%(约2.9 g / m2·d)和54%(约2.2 g / m2·d)分别实现(17]在sponge-bed滴滤池。上述结果表明,实现高稳定TN删除生物过滤器仍然是一个挑战,因为与N循环相关微生物的各种反馈不同的操作参数和环境条件。

垂直流向生物过滤器被设计为一个简单的和有用的修改加强的鳕鱼,NH4+ - N, TN (18,19]。这些生物过滤器产生有节奏的连续循环的有氧区,aerobic-anaerobic区和厌氧区,提高硝化和dentrification在一个反应堆。然而,由于N的不同反应微生物的有氧和无氧环境中,微生物群落显示大型异构性问题在多个处理单元沿深度梯度生物过滤器(20.]。先前的研究表明,有氧环境生物过滤器系统有负面影响反硝化微生物的功能,和反硝化微生物的碳物质往往不足,随着碳源有效地降解导致不高3——N积累在竖直怜生物过滤器(21]。因此,反硝化作用可以被假设为病原TN去除过程中竖直怜生物过滤器。同现的部分硝化、反硝化和氨氧化在生物反应器被认为是一个关键因素负责NH的强化去除4+ - n和TN (22,23]。尽管垂直流动的影响在鳕鱼和NH生物过滤器4+ - n去除主要是探索,没有进一步努力加强TN去除,研究消除的潜在机制3——N的积累和增加TN去除,氮微生物基因的定量贡献不同的处理单元在竖直怜生物过滤器仍缺乏。所有这些未揭露的关系限制我们的能力来改善TN去除的能力。

在这项研究中,我们探索的可行性竖直怜生物过滤器去除NH4+ - N和TN在不同有机负荷和N微生物的定量贡献TN去除。评估的主要目标是COD的去除效率,NH4在不同的处理单元+ - n和TN竖直怜生物过滤器;确定主要功能基因NH形状4+ - n和TN去除在不同处理单元和量化的分布贡献主要功能基因在不同的处理单元(沿深度梯度)。

材料和方法

实验

垂直流向生物过滤器:竖直怜生物过滤器,有效容积为72 L,建于(支持信息,图S1)。生物过滤器被细分为三个部分(P1P2和P3)。P1(自然通风)由两个功能层(每层,L×W×H = 20×20×30厘米3),满是岩浆岩石(颗粒大小:5 - 8毫米)和生物陶瓷(颗粒大小:5 - 8毫米)。P2(自然通风)由两个功能层(每层,L×W×H = 20×20×30厘米3),挤满了的火山熔岩(颗粒大小:2 - 5 mm)和bio-ceramics(颗粒大小:2 - 5毫米)。P3(没有通风)包括一个功能层(H = 20×20 L×W××60厘米3),挤满了聚氨酯泡沫塑料用1到2毫米孔径。一个bistratal筛盘(厚度:2厘米)治疗P层之间的安装1和P2混合废水和空气。

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图S1:原理图的垂直流向生物过滤器

根据我们的实际环境质量调查,平均鳕鱼和北半球4+ - n浓度在国内废水分别为342.65±86.52 mg / L和28.30±12.25 mg / L。合成废水是由自来水(没有3——N: 4.2 - -6.9 mg / L)。在这项研究中,合成废水中含有200 - 600 mg / L的鳕鱼,NH - 40 mg / L4+ - n, 25.49 - -47.91 mg / L (TN和TP的3 - 4 mg / L送入竖直怜生物过滤器。液压加载速率为1.0 m3/ m2·d。合成废水的基本成分在每个操作阶段组织表1。垂直流动的生物过滤器安装在室内的温度和pH值的影响和废水污染范围从18.5°C到26.8°C,分别为7.2到8.1。实验包括初创阶段(五周)和运营阶段(0 - 140天),整个实验持续了175天。

参数 阶段我 第二阶段 第三阶段 四期 第五期
鳕鱼(C6H12O6毫克/升) 200年 300年 400年 500年 600年
NH4+ - n (NH4Cl, mg / L) 20. 25 30. 35 40
C / N比值 10.00 12.00 13.33 14.29 15.00
TP (KH2阿宝4毫克/升) 3.0 3.2 3.5 3.8 4.0
时间(天) 0 ~ 28 29 ~ 56 57 ~ 84 85 ~ 112 113 ~ 140

表1:合成废水成分在每个阶段。

样品

水样本提取P1P2和P3每周有一次。水质指标(即COD、NH4+ - n,亚硝酸盐(NO2−- n),没有3−- n, TN和pH值)的影响和废水测定用标准的技术,和标准分析方法对其它地方描述的变量(22- - - - - -24]。微生物样品(包括火山岩/ bioceramic和聚氨酯泡沫塑料)收集生物过滤器的末日14日,28日,42岁,56岁,70年,84年,98年,112年、126年和140年。在每一个采样时间,五个微生物样本来自P1P2和P3。然后,样本存储在-20°C冰孵化器和准备DNA提取。ω土壤提取工具包(D5625-01)被用来从样本中提取基因组DNA(例如从0.5克到1.0 g样本)(23]。然后,基因组DNA是存储在-20°C冰孵化器。

定量聚合酶链反应

amoA氨氧化基因是目前已知的标记好氧氨氧化和缺氧氨氧化,分别为(25,26]。的nxrA目前已知的标记基因2——N氧化(30.]。周质硝酸盐还原酶(纳帕,没有3——N→没有2——N),膜结合硝酸还原酶(娜戈,没有3——N→没有2——N),亚硝酸盐还原酶(nirK/检测技术,没有2——N→没有),和一氧化二氮还原酶(nosZN2O→N2)广泛采用作为反硝化细菌的标记。与引物进行PCR对Eub338f / Eub518r总细菌(27),Ar109f / Ar344r古生菌(28),Amx809f / Amx1066r氨氧化(29日),amo598f / amo718ramoA(26),F1norA / R1norAnxrA(30.),V17F / 4 r纳帕(31日),19602f / 20502r为娜戈(32),583 f / 909 rnirK(33),检测技术cd3aF /检测技术R3cd为检测技术1773和1527 f / rnosZ(34]。采用qPCR量化N微生物的种群动态基因在生物过滤器(P1P2和P3)和一个20μL反应混合物(16,35]。详细的协议和参数描述每一个标记(其他地方16,23]。

数据处理和统计

入渗和废水浓度采用量化移除效率(%)。影响和废水浓度、液压保留时间(2.0小时)和工作的功能层(V = 0.2×0.2 m2)集体采取量化NH的去除率4+ - n,没有3——N和TN (g / m2.d)。标准差(SDs) N微生物基因的种群动态进行了分析通过qPCR使用三个重复的数据。N微生物基因的种群动态和其他比率(如N微生物的基因。amoA/细菌,(nirK+检测技术+nosZ)/细菌和nxrA/细菌)采用candidate-independent变量的线性回归分析,用SPSS 20到与N去除率(例如NH4+ - n,没有3——N和TN)。采用路径分析量化关键功能基因的贡献(即功能基因组)的N去除率。

结果与讨论

治疗细菌过滤器的性能

在操作期间,竖直怜生物过滤器实现高COD去除效率(92.15±2.91%)(图1一个)。P1P2和P330.50±9.20%,占44.22±12.57%和17.43±6.79%的COD去除率分别为(图1 b)。假设,COD的去除效率高于其他生物过滤器系统基于传统方法和新发现的方法与人工曝气,目前用于治疗国内废水(鳕鱼= 120 - 450 mg / L)与总COD去除效率波动从50%到89% (7,36,37]。鳕鱼转换的平均P1P2和P3分别为174.14±66.69 g / m2·d, 288.76±163.78 g / m2·d和95.26±37.36 g / m2分别·d。生物过滤器达到COD去除率为558.15±208.47 g / m2·d (图S2),高于治疗表演鳕科鱼在之前的调查研究(例如437.00 g / m2由[·d38)和275.25 g / m2由[·d5]。上述结果显示P的COD去除率的贡献1P2和P3沿深度梯度(从上到下)。这高COD去除率性能是由于筛盘在P1(自然通风)和P2(自然通风)允许废水/空气接触。雷竞技网页版然而,警3(不通风,图S1)取得了降低COD去除率与P1和P2。这是因为大多数脱氮剂是异养细菌,利用有机C作为必需的有机来源;这导致了持续的消耗和损失的鳕鱼(16,39]。

microbiology-dynamic-transformation

图1:影响浓度,废水浓度和COD的去除效率(a、b), NH4+ - n (c, d)和TN (e, f)垂直流动沿深度梯度生物过滤器。

众所周知,竖直怜生物过滤器能有效去除COD、NH4+ - n (8,38,40]。在这里,我们重点讨论TN去除,污水被确认为一个指标同时监控多个水处理性能。随着鳕鱼的增加从200 mg / L到600 mg / L,北半球4+ - n去除率稳定在95.88±2.45% (图1 c)。生物过滤器达到一万亿删除87.28±4.12%的效率。根据以前的研究(5,41),据报道,一个TN85.4%using竖直怜生物过滤器结合水平流动时multisoil-layering反应堆。在其他混合生物过滤器,TN去除效率从66.5%到83%不等(37,42]。在这项研究中,生物过滤器达到更高TN去除效率(最多46.5 g / m2·d)。TN的去除率为27.83 -30.62 g / m2·d在一个竖直怜生物过滤器和水平流动multisoil-layering反应堆被报道(5]。TN的去除率混合细菌过滤器的2.34和9.84 g / m2·d分别实现(4,17]。平均TN去除率为0.11公斤/米3·d(大约0.86 g / m2部分硝化-·d)氨氧化据报道[生物过滤器7]。高和稳定NH的删除4+ - n和TN的生物过滤器与报道的值比较竖直怜生物过滤器用于治疗农村污水(5)、多媒体生物过滤器用于处理污水处理(20.),同时no3却生物过滤器(43),氨氧化生物膜反应器用于从废水氮的去除4,7]。此外,平均TN废水浓度(4.23±0.5 mg / L)低于在有氧或无氧生物过滤器系统,与实际废水浓度波动从5.17 mg / L 13.1 mg / L (7,44,45]。

氮的动态转换P1P2和P3所示图2图S2。P1P2和P345.93±7.70%,占39.56±9.39%和10.65±4.26%的NH4+ - n去除(图1 d分别)。P1P2和P337.72±3.95%,占28.24±5.49%,分别为20.32±4.73%的TN去除。剩余NH4+ - n废水与16.09 mg / L (P明显减少11.00 mg / L (P3)。这NH明显下降4+ - n废水在P归因于自然通风1和P2(图S1),导致增强的硝化负责消除NH的积累4+ - n和没有3——系统中N (图2图S2)。在一起,这些结果与之前的研究相一致,表明生物过滤器和曝气系统操作使COD、NH的有效去除4+ - n和导致残余3——N和TN的废水(7,21,42]。在这项研究中,没有明显的下降3——在P N和TN浓度废水3(没有空气供应,图S1)中观察到的图2 c,这表明脱氮是不足够的3——N和TN去除。P3没有更高的吗3——N转换(3.83 g / m2比在P·d)1(0.29 g / m2和P·d)2(-2.24 g / m2·d),这表明功能层没有氧气供应起着重要的作用在提高脱氮过程中实现有效的没有3——N和TN去除。

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图S2:长期的动态转换的氮生物过滤器

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图2:垂直流动的长期动态转换的氮沿深度梯度生物过滤器。

氮的去除机制

实验分为创业期(五周)和运营期(0 - 140天)。细菌的丰度、古生菌和微生物基因P N1P2和P3被量化操作的整个阶段估计它们在数量上的变化,揭示了进化的N P的去除途径1P2和P3

的结果图3一表明细菌的绝对丰度P1P2和P3显示快速增加了12.35、7.21和3.54倍,分别在整个时期。这些增加直接增强鳕鱼的不断消耗,导致2.03,7.16,1.07倍COD去除效率的增加P1P2和P3分别。在这项研究中,从200 mg / L COD浓度增加到600 mg / L,导致一个增强补充的基质生物过滤器的细菌群落,导致浓缩和快速增长(39]。在P古生菌1P2和P3增加从2.75×107副本/ g 14天(运作阶段)为5.67×108册/ g 140天,表现出低丰度和类似的模式相对于COD浓度的变化。虽然古生菌显示数量比细菌小得多图3 b,古生菌在NH社区可能发挥关键作用4+ - n去除(46,47]。

microbiology-microbial-communities

图3:微生物群落的动态人口和功能基因在垂直流动沿深度梯度生物过滤器:细菌(a),古生菌(b), amoA (c),氨氧化(d), nxrA (e),娜戈+纳帕(f), nirK + nirS (g), nosZ (h)。

NH4 +转型社区窝藏具体分解nitrifying-ammonium单氧酶(amoA)和厌氧ammonium-oxidizing (氨氧化)微生物组织图3 c图3 d分别。随着COD浓度的增加,大量的amoA在P1P2和P3总体下降趋势和类似的模式,不同之间2.13×104册/ g / g和7.39×106份。然而,大量的氨氧化在P1P2和P3总体趋势和类似的模式,增加4.89×10之间的不同5拷贝/ g和2.02×107拷贝/ g。的绝对丰度amoA在P1在14天的15.10倍氨氧化。这些结果表明,好氧氨氧化的NH控制4(45.93%的NH + - n去除途径4+ - n去除,图1 d)。与此同时,的比例amoA氨氧化在P214天大约是0.75,这表明硝化和之间的关系氨氧化过程是负责NH高的主要因素4+ - n去除(NH的39.56%4+ - n去除,图1 d)。的氨氧化在P37天是16.02倍amoA,这表明厌氧氨氧化是一个关键的NH4(10.65%的NH + - n去除途径4+ - n去除,图1 d)。140天的操作后的比率氨氧化amoA在P1P2和P3分别是大约0.39,14.19和947.16,表明硝化P1氨氧化在P2和P3是占主导地位的NH4NH + - n去除途径负责强劲4+ - n去除(96.14%,图1 d)。上述研究结果表明,氨氧化过程是显著地增强并最终取代硝化作为主要NH4+ - n去除途径在竖直怜生物过滤器。随着COD浓度的增加,做的是不断消耗过程中有机物质氧化(COD去除率的92.15%,图1 b),在P创建密集microdomain厌氧环境条件1P2和P3,适合厌氧氧化的发展(氨氧化)管理司机的NH细菌4+ - N去除(3,4,48]。

在整个期间,nxrA基因微显示减少P1P2和P3,导致减毒硝化活动,占不减产3——N。5反硝化的基因(例如,娜戈,纳帕,nirK,检测技术,nosZ)所示图3 f-3h。所有五个基因显示增加P1P2和P3,导致增加脱氮占了没有3- N去除。这五个基因在生物过滤器的同步增长是由于相似的适应缺氧环境及其相关但不同的生态位(31日,49,50]。先前的研究已经表明,反硝化作用是主要途径,和病原反应过程是实现高TN去除[8,23]。在这项研究中,五个基因的丰度P2(自然通风)和P3(没有自然通风)分别为1.40和1.81倍,比P1(自然通风),导致更高的贡献的P2和P3负责TN (TN去除的48.56%,图1 f比P。1(38.72%的TN去除,图1 f)。这可能也解释了相应的高TN去除细菌过滤器相比,在其他污水处理生物过滤器(5,16,51]。

氮转化途径

确定连接宏观尺度NH定量关系4+ - n和TN去除和功能基因与氮循环,提高对NH主要功能基因控制的理解4+ - N和P TN去除过程1P2和P3。通过引入特定变量的数量成线性逐步回归模型(23),NH的方程4+ - n,没有3——N, TN建成R2 > 0.819 (表2)。

逐步回归模型 方程 R2 P F
P1 NH4+- n = 54.793 amoa /细菌+ 41.906 (nirK +技术+ nosZ) /细菌- 80.831 0.966 0.034 28.803
没有3——N = -6.387 nxra /(纳帕+娜戈)+ 9.955 - 4.258 nxra /细菌 0.993 0.007 135.545
TN = 22.231 (nirK +技术+ nosZ) /细菌- 5.820 nxra /(纳帕+娜戈)- 13.337 0.996 0.004 236.885
P2 NH4+ - n = -66.063 nxra amoa /氨氧化+ 3.368 + 50.874 0.995 0.005 211.103
没有3——N = 8.531(纳帕+娜戈)/ nxrA - 9.724 0.819 0.035 13.599
TN = -0.301 amoa /氨氧化细菌nosz 17.674 + / - 4.872 0.824 0.039 14.666
P3 NH4+ - n = 5.097氨氧化/ amoA - 4.715 0.915 0.023 32.147
没有3——N = 1.495氨氧化/ amoA + 1.417(纳帕+娜戈)/ nxrA - 1.956 0.980 0.020 49.974
TN = 74.686 /氨氧化细菌+ 4.703(纳帕+娜戈+ nirK +技术+ nosZ) /细菌- 55.442 0.949 0.046 18.394

表2:定量反应氮转换利率之间的关系和功能基因组织P1P2和P3

结果表明,北半球4在P + n减速率1是显著相关的比率amoA/细菌和(nirK+检测技术+nosZ)/细菌。更直接的贡献nirK+检测技术+nosZ)/细菌NH (65.8%)4+ - n而减少amoA/细菌(30.8%)在P1在整个时期图4一。第一个变量,amoA/细菌,显示了NH的水平4通过硝化作用过程(NH + - n去除4+ - n→不2——N),结果在积极与北半球的关系4+ - n减速率,而变量(nirK+检测技术+nosZ呈正相关,NH) /细菌4+ - n去除。人们普遍认为硝化和反硝化作用是不利的过程函数分别在有氧和无氧环境条件(52]。我们的结果显示功能硝化细菌之间的相互作用和脱氮剂在协议与[53]建议的多源的分布与硝化反硝化的基因会导致他们的同现基因在许多压力。无3——N累积率负相关nxrA/ (纳帕+娜戈),nxrA/细菌(表1),更直接的贡献nxrA/ (纳帕+娜戈)(-64.7%)3——N与积累nxrA/细菌(-33.8%)在P1(图S3a)。的nxrA基因有关3——N生产,虽然纳帕娜戈没有相关的基因3——N消费。因此,的比率nxrA/ (纳帕+娜戈),nxrA/细菌被定义为没有3——N的积累。在P TN的转换1硝化和反硝化过程相关,共同控制(nirK+检测技术+nosZ)/细菌和nxrA/ (纳帕+娜戈)。更直接的贡献nirK+检测技术+nosZ)/细菌(90.9%)TN而减少nxrA/ (纳帕+娜戈)(-21.0%)在P1在整个时期(图4一)。上述结果表明硝化和反硝化过程之间的密切关系是导致了健壮的北半球4+在P - n和TN去除表演1(36,54]。

microbiology-Pathway-diagrams

图4:通路图估算功能基因集团NH的直接贡献4+ - n和P TN去除1P2和P3。箭头指定方向的因果关系。箭头相邻的数字代表的直接贡献的程度,和积极的和消极的数字分别代表了积极和消极的贡献。

microbiology-Pathway-diagrams

图S3:通路图评估功能基因的影响组织的硝态氮转化率(或累积利率如果废水硝态氮浓度增加)。

北半球4在P + n减速率2是负相关amoA/氨氧化。更直接的贡献nxrANH (39.2%)4+ - n而减少amoA/氨氧化(-95.1%)在P1在整个时期(图4一)。这是因为ammonia-oxidizing细菌(AOB)占生产的2——N (NH4+ - n→不2——N),而氨氧化负责不2——N消费。然而,AOB与北半球4+ - N转换往往受制于NO2——N的积累(22,55,56]。无2——N积累的比例amoA/氨氧化。这是因为amoA基因是与没有2生产(NH - N4+ - n→不2——N),而nxrA氨氧化相关的消费没有2——N [39]。这个结果显示了生态之间的关系nxrA氨氧化在北半球的删除过程4+ - n,通常被认为是主导,只有驱动amoA基因。无3——N的比例转换是由(纳帕+娜戈)/nxrA因为两个同质功能基因(纳帕娜戈)与不3——N消费,而亚硝酸盐氧化细菌(nxrA)负责3——N生产。的结果图S3b表明(纳帕+娜戈)/nxrA是主要的基因群导致高不3——在P N还原(90.5%)2。的TN还原率P2联合控制的amoA/氨氧化nosZ/细菌(表4)。更直接的贡献nosZ/细菌(90.0%)TN而减少amoA/氨氧化(-1.0%)在P2在整个时期(图4 b)。的amoA/氨氧化变量是负相关的2——N累积利率,而变量nosZ/细菌积极与TN还原速度。的nosZ基因是目前接受为代表的完整度脱氮过程(39,57]。因此,越来越nosZ代表了TN的水平转变。的变量氨氧化/amoA,这是认定为没有2——N消费,展品与NH积极的联系4+ - n和没有3在P - N转换2因为氨氧化负责不2——N消费,而amoA负责不2——N的积累。因此,消费比率表明NH的程度或水平4+ - n转换。更没有2导致更高的NH - N消费4+ - n转换。的nxrA/细菌变量展品与北半球积极联系4+ - n转换速率。的nxrA基因直接消耗没有2——N和,因此,消费比间接代表NH的变换4+ - n。上述结果表明,组合氨氧化/硝化作用(即完全自养脱氮工艺对亚硝酸盐;佳能)是导致北半球4+ - n和TN去除36,54]。

的结果图4 c表示,氨氧化/amoA是关键因素的高减少NH吗4+在P - n (95.6%)3。更高的(直接影响纳帕+娜戈)/nxrA没有(53.3%)3——N而减少氨氧化/amoA(46.6%)在P3(图S3c)。的TN还原率P3是显著相关的比率(纳帕+娜戈+nirK+检测技术+nosZ)/细菌和氨氧化/细菌。更高的直接影响氨氧化/ TN相比,减少细菌(49.2%)(纳帕+娜戈+nirK+检测技术+nosZ)/细菌(39.6%)在P3(图4 c)。这两个变量是直接参与NH的消费4+ - n和没有3——N在氨氧化因此,和反硝化过程,并积极与TN的减少。因此,这两个氨氧化和脱氮微生物导致了TN的减少。在功能基因层面上,结果表明,对同步硝化反硝化的同现,氨氧化和脱氮(SNAD)过程可以有助于同时和增强N和COD的去除细菌过滤器系统[22,58,59]。

环境的影响

生物过滤器系统已经很大程度上探索和作为一个著名的技术把碳和氮污染物从污水。除我们的结果表明,高潜力和适应性去除COD、NH4+ - n和TN从国内废水被观察到在一个竖直怜生物过滤器。最大的污染物浓度(鳕鱼= 32.76 mg / L, NH4+ - n = 2.63 mg / L和TN = 6.79 mg / L)废水生物过滤器的低于最严格监管类1值(鳕鱼≤50 mg / L, TN≤15 mg / L,和北半球4+ - n≤5 mg / L)在中国国家标准(gb18918 - 2002)。

保护地表水环境,许多发展中国家已经建立了更严格的法规和严格的标准限制(总氮的排放60]。因此,全面的技术可行性和操作简单的优点(没有连续曝气的要求操作或额外的运营成本)提供主要好处利用生物过滤器作为先进的治疗技术促进TN去除从国内废水,特别是在发展中国家的农村地区。这项研究表明潜力巨大的实际应用verticalflow治疗国内废水生物过滤器。它可能成为一个可持续的和可负担得起的国内废水净化方法在偏远或经济落后地区的发展中国家。然而,生物过滤器系统的工程应用仍需要进一步研究。

结论

在这项研究中,一个三级垂直流生物过滤器没有额外的曝气运行实现TN去除效率高(87.00±2.59%,33.69±7.93 g m2d1),NH4+ - n (95.90±2.44%, 24.17±6.23 g m2d1),鳕鱼(92.00±3.07%,558.15±208.47 g m2d1)。NH4+ - n和TN去除的贡献可以排名如下:P1(分别为45.9%和38.4%)> P2(分别为39.6%和28.2%)> P3(分别为10.6%和20.5%)。具体地说,没有3在P - N的去除率3明显增强,导致明显下降的不是吗3——N和TN的废水。耦合硝化和反硝化作用导致了健壮的北半球4+ - n和P TN去除1。合并后的氨氧化硝化作用是导致北半球4+ - n和P TN去除2。合并后的氨氧化和脱氮占的TN减少P3。。

确认

这项工作是支持杨凌示范区的科技项目(2016 sf-05),中央大学基础研究基金(Z109021711)和西北大学& F的启动资金(宏磊王;Z109021610)。

引用

全球技术峰会