渐减曝气硫酸盐废水处理系统微生物群落分析

硫酸盐有机废水厌氧处理过程中，高浓度硫酸盐的存在及硫化物的产生给工程运行带来许多问题，引起了国内外研究者的广泛关注[1-3]。研究者们尝试过很多处理工艺用于该类废水的处理，诸如单相吹脱工艺、硫酸盐还原与硫化物光合氧化联用工艺、硫酸盐还原与硫化物化学沉淀联用工艺等。近年来，硫酸盐还原菌（SRB）逐渐被用于硫酸盐废水的处理，并且对硫酸盐生化系统中的微生物相进行了研究，如哈工大的刘广民[4]等研究分析产酸－硫酸盐还原系统中产酸菌和SRB的协同作用，天津大学的冯颖[5]探讨完全混合厌氧反应器中硫酸盐生化系统运行状况，穆军、章非娟[6]等人摸索高硫酸盐废水中的酸化规律等等。聚合酶链式反应－变性梯度凝胶电泳（Poly-merasechainreaction-denaturegradientgelelec-trophoresis，PCR-DGGE）技术可直接利用DNA及RNA的微生物遗传特性进行表征，使研究者能够进行复杂微生物群落种群动态性的评价分析[7]。目前，该技术已广泛应用于环境工程领域特别是污水处理过程的微生物群落分析，如WANGXiuheng等人[8]应用DGGE技术研究了EBPR系统启动阶段的微生物种群结构的变化规律，对系统的磷去除率与聚磷菌的种类、数量的关系进行了分析；赵继红等人[9]对啤酒废水生物处理系统“水解酸化+SBR”工艺的微生物种群多样性进行了研究；吕文洲等人[10]采用PCR-DGGE技术来解析油脂废水处理系统的酵母菌群落结构。本研究中采用渐减间歇曝气工艺处理硫酸盐有机废水，分析了不同曝气时段的系统运行情况，与常规的间歇曝气工况的处理效果进行了对照，使缩短水力停留时间与降低能耗成为可能。进一步采用PCR-DGGE技术对系统中的的微生物群落结构进行了分析。1材料与方法1.1试验工艺小试试验采用渐减间歇曝气工艺，具体曝气方式以曝气时间/停止曝气时间（运行时间）表示，为40s/2min（4h）+20s/2min（4h）+10s/2min（4h）。在试验过程中，设置常规间歇曝气工艺作为对照，曝气方式为25s/2min（15h）。2种工艺的其它条件一致，反应器容积为3L，恒温（28℃）以SBR方式运行。渐减曝气硫酸盐废水处理系统微生物群落分析何淑英1，李继香1，胡二坤2，徐亚同3，杨海真1，刘洋4（1.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；2.河南职业技术学院，旅游烹饪系，郑州河南450046；3.华东师范大学，上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室，上海200062；4.美国哈希公司，上海200335）摘要：针对硫酸盐有机废水处理中水质变化特点，采用渐减间歇曝气工艺40s/2min（4h）+20s/2min（4h）+10s/2min（4h）分阶段曝气，与常规间歇曝气工艺25s/2min（15h）比较，渐减间歇曝气随水质变化分阶段曝气，可避免短时抑制现象，并取得了良好的有机物去除效果与节能效果，COD去除率提高并稳定至80%以上，水力停留时间缩短了20%，能耗降低了27%。为了揭示系统中微生物种群多样性，利用PCR-DGGE指纹图谱初步分析了系统中的微生物群落结构。DGGE和聚类分析表明，渐减曝气系统三阶段微生物群落相似性较高，均在80%以上，与常规间歇曝气系统相似性在70%左右；微生物多样性分析显示渐减曝气系统中，随着系统中有机物浓度减少，种群多样性呈现递减趋势；对优势条带割胶测序结果发现一株优势菌在系统发育上比较接近硫酸盐还原菌（Desulfobulbuspropionicus）。关键词：渐减间歇曝气；硫酸盐废水；PCR-DGGE；微生物群落结构中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)08-0080-004收稿日期：2009-10-15基金项目：上海市科委重大项目（09DZ1200901）；上海市重大科技专项（08dz1900407）；上海市建委项目（2008-005）作者简介：何淑英（1982－），女，博士后，研究方向为应用环境微生物、环境规划；联系电话：13764265134；E-mail：yayahe2010@163.com第36卷第8期2010年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.8Aug.,201080循环数延伸温度/℃温度/℃温度/℃温度/℃温度/℃时间/min3094109445556072457210时间/min预变性时间/min变性时间/min退火时间/min延伸表1PCR扩增程序Tab.1AmplificationprocedureofPCR1.2试验用水采用人工有机合成废水，以葡萄糖和淀粉作为碳源，Na2SO4作为硫酸盐基质，NH4Cl和KH2PO4分别作为氮源和磷源，土壤渗滤液作为微量元