技术：污水厌氧处理技术

技术技术||污水厌氧处理技术污水厌氧处理技术由于社会经济发展迅速,各种类型的污染产生的复合效应加剧了我国水环境生态的风险。在我国城市化程度较高的地区,从饮用水和污水中都检测出不同类型的新兴污染物,如持久性有机物、内分泌干扰物、抗生素等。在污水尚未得到有效处理的情况下,水源很容易受到污染,使饮用水的安全供应面临巨大挑战;因此,研究新兴污染物对污水处理系统的影响,将为新形势下污水的有效处理提供指导。四环素是一类水体中常见的广谱抗生素,它能与核蛋白体的30S亚单位结合,阻止氨酰基tRNA同核蛋白体结合,抑制蛋白质的合成。同时,四环素类药物的广泛使用引起了四环素耐药细菌在环境中产生并快速传播。至今,被发现的四环素耐药细菌有115属、530种。不同来源废水中四环素的含量差异较大,一般含量在几十ng²L-1到几百μg²L-1之间。近年来,四环素对污水处理系统的影响引起了广泛关注。CETECIOGLU等在SBR中通过测定COD的含量和气体的产量的变化发现,当四环素投加量低于8.5mg²L-1时,反应器内底物降解作用不受影响,但产气量减小了10%~20%,说明四环素对系统中微生物造成了影响。AYDIN等在ASBR中通过测定甲烷产量和挥发性脂肪酸的积累量的变化发现,不同浓度组合的四环素、红霉素和磺胺对同型乙酸菌和产甲烷菌产生了不同程度的影响。AYDIN等在随后的研究中又分别运用了real-timePCR和PCR-DGGE分子生物学技术发现,四环素、红霉素、磺胺3种抗生素共同影响下产乙酸细菌和产甲烷古菌存在互营关系且这种互营关系对反应器的稳定运行起关键作用。随着分子生物学技术的发展,高通量测序技术已被广泛使用在研究土壤、海洋、污水、活性污泥的群落结构中。第2代IlluminaMiSeq高通量测序能克服传统检测方法的缺陷,具有通量高、错误率低、成本低、流程自动化、速度快等优势,目前已在研究微生物多样性群落结构方面受到广泛认可;因此,将IlluminaMiSeq高通量测序方法应用于污水处理系统的研究,对深入认识污水处理系统具有实际意义。当前,污水厌氧处理因其高效能、低能耗等特点在污水处理工程上开始受到关注。它实际上是借助于不同微生物种群间的协同作用,通过水解—酸化(产氢及产乙酸)—产甲烷等一系列生物反应将有机底物转化为甲烷和无机物的过程。在这个过程中,微生物群落构成直接影响到污水处理的效果,因此,深入认识污水厌氧消化系统的微生物群落构成,对厌氧污水处理系统的稳定运行具有指导作用。基于此,本研究通过室内模拟实验,选择ABR多相厌氧反应器进行连续流实验,启动反应器达到稳定状态后,分别在不含四环素和含有250μg²L-1四环素的人工配制污水条件下运行90d,通过考察来自反应器的氢气、甲烷产生量的变化,运用IlluminaMiSeq高通量测序方法对反应器中的微生物群落构成进行分析,研究四环素对污水厌氧处理系统微生物群落造成的影响,以期从微生物关系角度深入了解这种影响,为污水厌氧处理技术研究及工程实践提供参考。1、材料和方法、材料和方法1.11.1实验装置实验装置ABR采用厚为5mm的有机玻璃板加工制成,尺寸为455mm³150mm³400mm,有效容积为21L,置于(35±1)℃的恒温箱中。反应器分为3个格室,按照前后顺序分为格室1、格室2、格室3,分别命名为C1、C2、C3,每个格室由上、下流室(体积比为3∶1)组成,折流板底角为45°。格室体积比V1∶V2∶V3=1.5∶1∶1。每个格室上部设有集气口,侧部分别设有取水口、取泥口,实验装置见图1。1.21.2接种污泥接种污泥接种污泥取自某市沥窖污水处理厂A2/O工艺的厌氧池。污泥MLSS=24.67g²L-1,MLVSS/MLSS=0.61,pH=6.58,含水率为97.30%。接种污泥体积为反应器有效容积的1/3。1.31.3实验用水实验用水配水以葡萄糖为碳源,NH4Cl和KH2PO4分别为氮源和磷源,同时加入Ca、Mg、Fe、Co、Ni等微量元素,以保证微生物细胞合成的需要。此外,向配水中投加一定量的NaHCO3以保证ABR内的缓冲能力。反应器以连续流方式进水,水力停留时间(HRT)为24h。在启动阶段,采用逐步增加进水负荷的启动方式,进水COD浓度为500~2000mg²L-1,当COD去除率稳定在80%以上、出水各项指标(pH、碱度、VFA)趋于正常,启动阶段完成。反应器的运行先后经历了启动阶段(56d)、稳定运行阶段(90d)、添加四环素(250μg²L-1)运行阶段(90d)。1.4DNA1.4DNA的提取和的提取和PCRPCR扩增及其微生物多样性数据分析扩增及其微生物多样性数据分析分别在反应器的稳定运行阶段和添加四环素运行阶段每间隔18d从每个格室采集一次活性污泥样本,分别命名为CtrlD1