砾间接触氧化反应器中细菌多样性评价

第27卷第6期2007年12月地理科学SCIENTIAGEOGRAPHICASINICAV01．27No．6Dec．，2007砾间接触氧化反应器中细菌多样性评价林山杉1，金玉花2，付丽丽3(1．东北师范大学城市与环境科学学院，吉林长春130024；2．中国石油集团工程设计有限责任公司东北分公司，吉林132002；3．辽宁石油化工大学储运与建筑工程学院建筑工程系，辽宁抚顺113001)摘要：采用分子生物学手段，通过构建16SrDNA基因文库，对新型剩余污泥减量化处理系统——砾间接触氧化反应器中细菌多样性进行了系统发育分析；通过多样性指数、丰富度指数、均匀度指数及优势度指数，对细菌多样性及优势菌种富集状况进行了系统评价。结果表明：共有80个克隆子，分别代表29个OTU，用于系统细菌分析。其中，石球外膜46个克隆子(17个OTO)，石球内泥34个克隆子(12个OTU)。生物膜中细菌多样性及优势菌种富集状况均好于孔隙内泥中的细菌。关键词：砾问接触氧化反应器；细菌多样性评价；16SrDNA基因文库；剩余污泥减量中图分类号：X131．2文献标识码：A文章编号：1000—0690(2007)06—0849—04剩余污泥是常规生物技术处理生活污水或工业有机废水过程中，利用水中有机物合成代谢产生的未被分解的微生物体。剩余污泥的后续处理与处置，以其敏感的环境反应和昂贵的运行成本⋯，成为制约生物处理技术发展的瓶颈，亟待解决。有机废水生物处理过程中，在高效降解有机物的同时，减少微生物菌团的产量，是使剩余污泥产量减少的有效途径¨J。关于减少微生物菌团产量机理有四方面假设：①能量解偶联旧1；②多样细菌的共代谢作用口1；③微小动物捕食H1；④慢性生长细菌占主导地位HJ。其中，共代谢作用不仅包括微生物在正常生长代谢过程中对非生长基质的共同氧化，而且也包括了休止细胞对不可利用基质的氧化代谢。研究发现，砾间接触氧化反应器(gravelcon—tactoxidationreactor，GCOR)是好氧呼吸菌群及厌氧水解发酵菌群的主要生境，其中，反应器填料表面生物膜及孔隙内泥中细菌的多样性及其评价至今无人研究。通过对系统中生物膜和内泥样本细菌DNA的提取，测定其16SrDNA基因序列，经与基因库中已知基因的相似性比较，确定其分类，发现系统内的细菌多样性较高。该研究的目的是：①分析反应器内细菌多样性；②通过对16SrDNA测序结果的系统分析，对生长在生物膜和内泥中的细菌多样性进行评价。1材料与方法1．1砾间接触氧化反应器砾间接触氧化反应器(GCOR)，即在直径30em，高50cm的圆锥体容器中，以直径10cm的碎石球体做为填料，其底部安置曝气头连续曝气(如图l所示)。试验用水为人造污水(表1)，该人造污水成分经多次调试，最终得到最接近长春市城市污水理化性质的结果。种污泥取自长春市西郊污水厂沉淀浓缩后的曝气池污泥和二沉池污泥。试验条件根据该工艺设计参数，水力停留时间12h，曝气量2．2L／min，温度控制在20℃。反应器经过20天度过挂膜阶段达到稳定运行，COD由进水的368．64mg／L降到20±5mg／L，去除率达93％～95％；出水SS在10mg／L左右；NH3一N从58．6lmg／L降到了15．59mg／L，去除率为73．4％．达到稳定后，反应器连续运行5个月，与平行实验的活性污泥法相比抗冲击能力强，且期间无剩余污泥排出。1．2采样生物膜和污泥样本分别取自反应器自上而下收稿日期：2006—11-26；修订日期：2007一04—17基金项目：国家自然科学基金(30670059)与吉林省科技厅项目(20040702—1)资助。作者简介：：林山杉(1965一)，女，吉林省长春市人，副教授，主要从事有机废水生物处理技术和生物处理单元中微生物系统发育研究。E—mail：Lin_shanshan@hotmail．com万方数据地理科学27卷1．储水池：2．恒流泵：3．曝气泵：4．恒温控制计5．曝气头：6．砾石球：7．恒温探头程技术服务有限公司测序，测序结果通过CHIMER—CHECKversion2．7程序剔除冗余序列。1．5细菌多样性分析及评价将已插入16SrRNA基因片段的阳性转化子样本经BLAST程序在GenBank中搜索相似序列。将序列相似度≥97％的序列定义为同一个OUT。采用Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数、Shannon均匀度指数与Berger—Parker优势度指数[71进行生物膜和孔隙内泥中细菌多样性的分析与评价。图1生物砾间接触氧化反应器装置图Fig．1GCORBAexperimentsystem2结果表1人造污水成份和浓度Table1Synthesizedwastewatercompositionandtheirconcentrat