A/O MBR處理生活污水效率與菌群多樣性的關系
摘要：采用缺氧/好氧膜生物反應器(A/OMBR)工藝處理生活污水,試運行了5種不同的工況以確定最佳工藝參數,利用變性凝膠梯度電泳(DGGE)技術研究缺氧池和好氧池(MBR)中細菌群落結構,分析出水水質與細菌種群多樣性的關系。結果表明A/OMBR在水力停留時間(HRT)為12h,污泥停留時間(SRT)為10d,硝化液回流比為300%,污泥回流比為100%的條件下,對COD、氨氮、總氮有穩定良好的去除,平均去除率分別為96.4%、99.1%、75.8%;系統運行過程中,缺氧池和好氧池中菌群結構發生較大變化,同一工況下兩池菌群的相似性通常大于50%,但缺氧池菌群多樣性隨工況變換而波動較大,好氧池菌群多樣性隨運行時間而逐漸豐富;缺氧池菌群多樣性指數與反硝化效率成正相關關系。
關鍵詞：A/O MBR，菌群多樣性，工藝優化，脫氮，DGGE
世界水資源日趨匱乏且時空分配不均衡，導致全球超過20億人處于高度的用水緊張狀態。我國的水資源形勢也不容樂觀。2008年全國水資源總量為27434億m3，人均水資源擁有量僅為世界平均水平的1/4。在水資源不足的同時，生活和生產過程中所排放的污染物對水環境的污染也日趨嚴重。據文獻，在我國204條河流的409個地表水國控監測斷面中，IV類及以下水質的斷面比例為40.1%，主要污染指標為高錳酸鹽指數、五日生化需氧量和氨氮；在26個國控重點湖泊（水庫）中，IV類及以下水質的湖泊占20個。
污水回用是緩解水資源缺乏的有效途徑。通過污水處理工藝，把水中的污染物去除后重復利用水，不僅能減少污染物排放，還能節約自來水用量。近年來，已有研究結果表明，在分散型住宅小區的人口數量達到一定規模時，對小區生活污水予以集中處理和回用，比將污水遠距離排入市政管網、經城市污水處理廠處理后再回用更為經濟。我國已在住宅小區、城市污水處理廠成功開展了大量污水再生回用的實踐。膜生物反應器（membranebioreactor,MBR）是常用的污水再生處理技術,其技術特點是:水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)完全分離；反應器容積負荷高，污泥濃度（MLSS）高，而剩余污泥量少；MBR的較長SRT有利于世代周期長的細菌（如硝化細菌）生長和積累。與傳統活性污泥法相比，MBR的污泥顆粒更細，已有分子生態技術手段證明MBR有更高的菌群多樣性，且細菌種群結構與進水的水質有關，當進水中含有較為豐富的可利用底物時，MBR中可以形成較多優勢種群。目前，對于MBR處理效率與微生物多樣性關系的研究尚不多，有研究認為硝化效率與氨氧化細菌的多樣性有關系，但另一項研究表明污泥中的微型動物群落與氨氮去除率的關系不顯著。
雖然MBR對有機物和氨氮可高效去除，但由于其單一好氧條件以及較低排泥量，往往不能有效地脫氮和除磷。因此，本研究將A/O脫氮工藝與MBR技術相結合，即在好氧的膜生物反應器前增加缺氧池，增加兩池之間的硝化液回流系統，同時適當降低SRT和提高排泥量，以優化A/O MBR系統的綜合處理效率。為了揭示系統中的菌群結構，采用變性凝膠梯度電泳（denaturing gradient gel electrophoresism,DGGE）技術,分析不同工況下缺氧池和好氧池(MBR)中污泥的菌種多樣性和相似性。DGGE是一項簡便快速的基因指紋技術，它根據不同序列的DNA雙鏈在同一濃度的變性劑中部分解鏈程度不同，使堿基組成不同的DNA片段在凝膠上分離開，可直接觀察到微生物群落的多態性。本研究旨在建立A/OMBR對生活污水處理效率與菌群多樣性的關系。
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