曝气生物滤池处理农村生活污水效率与微生物群落分析_李斌

收稿日期：2017-07-31；网络出版日期：2017-12-21网络出版地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20171221.1445.001.html基金项目：水体污染控制与治理科技重大专项（2015ZX07402003）作者简介：李斌（1982-），女，河北承德人，高级工程师，主要从事农村生活污水处理研究。E-mail：libin@iwhr.com水利学报SHUILIXUEBAO2017年12月第48卷第12期文章编号：0559-9350（2017）12-1419-10曝气生物滤池处理农村生活污水效率与微生物群落分析李斌1，杨继富1，赵翠1，纪雪梅2（1.中国水利水电科学研究院水利研究所，北京100048；2.济南大学资源与环境学院，山东济南250022）摘要：以北京大兴区农村生活污水为处理对象，设计了4个反应柱，研究了3种填料结构、2种气水比条件下曝气生物滤池（BAF）对农村生活污水处理效率及微生物群落的影响。结果表明：①1#、2#、3#柱气水比相同、填料结构不同，BOD5、CODCr和氨氮的去除率达到84.51%～96.49%；4#柱与2#柱填料结构相同，但气水比小，BOD5和CODcr处理效果差；4个柱TP的去除率低，需要强化除磷。②1#、2#、3#柱OTU数量差异很小，说明微生物种类数量基本相同；2#柱特有OTU数远大于4#柱，说明填料结构相同条件下较大气水比有利于增加微生物种类。③1#、2#、3#柱优势菌群主要有6种，在不同高度的优势菌群种类基本相同，但数量上有所差异；仅变形菌门中可能含有聚磷菌，这也是除磷效果差的原因之一。关键词：填料结构；气水比；处理效率；微生物；群落结构中图分类号：X703文献标识码：Adoi：10.13243/j.cnki.slxb.201707491研究背景农村供水与排水密不可分，2005年以来全国开展了大规模农村饮水安全工程建设，农村供水快速发展，生活污水量迅速增加，亟需开展适宜污水处理技术研究与应用。曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter，BAF）具有占地面积小、投资低和管理方便等特点，特别适于农村生活污水处理。目前，有关BAF处理生活污水的研究主要集中于城市污水，但农村污水是不同于城市和中小城镇的一类污水［1］。农村生活污水的水质水量特征与城市差异较大，其排放量较小、有机污染物浓度高、排放不均匀，日变化系数一般高达3.0～5.0［2］，需要深入开展研究。BAF去除污染物主要依赖滤料表面形成的不同优势种群的生物膜［3］，微生物群落与其所处的环境条件密切相关，不断进行着物质和信息的交换［4］，进行微生物群落分析可深入认识和掌握BAF处理效率及机理。20世纪90年代以来的研究表明，影响BAF处理效率的主要因素有填料［5］、进水污染物负荷、气水比、DO、水温和反冲洗工艺等；Pujol等［6］试验证实滤速在6、13m/h条件下BAF对BOD5的去除率基本保持不变；Canler等［7］试验也同样证实滤速增加对出水水质影响很小；Farabegoli等［8］对BAF处理生活污水进行了3年中试研究，结果表明该工艺具有碳和氨氧化的高效率和稳定性；He等［9］分别用膨胀土和天然沸石作为BAF的滤料进行市政污水处理试验研究，认为沸石比膨胀土的抗冲击负荷、抗低温能力强。传统的微生物分析技术以微生物纯培养为基础，但大部分微生物类群不可培养，可培养的仅占环境微生物总数的0.1%～10%［10］，因此传统的微生物分析方法很难获得微生物群落结构的准确信息［11］。近年来，主要采用分子技术进行微生物群落结构分析，包括克隆文库、DGGE、FISH、T-RFLP和qPCR等［12］。本文采用的高通量测序技术被称为“下一代”测序技术，能一次并行对几十万到——1419几百万条DNA分子进行序列测定，具有效率高、成本低、时间短、操作简便［13-14］等优点。高通量测序技术已被广泛应用于基因组［15-16］和转录组［17］。基因测序仪（Miseq）是美国Illumina公司推出的一款小型测序平台，IlluminaMiSeq测序系统是国际上唯一在单个仪器上整合了扩增、测序和数据分析的新一代测序仪，由于其读长长，准确性高，通量高［18］的优点，已在微生物多样性群落分析方面得到了广大学者的认可［19］。有关BAF对污水处理效率及微生物特性分析，邱珊［20］研究了不同结构特性滤料对BAF处理城市生活污水效果的影响，以及反应器中不同高度微生物群落结构变化，认为涂铁改性陶粒更能促进微生物的生长繁殖；窦娜莎［21］以青岛麦岛污水处理厂的BAF为研究对象，分析了主要污染物的去除效果和微生物特性，认为气水比、反冲洗和水温是影响BAF群落结构的主要环境因子；胡保卫等［2