环境科学研究  2018, Vol. 31 Issue (2): 369-378  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.03.80

引用本文  

陈启伟, 苏馈足, 陈丁丁, 等. 处理番茄酱加工废水的活性污泥颗粒化过程[J]. 环境科学研究, 2018, 31(2): 369-378.
CHEN Qiwei, SU Kuizu, CHEN Dingding, et al. Process of Aerobic Granulation of Activated Sludge Treating Tomato Paste Processing Wastewater[J]. Research of Environmental Sciences, 2018, 31(2): 369-378.

基金项目

国家自然科学基金项目(No.51378165,51668062)
Supported by National Natural Science Foundation of China(No.51378165, 51668062)

责任作者

苏馈足(1977-), 女, 河北衡水人, 教授, 博士, 主要从事水和污水处理系统数学模拟、新型水和污水处理技术研究, E-mail:sukz@hfut.edu.cn

作者简介

陈启伟(1993-), 男, 安徽安庆人, cqw930721@163.com

文章历史

收稿日期:2017-06-28
修订日期:2017-11-02
处理番茄酱加工废水的活性污泥颗粒化过程
陈启伟1 , 苏馈足1 , 陈丁丁1 , 疏童1 , 王维红2     
1. 合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽 合肥 230009;
2. 新疆农业大学水利与土木工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830052
摘要:为解决新疆番茄酱加工废水排放量大、处理效果参差不齐的情况,在SBR(序批式反应器)中接种絮体污泥,以人工合成番茄酱加工废水为基质成功培养出粒径为0.50~1.61 mm的好氧颗粒污泥,并采用扫描电镜、三维荧光光谱(3D EEM)、激光共聚焦(CLSM)、死活细菌染色以及高通量测序等技术表征活性污泥的颗粒化过程.结果表明,颗粒污泥沉降性能良好,CODCr、NH4+-N、PO43--P的平均去除率分别为90%、85%、45%.扫描电镜下,椭球状的颗粒污泥轮廓清晰,结构密实.蛋白质在颗粒化过程中逐渐增加,α-多糖、β-多糖和蛋白质贯穿整个颗粒截面,在颗粒中分布广泛,构成了颗粒的骨架.颗粒内部的孔隙为溶解氧和营养物质传递提供了条件,因此活细菌则更多地靠近颗粒边缘及内部的孔隙周围,并包裹着死细菌.颗粒化过程中,微生物的丰富度和均匀性逐渐上升,物种多样性也不断变化,Chao1指数先由515.26降至444.30后又增至526.72,Shannon-Wiener指数由2.81增至5.45.优势降解菌拟杆菌和变形菌相对丰度不断发生变化,拟杆菌由8.85%增至45.95%,而变形菌由78.17%逐渐减至36.66%.研究显示,不同的细菌种群之间的相互作用对有机物的降解以及反应体系的稳定起到重要的作用.
关键词好氧颗粒污泥    番茄酱加工废水    胞外聚合物    高通量测序    
Process of Aerobic Granulation of Activated Sludge Treating Tomato Paste Processing Wastewater
CHEN Qiwei1 , SU Kuizu1 , CHEN Dingding1 , SHU Tong1 , WANG Weihong2     
1. School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China;
2. College of Hydraulic and Civil Engineering, Xinjiang Agricultural University, Urumchi 830052, China
Abstract: Tomato paste processing produces lots of wastewater in Xinjiang region andpart has not treated efficiently.To solve this problem, flocculent sludge was fed with synthetic tomato paste processing wastewater in a sequencing batch reactor(SBR). Aerobic granular sludge with diameters from 0.50-1.61 mm was successfully cultivated. The combined bio-analytical techniques of scanning electron microscopy (SEM), 3-D excitation emission matrices(3D EEM), confocal laser scanning microscopy(CLSM), live/dead staining and high-throughput sequencing were used to characterize the granulation process of activated sludge. The results suggested that the aerobic granules had a good settling ability. The average removal rate of CODCr, NH4+-N, PO43--P reached 90%, 85% and 45%, respectively. Observation by SEM showed that ellipsoidal granule had a clear outline and compacting structure. The concentration of protein in EPS increased gradually. Inaddition, α-D-glucopyranose polysaccharide, β-D-glucopyranoe polysaccharide and protein, as components of EPS, widely distributed throughout the whole granule, which constructed the framework of the granule. The pores in the granule provided the passageways for delivery of dissolved oxygen and nutrients, therefore the live bacteria distributed more closely to the edge of the granule and pores, with dead bacteria wrapped inside. During the process of granulation, microbial diversity varied when species richness and evenness gradually increased. Chao 1 index decreased from 515.26 to 444.30 then back to 526.72. Shannon-Wiener index increased from 2.81 to 5.45. As dominant degrading bacteria groups, the relative abundance of Bacteroides increased from 8.85% to 45.95% while that of Proteobacteria decreased from 78.17% to 36.66%. The study demonstrated the interaction of different bacterial populations plays an important role on the degradation of organics and the stability of reaction system.
Keywords: aerobic granular sludge    tomato paste wastewater    extracellular polymeric substances(EPS)    high-throughput sequencing    

污泥的颗粒化指的是废水生物处理系统中的微生物在适宜的条件下自我凝聚形成具有特殊结构的微生物聚集体的过程[1].由于好氧颗粒污泥法具有活性高、生物量大、沉降性能好、抗负荷冲击能力强等优点[2],因此成为国内外废水生物处理领域的研究热点之一.

新疆地区的番茄酱加工业有几十年的发展史,已成为新疆农业食品加工的支柱产业[3].番茄酱加工业的兴起,在获得经济效益的同时也带来了加工废水处理不足的问题,众多企业以直排的方式处理废水,排放量大,造成了严重的环境污染[4].因此对番茄酱加工废水的处理已刻不容缓.

好氧颗粒污泥技术由于特有的优势而被广泛研究. Morgenroth等[5]在SBR(序批式反应器)中通过控制沉降时间培养出好氧颗粒污泥. Beun等[6]验证了沉降时间是好氧颗粒污泥形成的重要因素,并指出较短的水力停留时间和较强的水流剪切力有利于颗粒的形成.好氧颗粒污泥可用于同步硝化和反硝化[7-8]、生物除磷[9]以及生活污水[10]、奶制品废水[11]、豆制品加工废水[12]、重金属废水[13]以及有毒废水[14]的处理.李维军等[15]以好氧-厌氧耦合法处理番茄酱加工废水,去除效果好.孙世阳等[16]为番茄酱加工废水处理过程的监测提出新方法.

目前国内外对好氧颗粒污泥研究主要集中在不同基质下培养出颗粒污泥的工艺参数和环境因素以及相关的物理、化学和生物特性,显示了好氧颗粒污泥技术广泛的应用前景.但颗粒化过程仍是影响好氧颗粒污泥实际工程应用的关键因素.如能对颗粒化的进程进行系统描述,将为加快好氧颗粒污泥系统的启动过程提供科学依据,以充分利用其容积负荷大、生物种群丰富等特点,实现对番茄酱加工废水的高效降解.该研究在SBR中以人工合成番茄酱加工废水培养出好氧颗粒污泥.在反应器持续运行过程中,分别采用三维荧光光谱和激光共聚焦以及高通量测序等技术来表征颗粒化过程,以期为进一步提高处理效果、优化系统的运行提供理论依据.

1 材料与方法 1.1 试验装置和运行方式

SBR反应器(见图 1)由有机玻璃制成,反应器内径为0.08 m,高为1.00 m,有效容积为4 L.反应器底部的曝气装置用于提供溶解氧并起到搅拌作用.反应器中pH控制在7.5±0.5,ρ(DO)维持在6.0 mg/L左右. SBR运行周期为4 h,每周期具体运行参数:进水为10 min,出水为2 min,沉降时间由初始的30 min随反应器运行逐渐降至30 s,曝气由198 min相应增至227 min,排水比为50%.

图 1 SBR反应器示意 Fig.1 The schematic diagram of SBR reactor
1.2 接种污泥

接种污泥取自乌鲁木齐市纳斯番茄酱加工厂污水处理站,ρ(MLSS)为3.9 g/L,ρ(MLVSS)为1.1 g/L,SVI30为27.5 mL/g.

1.3 试验水质

番茄酱加工过程中不添加食品添加剂,加工废水的主要成分为番茄果实中所含有的可溶性有机质和胶体物质,因此水处理的主要任务为COD的有效去除.韩芹芹等[4]指出,新疆的番茄酱加工废水的ρ(CODCr)在400~2 000 mg/L之间.该研究采用人工合成番茄酱加工废水,以鲜榨番茄汁为碳源,ρ(CODCr)为400~500 mg/L.分别以氯化铵和磷酸氢二钠为氮源、磷源,ρ(NH4+-N)和ρ(PO43--P)分别为50和10 mg/L.无水碳酸钠用以调节pH.常量元素和微量元素的配比参照文献[17].

1.4 分析项目和测定方法

ρ(CODCr)、ρ(NH4+-N)、ρ(PO43--P)、ρ(MLSS)和SVI30等指标采用文献[18]中的方法测定.颗粒粒径采用显微镜连接数码相机拍照观察然后用Motic Image软件计算得到.

SEM(扫描电子显微镜):样品经PBS清洗后浸没在25%戊二醛中固定,于4 ℃冰箱放置12 h后依次经体积分数为10%、30%、50%、70%、80%、90%、100%的酒精脱水.然后用乙酸异戊酯置换,之后在冷干机中干燥6 h.最后在样品表面镀上一层1 500 nm厚的金属膜,采用扫描电子显微镜(JEOL Ltd., 日本)进行观察.

死活细菌:先将颗粒样品染色,染色方法参照文献[19-20].染色后用PBS清洗以去除残留的染液.随后利用冰冻切片机(Leica,德国)切片,单位厚度为60 μm.颗粒切片利用荧光显微镜(Olympus,日本)观察,图像通过Cellsens软件(Olympus,日本)获得.死活菌比例通过Motic image软件进行计算.

三维荧光光谱(3D-EEM):采用阳离子树脂交换法提取EPS(胞外聚合物).采用荧光分光光度计(F-4600,日本)分析,λEm(发射波长)为300~550 nm,增长量为0.5 nm. λEx(激发波长)为220~450 nm,增长量为10 nm.扫描速率为1 200 nm/min.数据利用Origin 8.5处理得到三维荧光光谱图.

CLSM(激光共聚焦):染色方法参照CHEN等[21-23]的研究.染色完的颗粒经冷冻切片机切片,单位厚度为60 μm,切片通过激光共聚焦显微镜(ZEISS LSM710,德国)进行观察.显微镜观察得到的图像利用软件ZEISS进行分析.

高通量测序:对不同时期的污泥取样,样品中泥水混合液封装于灭菌的50 mL离心管中.在0 ℃下保存. DNA提取和PCR引物合成都是由广州美格生物科技有限公司完成.经检验后有效的样品为第1、40、65、75、85和100天的泥样,分别编号为S1、S2、S3、S4、S5、S6.采用MOBIO Power Soil® DNA Isolation Kit对样品进行基因组DNA提取,电泳条件:1%琼脂糖凝胶,电压为120 V,时间为30 min.扩增片段为16S rRNA的V4+V5,片段大小为420 bp左右. PCR引物:515F(5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′),907R(5′-CCGT CAATTCMTTTRAGTTT-3′).

2 结果与讨论 2.1 颗粒化进程中污泥的物理特性变化

连续培养过程中污泥的形态变化如图 2所示.经过10 d培养,接种的絮体污泥由黑色变为淡黄色,45 d后可以观察到颗粒污泥,随着反应器的持续运行,逐渐形成成熟的颗粒污泥.成熟的颗粒污泥外表光滑,外观较为规则,不同颗粒之间有明显的分界.受菌群组成及其培养基质组分的影响,颗粒的颜色呈橙黄色.

图 2 不同阶段污泥的表观变化 Fig.2 Variation of sludge morphology during different periods

成熟颗粒污泥的SEM图像(见图 3)显示,在低放大倍数下,能够清晰观察出颗粒的个体形态为椭球状,外观轮廓清晰,结构密实,表面凹凸不平,比表面积较大;高倍数放大图像显示,颗粒污泥表面密集着大量的微生物,其形态主要以球菌为主,并有少量的杆菌.张胜等[24]研究发现,以葡萄糖为基质的SBR中的颗粒污泥表面以球菌为主,乙酸钠为基质的颗粒表面以杆菌和球菌为主.由此可见,培养基质不同,表面菌落的类型会存在差异.

图 3 成熟颗粒的SEM图 Fig.3 SEM images of mature granule

颗粒的粒径分析〔见图 4(a)〕显示,颗粒在形成初期平均粒径比较小,仅为0.50 mm. 45~85 d颗粒快速生长,粒径由最初的0.50 mm增至1.50 mm.随后的15 d,粒径增幅减缓,最终维持在1.61 mm左右.

图 4 颗粒化过程中污泥特性的变化 Fig.4 Variation of characteristics of sludge during the granulation process

接种污泥的生物量少,生物活性低,沉降性能差.由图 4(b)可见,在培养初期的10 d内,ρ(MLSS)和ρ(MLVSS)不断升高,与此同时SVI30也急剧升高,说明在该阶段,微生物在适宜的环境条件下迅速增长,但污泥的沉降性能有所降低. 10 d之后,ρ(MLSS)和ρ(MLVSS)都略有降低,之后分别维持在6.0和5.8 g/L左右. ρ(MLVSS)和ρ(MLSS)的比值由27.5%逐渐升至92.1%,这显示污泥在颗粒化过程中微生物浓度逐渐升高,生物活性也在逐渐增强,颗粒污泥的活性高于絮体污泥. 10 d后污泥沉降性能逐渐升高,SVI30逐渐减小,最终维持在17.9 mL/g左右.

2.2 颗粒化过程中系统对污染物的去除性能

番茄酱加工废水中小分子糖和酸占有很大比重,属于高色度的酸性有机废水,主要污染物为COD、氨氮、磷等,污染物组成比较单一.如图 5所示,成熟颗粒污泥单周期的运行过程中,进水ρ(CODCr)、ρ(NH4+-N)、ρ(PO43--P)分别为460、48、10 mg/L,在反应初期ρ(CODCr)、ρ(NH4+-N)、ρ(PO43--P)都迅速下降.随着反应的进行,降低速率都变缓,出水浓度各自为18、9、5 mg/L.

在持续运行的SBR中,随着污泥颗粒化过程的推进,合成番茄酱加工废水CODCr的降解变化过程如图 6(a)所示.进水ρ(CODCr)在450 mg/L左右,出水ρ(CODCr)在45 mg/L以下,CODCr的平均去除率维持在90%以上,能够实现对合成番茄酱加工废水中CODCr的有效去除.

图 5 单周期内ρ(CODCr)、ρ(NH4+-N)、ρ(PO43--P)的变化 Fig.5 Variation of ρ(CODCr), ρ(NH4+-N)、ρ(PO43--P) during a single cycle

图 6 CODCr、NH4+-N、PO43--P的去除效果 Fig.6 The removal efficiency of CODCr,NH4+-N,PO43--P

NH4+-N的去除过程见图 6(b),进水ρ(NH4+-N)在50 mg/L左右,出水ρ(NH4+-N)在13 mg/L以下波动. NH4+-N的平均去除率维持在85%以上.这表明,利用好氧颗粒污泥处理合成番茄酱加工废水,NH4+-N去除效率高,脱氮效果良好.进水ρ(PO43--P)在10 mg/L左右,反应器的持续运行过程中PO43--P的去除率偏低,平均去除率为45%左右〔见图 6(c)〕.

2.3 颗粒化过程中EPS变化及其分布

EPS是好氧颗粒污泥的重要组成部分,其组分变化及分布对污泥的颗粒化及结构稳定具有重要的作用.为表征EPS中具有荧光基团的大分子物质在污泥颗粒化和有机物降解过程中的作用,采用三维荧光光谱技术分析连续培养过程中EPS中具有荧光特性的组分变化.测定结果(见图 7)显示,接种污泥的三维荧光光谱图中没有荧光峰出现;随着颗粒化的进行,培养10 d的污泥开始显现荧光峰,45 d逐渐成型〔(见图 7(c)〕,最终(培养100 d)荧光峰对应的位置为λEx/λEm=260~290 nm/300~350 nm.根据戚韩英[25]的研究,该荧光峰代表的是类蛋白峰,并且在整个过程中数量逐渐增加.说明在此处的荧光区域与芳香族氨基酸色氨酸有关[26],TU等[27]研究表明,好氧颗粒污泥的形成依赖于类蛋白物质.此外,和之前的研究[28]结果对比,该研究荧光峰的位置相对蓝移,这可能是由于某些如芳香环等官能团的减少所导致的[17].试验结果表明,蛋白质是好氧颗粒污泥的重要成分,在颗粒化过程中起到了重要的作用.

图 7 EPS的三维荧光光谱图 Fig.7 3D EEM spectra of EPS

为进一步揭示颗粒的稳定结构与EPS中各组分的分布之间的联系,采用CLSM技术对成熟的颗粒进行分析.颗粒截面中EPS的各具有荧光特性的组分分布如图 8所示.由图 8可见,α-多糖、β-多糖和蛋白质贯穿整个颗粒截面,在颗粒中分布广泛,是好氧颗粒污泥的主要成分,构成了颗粒的骨架.这一结果在三维荧光光谱分析确定蛋白质是颗粒污泥重要组成部分的基础上,更加突出了多糖对维持颗粒稳定的贡献,说明了颗粒化进程的稳定进行与这两种物质密切相关. Adav等[29]研究表明,以苯酚为基质培养的好氧颗粒污泥以β-多糖为骨架,与α-多糖和蛋白质相结合,加强了颗粒的稳定性.此外,α-多糖的含量略高于β-多糖和蛋白质,而且分布更加均匀.蛋白质的分布虽在边缘含量更多,仍可认为分布较为均匀. CHEN等[21]研究发现,以醋酸钠培养出的好氧颗粒污泥截面中蛋白质均匀分布.总细胞主要分布在颗粒内部区域.合成图像中的空白区域1和2显示颗粒内部存在明显的孔隙,死活细菌研究结果显示,死细菌主要分布在颗粒内部,这说明孔隙与细菌的凋亡有关,孔隙的存在为内部的物质运输提供条件.

图 8 成熟颗粒的CLSM图像 Fig.8 CLSM images of mature granule
2.4 颗粒中死活细菌的分布

死活细菌染色结果(见图 9)显示,以番茄作为基质培养出的颗粒污泥颗粒截面上,绿色的活细菌较红色的死细菌少,死活细菌的比例接近2:1.死细菌位置相对向颗粒的内部分布,而活细菌则更多地靠近颗粒边缘及内部的孔隙周围,并包裹着死细菌.这可能是由于随着颗粒的粒径变大,位于颗粒内部的细菌由于传质受限缺乏营养物质而死亡.在颗粒的外层,溶解氧和营养物质的传递可维持微生物的生长,另外内部孔隙也可作为营养物质和溶解氧的运输通道,因此孔隙周围存在部分活细菌[30]. CHEN等[31]研究发现,含酚废水中驯化出的颗粒污泥中死活细菌都均匀分布在颗粒外侧,而以醋酸钠为基质培养出的颗粒切片的截面中死活细菌均匀分布;高景峰等[30]研究发现,以蛋白胨和蔗糖共同为基质培养出的颗粒污泥中,活细菌主要分布在颗粒的外部,而死细菌在内部和外部均存在,并被活细菌所包裹,这与该研究结果相一致.

图 9 成熟颗粒死活细菌染色图像 Fig.9 Live/dead bacteria staining images of mature granule
2.5 微生物物种多样性和群落演替

为了进一步揭示好氧污泥在颗粒化过程中的降解特性与功能菌群之间的相互关系,在污染物去除效能和颗粒形成机制的研究基础之上,利用16S rRNA基因水平上的高通量测序对降解合成番茄酱加工废水过程中颗粒污泥的优势功能菌群进行了初步鉴定,考察体系内微生物多样性以及群落结构演替.

该研究以细菌的16S rRNA的V4和V5的高变区进行扩增得到原始序列,去除序列中的非扩增区域后进行测序错误校正,最终获得有效序列. Chao1指数表示达到饱和测序时获得的物种的最大数量;Shannon-Wiener指数用于表示所包含物种分布的丰富度和均匀性等信息.由表 1可见,Chao1指数呈先减后增的趋势,这说明污泥的颗粒化过程中,颗粒污泥的微生物多样性较接种污泥少,但随着颗粒化的进行,多样性逐渐增加.而Shannon-Wiener指数是逐渐上升的趋势,说明物种的丰富度和均匀性逐渐上升,降解番茄酱加工废水的微生物种群逐渐占据优势地位.

表 1 微生物群落推测的OTU丰富度和多样性指数 Table 1 OTU richness and diversity index inferred by microbial community

不同阶段污泥样品细菌在门分类水平的分布情况(见图 10)显示,6个样品中变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是优势菌群,硬壁菌门(Firmicutes)为次优势菌群.温树梅等[32]研究了优势微生物对番茄酱加工废水的处理性能,通过配伍比较TOC降解率并结合菌体沉降性,最终构建出含有7株高效微生物的菌群.这7株菌按照微生物门的水平分类,其中Bacillus subtilisBacillus megaterium、Citrobacter koseriBacillus sp.、Bacillus cereus属于硬壁菌门,Pseudomonas putida Pantoea agglomerans 属于变形菌门,说明变形菌门和硬壁菌门是处理番茄酱加工废水的优势菌群,这与该研究得出的番茄酱加工废水降解优势菌种的结果相一致.

图 10 不同时期细菌在门分类水平的分布 Fig.10 Phyla classification level distribution of bacteria from different periods

随着污泥颗粒化的推进,拟杆菌相对丰度逐渐增加,接种污泥样品S1中,拟杆菌所占比例为8.85%,而反应器运行后期,它在S6中所占的比例为45.95%;相应的,变形菌门起初占比为78.17%,逐渐减少至36.66%.结果显示,在颗粒化进程中,种群数量逐渐丰富,出现诸如疣微菌(Verrucomicrobia),最大占比例为12.33%,还有部分种群属于unclassified,最大占比为3.23%.值得一提的是,在S1中出现的绿菌(Chlorobi)和绿湾菌(Chloroflexi),占比分别为1.76%和1.78%,后期几乎不存在,而40 d后反应器中的NH4+-N、PO43--P的去除都有所降低,因此Chloroflexi和Chlorobi影响着NH4+-N、PO43--P的去除.放线菌(Actinobacteria)起初占比为1.71%,运行中期消失,但后期又重新出现,占比为6.48%.体系中微生物的种群多样性是特征污染物良好的去除基础,虽然处理过程中变形菌相对数量逐渐较少,但是变形菌和拟杆菌为番茄酱加工废水的高效降解起到重要的作用.

不同阶段样品中细菌在目分类水平上的群落结构(见图 11)显示,菌群结构的差异更为显著. S1中,黄色单胞菌目(Xanthomonadales)占微生物总量绝对优势地位(67.28%),处于次优势地位的菌群有拟杆菌目(Bacteroidales),占5.42%.在S2中,unclassified占比减少,随之检测出更多的菌类,其中伯克霍尔德氏菌目(Burkholderiales)开始成为优势菌,占比为21.57%,次优势菌为噬纤维菌目(Cytophagales)、疣微菌目(Verrucomicrobiales)分别占比为12.42%和12.15%. Bacteroidales占比增至7.22%. S3中优势菌Burkholderiales占比增至51.87%,次优势菌为鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales)、Bacteroidales和梭菌目(Clostridiales),分别占比为11.87%、9.99%和8.88%. S4中Bacteroidales占比(34.86%)超过了Burkholderiales(17.89%)成为了优势菌,而后者变为次优势菌,其他次优势菌红环菌目(Rhodocyclales)占比7.80%,S5中Burkholderiales的占比(37.05%)再次超过Bacteroidales(20.30%)成为优势菌. S6中优势菌Burkholderiales占比增至64.10%,次优势菌Bacteroidales增至20.73%,此时两种菌群的占比之和为84.83%,处于绝对领先地位.研究表明,活性污泥在降解番茄酱加工废水的颗粒化过程中,Burkholderiales和Bacteroidales自S3开始,两者占比之和超过50%,为主要降解菌,由此可见,微生物群落的演替表现出不同菌群共存的协同或增效作用,并且二者相互竞争,先后成为优势降解菌.

图 11 不同时期细菌在目分类水平的分布 Fig.11 Order classification level distribution of bacteria from different periods

综上所述,活性污泥在适应环境的过程中,随着颗粒化的推进,微生物具有行使其功能的驱动特性,因此微生物群落会表现出相应的演变规律[33].此外,不同的细菌种群之间的相互作用对有机物的有效降解以及反应体系稳定性起到重要的作用.

3 结论

a) 以合成番茄酱加工废水培养出的好氧颗粒污泥比表面积较大,具有良好的沉降性能.在4 h的好氧循环周期中,对CODCr、NH4+-N、PO43--P的平均去除率分别为90%、85%、45%.

b) EPS的三维荧光光谱和CLSM结果显示,类蛋白物质随着颗粒化过程增加明显,此外,α-多糖、β-多糖和蛋白质是好氧颗粒污泥的主要成分,在颗粒截面中广泛分布,构成了好氧颗粒的骨架,表明了蛋白质和多糖是好氧污泥颗粒化和维持自身稳定的重要物质.

c) 死活细菌染色结果显示,颗粒截面中,死活细菌的比例接近2:1,活细菌主要分布更多地靠近颗粒边缘及内部的孔隙周围.而死细菌相对向颗粒的内部分布.活细菌包裹着绝大部分死细菌.

d) 菌群分析结果表明,好氧污泥在降解番茄酱加工废水的颗粒化过程中,多样性不断变化,物种的丰富度和均匀性逐渐上升.门分类水平上,变形菌门和拟杆菌门是降解的主要优势菌群,硬壁菌门为次优势菌群.目分类水平上,伯克霍尔德氏菌目和拟杆菌目自S3开始,两者占比之和超过50%,为主要降解菌,由此可见,微生物群落的演替表现出不同菌群共存的协同或增效作用,对有机物的有效降解以及反应体系稳定性起到重要的作用.

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