试析处理垃圾渗滤液的SBR中微生物种群与污泥比阻

试析处理垃圾渗滤液的SBR中微生物种群与污泥比阻

孙雪凤

北京中环尚达环保科技有限公司大理分公司  671000

摘要：为保持污水处理厂的生态稳定性，研究污水处理厂内的菌群构成，并在此基础上，通过调控丝状菌在其中的生长，研究日光照射对微生物处理垃圾渗滤液的影响。其中，养分不足、溶氧不足、 pH不足等多种因素导致了丝状菌的大量繁殖。目前关于日光照射对丝状菌生长的作用还鲜有报道。针对部分城市生活污水处理厂需在好氧池上盖的情况，开展日光照射下的微生物群落变化规律研究具有重要意义。高通量测序可同时完成数十万到数百万个 DNA小分子的测序，且长度普遍偏短，具备高精度、高通量、高灵敏、操作费用低廉等显著优点，可实现对样本中所有的微生物的全方位监测，基于大样本信息获取其物种及相对湿度，已成为当前环境微生物识别研究的热点。

关键词：垃圾渗滤液；SBＲ; 污泥比阻；微生物种群；太阳光照

本项目拟采用两套 SBR反应器（SBR1、SBR2），分别设置在自然光照射下、在暗室中放置，使两种反应器的进水流量、水质完全一致，操作条件、曝气模式一致。通过对两套工艺系统中不同工况下污泥的电阻值的测定，采用高通量测序等手段，研究不同工艺条件下两种工艺中微生物与微生物的种群结构变化，从微生物学的视角揭示日光照射对污水深度净化效果的作用机制，为污水生物脱氮工艺的推广应用奠定基础。

1、材料与方法

1.1试验装置

实验所用的 SBR材料都是具有透光性的有机玻璃材料，两个反应器的污泥混合物体积都是30 L。SBR1和SBR2具有同样的操作模式，进水质量，初始污泥浓度都是一样的。SBR1和SBR2的操作条件是：每日曝气量20小时，静态沉降3小时，排放和进水0小时，运行过程中，反应器中的混合溶液中的溶解氧含量为4.5~6.5mg• L-1, pH为7.6~8.6，但是由于SBR1置于窗旁，阳光较强，而SBR2置于房间一角，很少受到阳光的照射。

1.2接种污泥和试验用水

本研究采用从FZ城市污水处理中心好氧水池采集的接种污泥，实验用的是ZZ填埋场渗滤液调控槽。实验设计：在两反应器中投入等量接种污泥，第1~2 d进行闷曝，即每天曝气20 h，静沉后排除上清液，加1∶10 （渗滤液原液体积∶自来水体积）稀释后的垃圾渗滤液到原水位。第10 d开始，每日曝气20小时，静沉后排出上层清液，再加2∶9稀释的垃圾渗滤液，测试过程中，每周测定2次比阻。

2、结果与讨论

2.1出水水质与污泥比阻

出水中 COD浓度为496-800 mg• L-1, COD的平均去除率在60%—78%。两种工艺出水中铵态氮的变化范围为10—20mg• L-1，铵态氮的脱除率基本一致，都保持在85%～95%的水平。实验结果表明，SBR1、SBR2对污水中的铵态氮、有机氮均具有较好的处理效果。用该方法制备的污泥具有较高的比阻，其比阻为3.77×1012 mg• L-1。两种填料对污泥的比阻均有较大的影响。随着操作的进行，反应器内的污泥阻力呈现由高到低的变化趋势，第35天达到了一个峰值。但在SBR2反应器中，随着操作年限的增加，其比阻逐渐增大。通过对两个反应器内的污泥显微镜观察，在30—50天，SBR1产生较多的轮虫，并且在35天以后，污泥的比阻才逐渐降低，但至第40天后，又有许多丝状菌产生，从而使其比阻力不断增加。

2.2 SBＲ1和SBＲ2中细菌群落差异

（1）细菌多样性差异

经16SrRNA高通量测序，获得74085个有效片段。SBR1与SBR2以97%的相似性获得321条 OTU。两个序列均较平稳，说明该方法能较好地覆盖样本中的大部分微生物。可以看出，SBR1与SBR2共有 OTUs数量为207，占 OTUs总数的64.48%，说明这两种微生物的菌群结构具有高度的相似之处。SBR1样本中的细菌种类和丰度。SBR1的 Chao指标为287.5，明显高于SBR2的259，表明SBR1内的微生物种类较多。SBR1具有比SBR2更高的 Simpson指标，表明SBR1微生物的多样性低于SBR2。

（2）细菌群落组成差异

通过对样本中的代表性基因进行种的标注，对样本中的活性基因进行系统的分类。在两个反应器中均有一个相对丰度>1%的菌群，其中以变形菌门和类杆菌为主，分别为64.27%和27.21%,SBR2分别为57.92%和37.16%。由于SBR1的主要类群与SBR2相近，但它们之间的丰度差别不大。在属级上，选取相对丰富度超过1%的属级开展研究。结果表明，SBR1中分布着15个大属种，占绝对丰度的80.07%；其中，以β-变形菌门红环菌科占主导地位，占绝对丰度39.35%，随后是不知名的黄杆菌纲，其相对丰度达6.91%；拟杆菌门的无系统真菌，其相对丰度为6.14%。

2.3污泥比阻与微生物种群的关系

在SBR1反应器中，随着轮虫的存在，反应器内的比阻会逐渐降低，但在SBR2反应器内，随着反应器内的丝状化扩张，反应器内的比阻会不断增加，并且远高于SBR1反应器内的比阻。通过高通量测序发现，两个反应器中的微生物菌群结构差别不大，且两个反应器中的真菌种类存在明显差别，推测两者之间存在一定的差别。

在光照条件下，SBR1的菌群数量较多，其中土著和附生动物（轮虫）与胶体球共生，具有较好的群落组成。与SBR2相比，该菌株具有更高的多样性，其中 Rozellomycota占主导地位，未见丝状菌扩张现象。多细胞生物（轮虫）的存在可提高其滤过能力，降低其比阻力。根据李艳娜等人及梁少博等人的研究，发现以轮虫为代表的生物可以以分散的絮团及丝状菌为食物，对其进行有效的沉淀与净化。说明在SBR1中，轮虫的存在是导致其污泥阻力降低的重要因素。

SBR2无光照，其细菌多样性高于SBR1，但细菌种类较为简单，仅产于 Basidiomycota的 Trichosporon是该菌的主要类群，对丰度达99.78%，表明该菌在SBR2中的扩张极有可能是该菌在SBR2中的过度繁殖所致。在SBR2中，由于菌群的单一性和代谢物的累积，破坏了原有的菌群平衡，从而成了束毛孢菌的优势繁殖。

两个反应器的入口及操作参数基本一致，但在实际运行过程中，SBR1的溶解氧比SBR2的5.04稍微高一些，而在实验过程中，SBR1的溶解氧浓度分别为8.45和8.63，两者均为中性。至于混合溶液的水热，由于受到阳光照射，SBR1日均温度高于SBR2，但两者均保持在20—25摄氏度，所以两个反应器中细菌数量上的差别应与日光照射有关。在阳光照射下，活性污泥体系内的微生物数量增多，有利于多栖动物的产生，进而限制了该菌的增殖，维护了该体系的平衡与稳定性。

结束语：

综上所述，第一，受光照影响，SBR1微生物区系比SBR2丰富，其优势菌种为beta-变形菌门Thauera，占39.35%，是降解有机质和反硝化的重要功能微生物。随着处理时间的延长，污泥的比阻力呈上升趋势，随后逐渐减小，随着轮虫数量的增加，污泥的阻力逐渐降低。第二，无光照条件下，SBR2的菌群数量低于SBR1，但其多样性高于SBR1，并且在SBR2中也发现了 Thauera菌为次优菌种，其相对含量为16.23%；拟杆菌门中的普拉克托osalinus占绝对主导地位，其相对含量可达1684%，它的存在表明了污泥的扩张；其中，以β-变形菌和布拉 achymonas为优势菌群，其相对含量为12.55%，而 Brachymonas为8.04%，表明该菌株在SBR2内发生的污泥膨胀与该菌的繁殖密切相关。

参考文献：

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