趙聰+武照遠(yuǎn)+張鴻斌+赫俊國(guó)

摘 要：微生物在污水污染物降解的過(guò)程中起著重要的作用，特定的微生物可以降解特定的污染物。因此研究微生物的特性對(duì)污染物的降解有著重要的作用。高壓條件對(duì)微生物的影響較少有人研究。本文取穩(wěn)定運(yùn)行的A2O工藝中的好氧段污泥與新鮮污水混合進(jìn)行高壓曝氣處理污水，待處理效果及微生物達(dá)到穩(wěn)定后，用高通量測(cè)序?qū)ξ⑸镞M(jìn)行研究，對(duì)微生物的群落組成分析，群落組成分析從門(mén)、綱、屬三方面來(lái)討論。

關(guān)鍵詞：調(diào)壓反應(yīng)器；高通量測(cè)序；微生物種群結(jié)構(gòu)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.013

0 引言

污水中污染物的去處主要靠微生物，特定種類的微生物在污水中污染物去除方面起到特定的作用，污水中污染物的去除規(guī)律與系統(tǒng)內(nèi)的微生物有著必然的聯(lián)系。

本文采用高通量測(cè)序?qū)ξ⑸镞M(jìn)行種群結(jié)構(gòu)的特性研究。污泥樣本取自11月份，分別為A2O工藝中的厭氧段、缺氧段、好氧段、工藝接種污泥、好氧段污泥經(jīng)高壓培養(yǎng)后的污泥。本文主要分析好氧段、好氧段污泥經(jīng)高壓培養(yǎng)后的污泥兩個(gè)樣本，考察高壓條件對(duì)微生物的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)及實(shí)驗(yàn)接種污泥

本次試驗(yàn)原污水采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)二校區(qū)家屬區(qū)的生活污水，污泥來(lái)自實(shí)驗(yàn)室中穩(wěn)定運(yùn)行、污染物去除效果良好的A2O反應(yīng)器中的好氧段污泥。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為7、8月，此時(shí)哈爾濱工業(yè)大學(xué)二校區(qū)家屬區(qū)的生活污水的水質(zhì)狀況如下表。

試驗(yàn)接種的A2O反應(yīng)器中的好氧段污泥參數(shù)如下。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1為調(diào)壓反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖，反應(yīng)器的有效容積為10L，工作壓力是0.7Mpa。由下至上主要零部件為進(jìn)氣口、出水口、攪拌槳、排氣閥、電機(jī)、壓力表、磁力耦合器?？諌簷C(jī)通過(guò)進(jìn)氣口給反應(yīng)器供氣來(lái)為反應(yīng)供氧，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)出水口放出污水，排氣閥可以控制排出氣體的量，從而調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的壓力，壓力表顯示反應(yīng)器內(nèi)的壓力情況，從而及時(shí)調(diào)節(jié)反應(yīng)的壓力?？諌簷C(jī)型號(hào)為EC51，空壓機(jī)有兩個(gè)作用，首先可以為反應(yīng)提供充足的溶解氧，再者可以給反應(yīng)器提供高壓。反應(yīng)時(shí)將污水和污泥投入調(diào)壓反應(yīng)器中，控制調(diào)壓反應(yīng)器內(nèi)的壓力，達(dá)到試驗(yàn)的目的。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)間為7、8月份，兩月的平均水溫分別為17.1℃和17.7℃。將適量具有活性的污泥和污水混合后放入調(diào)壓反應(yīng)器中進(jìn)行污染物去除，此時(shí)測(cè)得污泥濃度為2.84g MLSS/L。開(kāi)啟空壓機(jī)，調(diào)節(jié)排氣閥，控制調(diào)壓反應(yīng)器室內(nèi)壓力（相對(duì)壓力）為0.7 Mpa，每天曝氣兩次，每次3h。每次試驗(yàn)結(jié)束后監(jiān)測(cè)污水處理效果，包括出水COD、氨氮、TN、TP，經(jīng)過(guò)6天后，處理效果達(dá)到穩(wěn)定。此時(shí)采集污泥樣本后首先放在-80℃冰箱內(nèi)冷藏，然后在室溫下解凍后，用10ml離心管將污泥樣品放入離心機(jī)里離心。離心后把上清液去掉，取出有效的污泥樣本進(jìn)行DNA提取，

DNA提取成功后，進(jìn)行PCR擴(kuò)增。PCR的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)純化和定量以后，把等摩爾的有不一樣標(biāo)簽序列混合，利用MiSeq測(cè)序儀測(cè)定基因序列。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物的群落組成分析

高通量測(cè)序得到了門(mén)、綱、目、科、屬、種水平的測(cè)序結(jié)果。因?yàn)闇y(cè)序結(jié)果比較多，在這里用綱、屬兩個(gè)水平的結(jié)果來(lái)表征微生物的群落組成已經(jīng)可以達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2.1.1 綱水平分析

在綱水平下的微生物群落分析中，同樣選取比重大于1.0%的微生物來(lái)說(shuō)明情況。檢測(cè)到的綱水平的微生物為Betaproteobacteria（β-變形菌）、Sphingobacteriia（鞘脂桿菌）、Alphaproteobacteria（α-變形菌）、Gammaproteobacteria（γ‐變形菌）、Flavobacteriia、Bacteroidetes_unclassified、Cytophagia、Deltaproteobacteria（δ-變形菌）、Bacteroidia。經(jīng)過(guò)高壓培養(yǎng)后的好氧污泥中Betaproteobacteria（β-變形菌）所占比重稍有增加，由45.60%增至53.66%。許多好氧脫氮菌和除磷菌都屬于β-變形菌[1]，經(jīng)過(guò)高壓曝氣后，除磷效果明顯加強(qiáng)，可能是增加了一些除磷菌。Sphingobacteriia（鞘脂桿菌）所占比重分別為15.12%、18.52%，無(wú)太大變化。

2.1.2 屬水平分析

屬水平的測(cè)序結(jié)果信息量很大，為了便于試驗(yàn)分析，在這里只挑選所占比重較大或樣本間差異明顯或常見(jiàn)的功能菌屬來(lái)闡述說(shuō)明。

如圖2，從左至右的樣品2、5依次為經(jīng)高壓培養(yǎng)后的好氧段污泥、好氧段污泥。Comamonadaceae_unclassified代表Comamonadaceae科下的一種未分類的菌屬，它在2、5樣品中所占的比重依次為 22.43%、10.59%。經(jīng)過(guò)高壓曝氣以后，該菌屬的含量有明顯增加。Huoqing Ge等人在SBR工藝的基礎(chǔ)上研究表明，Comamonadaceae和快速生物除磷有關(guān)。在調(diào)壓反應(yīng)器中，隨著壓力的增大，除磷速率也逐漸增加，這可能不僅與溶解氧的高效利用有關(guān)，也可能與Comamonadaceae的快速生物除磷有關(guān)。本文推測(cè)Comamonadaceae不適宜在純好氧的環(huán)境中生存，更適合在類似SBR好氧缺氧環(huán)境交替的環(huán)境中生存。調(diào)壓反應(yīng)器試驗(yàn)中每天對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行6.0h的曝氣，其余時(shí)間靜置，沒(méi)有持續(xù)的 好氧環(huán)境。調(diào)壓反應(yīng)器類似于SBR的溶氧環(huán)境可能對(duì)該菌屬的增加產(chǎn)生了促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

本文為了考查壓力變化對(duì)微生物的影響，采用了高通量測(cè)序的手段對(duì)試驗(yàn)中工藝中的好氧段污泥和經(jīng)過(guò)高壓培養(yǎng)后的好氧段污泥進(jìn)行了試驗(yàn)，包括DNA提取、PCR擴(kuò)增和高通量測(cè)序。分析了樣品微生物的多樣性和差異性，并且對(duì)其群落組成進(jìn)行了分析。得到了如下的試驗(yàn)成果：

（1）通過(guò)在綱、屬兩個(gè)水平上對(duì)微生物進(jìn)行群落組成分析表明，在綱水平下的微生物群落分析中，兩個(gè)樣品中Betaproteobacteria（β-變形菌）都是最占優(yōu)勢(shì)的菌群，許多好氧脫氮菌和除磷菌都屬于β-變形菌，β-變形菌的存在保證了脫氮除磷的效果，好氧段污泥中α-變形菌所占比重最大，一些脫氮菌屬于α-變形菌，好氧段α-變形菌的突增可能與良好的硝化效果有關(guān)。經(jīng)過(guò)高壓培養(yǎng)后的好氧段污泥中Alphaproteobacteria（α-變形菌）的比重有明顯減少，由23.33%降至10.59%，這可能與具體的試驗(yàn)流程有關(guān)。

（2）在屬水平下的微生物群落分析中，有學(xué)者研究表明，Comamonadaceae和快速生物除磷有關(guān)且不適合好氧環(huán)境。在調(diào)壓反應(yīng)器中，Comamonadaceae菌含量增加，這可能與反應(yīng)器中磷的快速去除有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Liu C，Wang H，Xing W，et al.Composition diversity and nutrition conditions for accumulation of polyhydroxyalkanoate （PHA） in a bacterial community from activated sludge[J]. Applied Microbiology and Biotechnology，2013，97（21）：9377-9387.

作者簡(jiǎn)介：趙聰（1991-），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：污水處理。