A/O MBR處理生活污水效率與菌群多樣性的關(guān)系
摘要：采用缺氧/好氧膜生物反應(yīng)器(A/OMBR)工藝處理生活污水,試運(yùn)行了5種不同的工況以確定最佳工藝參數(shù),利用變性凝膠梯度電泳(DGGE)技術(shù)研究缺氧池和好氧池(MBR)中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),分析出水水質(zhì)與細(xì)菌種群多樣性的關(guān)系。結(jié)果表明A/OMBR在水力停留時(shí)間(HRT)為12h,污泥停留時(shí)間(SRT)為10d,硝化液回流比為300%,污泥回流比為100%的條件下,對(duì)COD、氨氮、總氮有穩(wěn)定良好的去除,平均去除率分別為96.4%、99.1%、75.8%;系統(tǒng)運(yùn)行過程中,缺氧池和好氧池中菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化,同一工況下兩池菌群的相似性通常大于50%,但缺氧池菌群多樣性隨工況變換而波動(dòng)較大,好氧池菌群多樣性隨運(yùn)行時(shí)間而逐漸豐富;缺氧池菌群多樣性指數(shù)與反硝化效率成正相關(guān)關(guān)系。
關(guān)鍵詞：A/O MBR，菌群多樣性，工藝優(yōu)化，脫氮，DGGE
世界水資源日趨匱乏且時(shí)空分配不均衡，導(dǎo)致全球超過20億人處于高度的用水緊張狀態(tài)。我國(guó)的水資源形勢(shì)也不容樂觀。2008年全國(guó)水資源總量為27434億m3，人均水資源擁有量?jī)H為世界平均水平的1/4。在水資源不足的同時(shí)，生活和生產(chǎn)過程中所排放的污染物對(duì)水環(huán)境的污染也日趨嚴(yán)重。據(jù)文獻(xiàn)，在我國(guó)204條河流的409個(gè)地表水國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面中，IV類及以下水質(zhì)的斷面比例為40.1%，主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量和氨氮；在26個(gè)國(guó)控重點(diǎn)湖泊（水庫(kù)）中，IV類及以下水質(zhì)的湖泊占20個(gè)。
污水回用是緩解水資源缺乏的有效途徑。通過污水處理工藝，把水中的污染物去除后重復(fù)利用水，不僅能減少污染物排放，還能節(jié)約自來水用量。近年來，已有研究結(jié)果表明，在分散型住宅小區(qū)的人口數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，對(duì)小區(qū)生活污水予以集中處理和回用，比將污水遠(yuǎn)距離排入市政管網(wǎng)、經(jīng)城市污水處理廠處理后再回用更為經(jīng)濟(jì)。我國(guó)已在住宅小區(qū)、城市污水處理廠成功開展了大量污水再生回用的實(shí)踐。膜生物反應(yīng)器（membranebioreactor,MBR）是常用的污水再生處理技術(shù),其技術(shù)特點(diǎn)是:水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)完全分離；反應(yīng)器容積負(fù)荷高，污泥濃度（MLSS）高，而剩余污泥量少；MBR的較長(zhǎng)SRT有利于世代周期長(zhǎng)的細(xì)菌（如硝化細(xì)菌）生長(zhǎng)和積累。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，MBR的污泥顆粒更細(xì)，已有分子生態(tài)技術(shù)手段證明MBR有更高的菌群多樣性，且細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)與進(jìn)水的水質(zhì)有關(guān)，當(dāng)進(jìn)水中含有較為豐富的可利用底物時(shí)，MBR中可以形成較多優(yōu)勢(shì)種群。目前，對(duì)于MBR處理效率與微生物多樣性關(guān)系的研究尚不多，有研究認(rèn)為硝化效率與氨氧化細(xì)菌的多樣性有關(guān)系，但另一項(xiàng)研究表明污泥中的微型動(dòng)物群落與氨氮去除率的關(guān)系不顯著。
雖然MBR對(duì)有機(jī)物和氨氮可高效去除，但由于其單一好氧條件以及較低排泥量，往往不能有效地脫氮和除磷。因此，本研究將A/O脫氮工藝與MBR技術(shù)相結(jié)合，即在好氧的膜生物反應(yīng)器前增加缺氧池，增加兩池之間的硝化液回流系統(tǒng)，同時(shí)適當(dāng)降低SRT和提高排泥量，以優(yōu)化A/O MBR系統(tǒng)的綜合處理效率。為了揭示系統(tǒng)中的菌群結(jié)構(gòu)，采用變性凝膠梯度電泳（denaturing gradient gel electrophoresism,DGGE）技術(shù),分析不同工況下缺氧池和好氧池(MBR)中污泥的菌種多樣性和相似性。DGGE是一項(xiàng)簡(jiǎn)便快速的基因指紋技術(shù)，它根據(jù)不同序列的DNA雙鏈在同一濃度的變性劑中部分解鏈程度不同，使堿基組成不同的DNA片段在凝膠上分離開，可直接觀察到微生物群落的多態(tài)性。本研究旨在建立A/OMBR對(duì)生活污水處理效率與菌群多樣性的關(guān)系。
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