温和热处理对低有机质污泥厌氧消化性能的影响_陈汉龙

2期魏欣等:零价铁对污泥高温厌氧消化过程中四环素抗性基因及第一类整合子的消减影响目标基因标准品委托生工生物工程(上海)有限公司合成，按梯度稀释(10－1～10－6)后进行qPCＲ反应可得各基因的标准曲线，所有qPCＲ反应扩增效率为88%～101%，相关系数r2＞0.99．1.3.3VFAs测定VFAs采用7900型气相色谱(天美)检测，使用氢火焰离子化检测器(FID)，色谱条件如下:TM-FFAP毛细管柱，载气为氮气，流速为60mL·min－1，分流比为10∶1，进样口和检测器温度为250℃．采用程序升温模式，在起始温度100℃下保持2min，再以10℃·min－1升温速率升至190℃维持1min，然后以30℃·min－1升温速率升至220℃，保持5min．1.4数据分析数据分析运用Origin8.0和SPSS19.0统计分析软件进行处理，计算因变量和自变量之间的皮尔逊相关系数(r)和P值，设置规定的统计检验显著性水平P=0.05，若P＜0.05认为具有显著相关性，反之则认为相关性不显著．2结果与讨论2.1Fe0对污泥厌氧消化过程中VFAs生成的影响在整个污泥厌氧消化过程中，共检出2种不同的VFAs，包括乙酸和丁酸(正丁酸和异丁酸)．从图1可以看出，AD1装置中VFAs生成过程相对稳定，从厌氧消化第2～12d时，VFAs质量浓度由237.4mg·L－1逐步提高至436.8mg·L－1，其中乙酸质量浓度由237.4mg·L－1升高至377.0mg·L－1，占VFAs总量比例达86.3%以上，表明本研究中污泥厌氧消化过程以乙酸型和丁酸型发酵为主．有研究显示［22］，乙酸型和丁酸型发酵属于严格厌氧过程，反应体系氧化还原电位(OＲP)较低，而丙酸型发酵属于兼氧过程，反应体系OＲP通常不宜低于－278mV，否则不利于有机质转化为丙酸．在本研究中，污泥厌氧消化过程OＲP经测定在－400～－300mV之间，由此可推测丙酸型发酵过程受到抑制，反应环境条件有利于乙酸和丁酸的生成，这与厌氧消化上清液中VFAs检测结果是一致的．由图1分析可知，当Fe0投加量分别为0.10g·g－1(AD2)和1.17g·g－1(AD3)时，厌氧消化上清液VFAs质量浓度在第2d时分别约为940.9mg·L－1和3277.1mg·L－1，到第12d时则分别高达1594.7mg·L－1和5657.6mg·L－1，与AD1相比分别提高了约2.6和12.0倍．其中，乙酸质量浓度升高显著，到第12d时分别高达1326.7mg·L－1和图中数据为3个平行样取平均值，下同图1Fe0对污泥厌氧消化过程中VFAs生成的影响Fig．1EffectofFe0onVFAsproductionduringsludgeanaerobicdigestion4159.0mg·L－1，表明Fe0的加入不仅可以加快污泥厌氧消化进程，而且可以大幅度提高VFAs的生成量，这主要是因为Fe0是一种性能优良的还原材料［23］，可以快速降低反应体系的OＲP，增强污泥有机质的厌氧消化．Feng等［15］研究同样发现，当加入质量浓度为20g·L－1的Fe0时，污泥厌氧消化体系VFAs产量提高了37.3%，其中乙酸质量浓度由未投加Fe0的759.2mg·L－1提高至1303.1mg·L－1．2.2污泥厌氧消化过程中TC-AＲGs和intI1基因的变化特征图2为7种不同的TC-AＲGs和intI1基因丰度在污泥厌氧消化过程中的变化情况．从中可以看出，在厌氧消化周期12d内，所有TC-AＲGs丰度均呈现出逐渐降低的变化趋势，其中tetO基因降幅最小，约0.6个数量级，而tetC基因降幅最大，达3个数量级，表明高温厌氧消化可以有效地降低污泥中的TC-AＲGs，这与Ma等［10］的研究结果相似．与此同时，TC-AＲGs在第8d时已基本降至最低，继续延长反应时间对TC-AＲGs的消减影响并不显著(P＞0.05)．分析原因推测可知，在污泥高温厌氧消化过程前期，携带有TC-AＲGs的细菌微生物进行新陈代谢逐渐消亡，从而导致TC-AＲGs丰度的降低．此外，质粒消除和转座过程的发生也有可能是其下降的原因之一［9］．活性污泥本身成分复杂，微生物量丰富，细菌细胞之间相互接触紧密，并且含有多种可导致AＲGs产生、增殖和传播的选择性因子，能够增强细菌细胞通过基因水平转移获得AＲGs，从而改变AＲGs在厌氧消化过程中的变化行为［8］．因此，当携带有TC-AＲGs的细菌微生物消亡速率与其通过基因水平996环境科学38卷转移转入其他细菌遗传因子的速率达到平衡时，TC-AＲGs丰度可基本维持在较为稳定的水平．此外，intI1基因在污泥厌氧消化过程中同样呈现出逐渐降低的趋势，到第12d时降幅可达2.2个数量级，去除率高达99.4%，表明高温厌氧过程可