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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

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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

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