厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, ANAMMOX)因?yàn)闊o(wú)需曝氣、節(jié)省碳源、產(chǎn)泥量少, 可節(jié)約能耗和降低運(yùn)行成本, 成為目前污水處理脫氮工藝的研究熱點(diǎn).但厭氧氨氧化菌的世代周期長(zhǎng)達(dá)11 d, 且對(duì)環(huán)境因素變化敏感, 因此有效富集和截留厭氧氨氧化菌是保證工藝穩(wěn)定運(yùn)行、提高脫氮效率的必要條件.顆粒污泥具有良好的沉降性能和抗沖擊能力, 可保持大量生物量, 形成厭氧氨氧化顆粒污泥是保障良好的脫氮性能的重要形式.

　　現(xiàn)階段學(xué)者們對(duì)厭氧氨氧化顆粒污泥的形成機(jī)制和快速啟動(dòng)進(jìn)行了大量研究, 然而厭氧氨氧化顆粒污泥是一個(gè)復(fù)雜的微生物共生系統(tǒng), 不同的培養(yǎng)條件如水流剪切力、基質(zhì)濃度、氮負(fù)荷導(dǎo)致顆粒污泥性質(zhì)具有差異性, 這些差異性還不明確.膨脹顆粒污泥床(expanded granular sludge bed, EGSB)反應(yīng)器和上升式厭氧污泥床(up-flow anaerobic sludge bed, UASB)反應(yīng)器在培養(yǎng)厭氧氨氧化顆粒污泥方面應(yīng)用廣泛.然而兩種反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)、性能和運(yùn)行參數(shù)上都有所不同, 勢(shì)必導(dǎo)致培養(yǎng)的厭氧氨氧化顆粒污泥特性及微生物群落結(jié)構(gòu)上有所差異, 進(jìn)而影響其脫氮性能.

　　本文在不同的上升流速、水力停留時(shí)間、基質(zhì)濃度以及氮負(fù)荷的培養(yǎng)條件下, 研究了EGSB和UASB反應(yīng)器中厭氧氨氧化顆粒污泥特性的差異性, 并采用高通量測(cè)序法分析了不同運(yùn)行條件下厭氧氨氧化顆粒污泥顆粒的微生物種群特征, 以期為厭氧氨氧化顆粒污泥的工程化應(yīng)用提供參考.

　　1 材料與方法

　　1.1 反應(yīng)器與實(shí)驗(yàn)用水

　　EGSB反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)高度為60 cm, 內(nèi)徑為6 cm, 外徑12 cm, 有效容積約為1.7 L, 高徑比約為10:1, 通過(guò)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)控制水流上升速度, 反應(yīng)器頂部三相分離區(qū)澄清液直接經(jīng)循環(huán)泵從底部回流, 不接觸空氣.UASB反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)的內(nèi)徑8 cm, 沉淀區(qū)內(nèi)徑10 cm, 高127 cm, 持水高度120 cm, 有效容積為19.7 L.兩個(gè)反應(yīng)器均由有機(jī)玻璃制成, 密封保障厭氧環(huán)境, 依靠外層的水浴夾套保持溫度在(32±1)℃, 整體用遮陽(yáng)塑料膜蓋住避光, 并通過(guò)蠕動(dòng)泵控制進(jìn)水流量.

　　實(shí)驗(yàn)用水采用人工模擬廢水, 其中的氨氮和亞硝酸鹽通過(guò)添加NH4Cl和NaNO2獲得, 濃度按需配比.CaC12 0.18 g·L-1, KH2PO4 0.03 g·L-1, MgSO4 0.30 g·L-1, KHCO3 0.50 g·L-1, 1 L配水添加1 mL微量元素Ⅰ和Ⅱ.微量元素Ⅰ組分(g·L-1)：EDTA 5, FeSO4 5;微量元素Ⅱ組分(g·L-1)：EDTA 15, ZnSO4·7H2O 0.43, CoCl2·6H2O 0.24, MnCl2·4H2O 0.99, CuSO4·5H2O 0.25, NaMoO4·2H2O 0.22, NiCl2·6H2O 0.19, NaSeO4·10H2O 0.21, H3BO4 0.014.進(jìn)水pH控制在7.5±0.5.

　　1.2 污泥來(lái)源

　　接種污泥取自實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的成熟的厭氧氨氧化絮狀污泥, SS=5.2 g·L-1, VSS=2.4 g·L-1, VSS/SS=46.20%, 總氮容積去除負(fù)荷為0.7 kg·(m3·d)-1.EGSB和UASB反應(yīng)器種泥接種體積比分別為60%和50%.采用EGSB和UASB反應(yīng)器連續(xù)培養(yǎng)厭氧氨氧化顆粒污泥, 經(jīng)過(guò)384 d的培養(yǎng), 兩者均獲得了較好的脫氮效果, 且均形成顆粒污泥.培養(yǎng)過(guò)程中, 取反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)的種泥, EGSB反應(yīng)器運(yùn)行第53、177和384 d以及UASB反應(yīng)器運(yùn)行第384 d時(shí)反應(yīng)器內(nèi)混合均勻的污泥樣品. 5個(gè)污泥樣品名稱分別標(biāo)記為種泥、E.53 d、E.177 d、E.384 d和U.384 d.取樣期間反應(yīng)器的運(yùn)行工況和水質(zhì)處理效果如表 1所示.

 表 1 取樣期間反應(yīng)器的運(yùn)行工況及處理效能

　　1.3 指標(biāo)測(cè)定

　　污泥宏觀形態(tài)特征采用iPhone8后置攝像頭拍攝記錄, 微觀形態(tài)與結(jié)構(gòu)特征采用微生物光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS CX41, 日本)和掃描電子顯微鏡(SEM, HITACHI S-4300, 日本)進(jìn)行.掃描電鏡樣品制備參照Wu等[11]的方法進(jìn)行, 具體如下：首先, 挑選部分顆粒污泥用磷酸緩沖液(pH=6.8)沖洗3~5次, 去除顆粒表面雜質(zhì);加入戊二醛(質(zhì)量濃度=2.5%、pH=6.8)完全淹沒(méi)泥樣, 4℃冰箱固定12 h;分別使用不同濃度乙醇(50%、70%、80%和90%)依次脫水10~15 min, 再用100%無(wú)水乙醇脫水3次, 每次10~15 min;用乙醇:乙酸異戊酯(1:1)混合溶液、純乙酸異戊酯各置換1次、每次15 min, 干燥8 h;采用離子濺射鍍膜儀(IB-5Giko)在樣品表面鍍金屬膜(厚度為1.5 mm);置于掃描電鏡下觀察待檢樣的微觀性狀及結(jié)構(gòu)特征.顆粒污泥粒徑采用激光粒度儀(MASTERSIZER 3000, Malvern, UK)進(jìn)行測(cè)定.

　　1.4 微生物分析

　　采用Illumina MiSeq測(cè)序平臺(tái)對(duì)5個(gè)樣品微生物進(jìn)行測(cè)序, 實(shí)驗(yàn)流程包括微生物組總DNA提取、目標(biāo)片段PCR擴(kuò)增、擴(kuò)增產(chǎn)物回收純化、擴(kuò)增產(chǎn)物熒光定量、MiSeq文庫(kù)構(gòu)建和MiSeq測(cè)序.

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 不同培養(yǎng)條件厭氧氨氧化顆粒污泥理化性質(zhì)

　　2.1.1 表觀形態(tài)

　　不同培養(yǎng)條件下污泥表觀顏色與形態(tài)如圖 1所示.接種污泥顏色為棕色, 呈絮狀, 結(jié)構(gòu)較為松散.EGSB反應(yīng)器運(yùn)行53 d出現(xiàn)小顆粒, 顏色由接種時(shí)的棕色進(jìn)一步加深, 177 d后顆粒污泥粒徑增長(zhǎng), 顏色磚紅色, 第384 d污泥顆粒顏色加深, 顆�；�過(guò)程中污泥由棕色向棕紅、紅褐色轉(zhuǎn)變.UASB反應(yīng)器中培養(yǎng)384 d的顆粒污泥顏色暗紅, 與EGSB反應(yīng)器中第384 d的污泥相比顏色更暗.厭氧氨氧化菌因含有一系列血紅素c蛋白(細(xì)胞色素c)而顯示獨(dú)特的紅色.紅色可以用作粗略評(píng)估比活度和反應(yīng)器容量的指標(biāo).在不同的氮加載速率下, 厭氧氨氧化顆粒污泥的顏色可能會(huì)從胭脂紅變?yōu)樽厣�和變�(yōu)楹谏?

 (a)種泥; (b)E.53 d; (c)E.177 d; (d)E. 384 d; (e)U. 384 d

圖 1 不同培養(yǎng)條件下ANAMMOX污泥宏觀形態(tài)

　　在顯微鏡下可以觀察到厭氧氨氧化污泥顆�；�的過(guò)程中的外觀變化, 起初厭氧氨氧化污泥呈不規(guī)則幾何形, 微生物或分散或團(tuán)簇在一起, 邊緣呈現(xiàn)毛刺狀(圖 2).經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng), 絮體吸附在一起, 微生物在胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)的作用下相互吸附黏合形成緊實(shí)的顆粒狀污泥.EPS是厭氧氨氧化顆粒污泥的重要組成部分, 它使細(xì)胞彼此粘附并促進(jìn)微生物聚集, 有助于形成厭氧氨氧化顆粒污泥的水通道或氣體隧道(0.4~18.9 μm), 影響著厭氧氨氧化顆粒污泥的質(zhì)量傳遞和密度.EGSB反應(yīng)器第384 d的顆粒污泥可以看出顆粒污泥形態(tài)圓滑飽滿, 內(nèi)部密實(shí), 外層包裹著一層瓊脂狀的胞外聚合物, 與UASB反應(yīng)器第384 d的顆粒污泥相比, 輪廓更為光滑, 主要原因是在EGSB反應(yīng)器中有更高的上升流速, 較強(qiáng)水力沖刷使得顆粒污泥表面更光滑.

  (a)種泥; (b)E. 53d;(e)E.177d;(d)E. 384d;(e)U. 384d

圖 2 不同培養(yǎng)條件下ANAMMOX污泥顯微鏡形態(tài)

　　2.1.2 顆粒污泥粒徑分布

　　粒徑分布是厭氧氨氧污泥顆粒化進(jìn)程的一個(gè)重要表征參數(shù).厭氧氨氧化污泥的粒徑隨著反應(yīng)器運(yùn)行而變化.起初接種污泥粒徑 < 0.2 mm占67.10%(圖 3), 平均粒徑為0.15 mm.EGSB反應(yīng)器運(yùn)行至53 d, 粒徑 < 0.2 mm的顆粒減少, >0.2 mm的顆粒增多, 出現(xiàn)了>1.5 mm粒徑的顆粒, < 0.2、0.2~1.5和>1.5 mm的粒徑數(shù)量占比分別為15.23%、83.77%和1.00%, 平均粒徑增長(zhǎng)到0.47 mm.EGSB反應(yīng)器運(yùn)行至177 d, 小粒徑進(jìn)一步向大粒徑轉(zhuǎn)變, 各粒徑占比為6.05%、72.11%和21.84%, 運(yùn)行至384 d時(shí), 出現(xiàn)>3 mm粒徑的顆粒污泥, 粒徑占比由小到大分別為7.40%、58.90%、32.04%和1.66%, 平均粒徑達(dá)到1.17 mm, 相比接種時(shí)增長(zhǎng)了7.8倍.培養(yǎng)過(guò)程中, 粒徑 < 0.2 mm的污泥呈現(xiàn)先減少后略微增加至穩(wěn)定的趨勢(shì), 原因一方面是小顆粒污泥不斷增長(zhǎng)成大顆粒污泥, 在啟動(dòng)初期粒徑變化最為明顯;另一方面是有微生物不斷繁殖增長(zhǎng), 聚集黏合成細(xì)小顆粒, 生成小顆粒的速度與顆粒增長(zhǎng)的速度達(dá)到平衡.從顆粒污泥的粒徑分布變化可以看出, 反應(yīng)器中的顆粒粒徑在0.2~1.5 mm的占比最大.UASB反應(yīng)器運(yùn)行至384 d時(shí), 各范圍的粒徑占比為6.06%、60.05%、25.25%和8.64%, 平均粒徑達(dá)到1.21 mm.對(duì)比EGSB反應(yīng)器中的顆粒, UASB反應(yīng)器中粒徑>3 mm的顆粒占比更大, 且最大粒徑為3.8 mm, 而EGSB反應(yīng)器中最大粒徑為3.1 mm, 主要的影響因素是水力條件.本實(shí)驗(yàn)中粒徑在0.2~1.5 mm之間的占比最大, 有研究表明當(dāng)顆粒直徑為0.5~0.9 mm時(shí), 厭氧氨氧化菌的豐度、活性和反應(yīng)速率均得到提高, 1.0~1.5 mm粒徑的厭氧氨氧化顆粒污泥具有最高活性.具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

圖 3 不同培養(yǎng)條件下ANAMMOX污泥粒徑分布

　　2.1.3 顆粒污泥掃描電鏡分析

　　圖 4為不同時(shí)期的厭氧氨氧化污泥的掃描電鏡圖.起初接種污泥可以看到少量的桿菌和黏性物質(zhì), 由絲狀纖維物質(zhì)相互連接.隨著顆粒的增大, 細(xì)菌微生物密集的聚集起來(lái), 在EGSB反應(yīng)器第177 d和UASB反應(yīng)器第384 d, 顆粒污泥表面有大量球型細(xì)菌, EGSB反應(yīng)器運(yùn)行384 d, 顆粒污泥中大量球型菌、短桿菌、絲狀菌大量共存.研究報(bào)道厭氧氨氧化顆粒污泥主要以球形或卵型的球菌聚集體為主, 粒徑在0.8~1 μm之間.目前普遍認(rèn)為, 厭氧氨氧化顆粒污泥包括4層結(jié)構(gòu)(顆粒, 亞基, 微生物細(xì)胞簇和單細(xì)胞).Kang等的研究發(fā)現(xiàn), 紅色厭氧氨氧化顆粒污泥的表面具有類似于火山口的結(jié)構(gòu), 覆蓋大量類似厭氧氨氧化細(xì)菌的球菌;棕色厭氧氨氧化顆粒污泥表面疏松, 幾乎沒(méi)有球菌存在, 大量絲狀細(xì)菌和EPS相互纏結(jié);而黑色厭氧氨氧化顆粒污泥的表面致密而光滑, 被大量的無(wú)機(jī)物覆蓋, 看不到細(xì)菌.

(a)種泥; (b)E.53d;(c)E. 177d;(d)E. 384d;(e)U. 384d

圖 4 不同培養(yǎng)條件下ANAMMOX污泥SEM圖像

　　2.2 不同培養(yǎng)條件厭氧氨氧化顆粒污泥微生物群落結(jié)構(gòu)分析

　　2.2.1 微生物多樣性及豐度分析

　　5個(gè)污泥樣品的測(cè)序量和OTU數(shù)較為接近, 分別在35 122~38 257和4 805~5 715之間.對(duì)于微生物群落而言, 有多種指數(shù)來(lái)反映其α多樣性.不同的指數(shù)對(duì)于衡量群落多樣性的側(cè)重點(diǎn)各不相同, Chao1或ACE指數(shù)側(cè)重于體現(xiàn)群落的豐富度(即群落中微生物成員如OTU的數(shù)量), 一般而言, Chao1或ACE指數(shù)越大, 表明群落的豐富度越高.由表 2可以看出接種污泥的Chao1和ACE指數(shù)均為1 398, 經(jīng)EGSB反應(yīng)器運(yùn)行53~177 d, Chao1和ACE指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 分別下降到1 219.83和1 376.72, 而培養(yǎng)至384 d時(shí), Chao1和ACE指數(shù)上升到1 344.54和1 376.72, 和接種時(shí)的指數(shù)相差不大.說(shuō)明反應(yīng)器啟動(dòng)初期, 由于生存環(huán)境發(fā)生改變, 厭氧氨氧化顆粒污泥的種群多樣性先下降, 在微生物適應(yīng)了新的生長(zhǎng)環(huán)境, 種群多樣性又進(jìn)一步豐富起來(lái).而在UASB反應(yīng)器運(yùn)行384 d之后, 發(fā)現(xiàn)Chao1和ACE指數(shù)比接種污泥有所降低, 分別為1 111.07和1 114.34, 同時(shí)也低于EGSB反應(yīng)器的384 d污泥樣品, 這說(shuō)明UASB反應(yīng)系統(tǒng)中微生物種群較EGSB反應(yīng)系統(tǒng)更為單一.與Chao1和ACE指數(shù)不同, Simpson指數(shù)更傾向于反映群落的均勻度(即各成員間的豐度差異大小), Simpson指數(shù)值越高, 表明優(yōu)勢(shì)菌群占總體生物菌群比例越大.而Shannon指數(shù)綜合考慮了群落的豐富度和均勻度, 指示了生物群落組成復(fù)雜程度, 其值越大, 表明群落復(fù)雜程度越大. 5個(gè)樣品中Simpson指數(shù)均在0.97以上, 差別不大, 說(shuō)明本研究條件下不論在UASB反應(yīng)器中還是EGSB反應(yīng)器中, 成熟的厭氧氨氧化污泥顆�；�過(guò)程的優(yōu)勢(shì)種群占總體生物種群比例穩(wěn)定.Shannon指數(shù)在EGSB反應(yīng)器運(yùn)行第53 d由接種時(shí)的7.62降低到7.09, 隨后隨著培養(yǎng)時(shí)間的增長(zhǎng)而增加, 到384 d時(shí)增長(zhǎng)到7.52, 說(shuō)明群落的復(fù)雜程度與種群多樣性呈一樣的變化趨勢(shì).而UASB反應(yīng)器中384 d的Shannon指數(shù)為7.18, 均低于接種污泥和EGSB反應(yīng)器第384 d的污泥, 表明UASB反應(yīng)系統(tǒng)中的微生物的多樣性略低.

表 2 菌群微生物多樣性指數(shù)

　　2.2.2 各階段微生物在門(mén)分類層面上的比對(duì)

　　從門(mén)分類層面上的比對(duì)各階段的微生物種群, 結(jié)果如圖 5所示, 5個(gè)樣品中豐富度占比較大的有變形菌門(mén)(Proteobacteria)、浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、Patescibacteria門(mén)、放線菌門(mén)(Actinobacteria)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes).其中變形菌門(mén)(Proteobacteria)在5個(gè)樣品中的占最大比例, 在35.61%~50.84%之間, 是各個(gè)樣品的優(yōu)勢(shì)種群.厭氧氨氧化菌屬于浮霉菌門(mén), 接種污泥中浮霉菌門(mén)只有3.31%, 而在EGSB反應(yīng)器運(yùn)行53 d達(dá)到13.95%, 在177 d氮負(fù)荷為2.8kg·(m3·d)-1時(shí)浮霉菌門(mén)達(dá)到最大富集為23.45%, 但當(dāng)容積氮負(fù)荷進(jìn)一步升高至5.83kg·(m3·d)-1時(shí), 浮霉菌門(mén)的比例下降至13.30%.而UASB反應(yīng)器運(yùn)行384 d后浮霉菌門(mén)達(dá)到12.27%, 略低于EGSB的第384 d, 該運(yùn)行工況的氮負(fù)荷只有1.8kg·(m3·d)-1.氮去除負(fù)荷的波動(dòng)直接影響著反應(yīng)器優(yōu)勢(shì)微生物群落結(jié)構(gòu)的演變.在運(yùn)行384 d后, 兩個(gè)反應(yīng)器中的微生物群落結(jié)構(gòu)比較類似, 其中變形菌門(mén)(Proteobacteria)和浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)是最主要的兩大門(mén)類, 同時(shí)也存在著一定比例的厭氧異養(yǎng)菌如擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén).由于涉及到脫氮功能微生物主要來(lái)自變形菌門(mén), 浮霉菌門(mén)和硝化螺旋菌門(mén)3種, 而運(yùn)行后各階段這3種菌門(mén)占總細(xì)菌的54.72%~63.14%, 因此脫氮效果較好, 達(dá)到84%~90%.

 圖 5 各樣品細(xì)菌分類(門(mén))的群落組成相對(duì)百分比

　　2.2.3 各階段微生物在屬分類層面上的比對(duì)

　　對(duì)具有脫氮性能的變形菌門(mén)和浮霉菌門(mén)進(jìn)行屬水平分析.Denitratisoma和Limnobacter是變形菌門(mén)的主要菌種, 在接種污泥中分別占1.80%和8.60%(圖 6), 其中Denitratisoma在兩個(gè)反應(yīng)器運(yùn)行期間都有所增長(zhǎng), 在EGSB反應(yīng)器第53、177和384 d分別占比19.47%、12.17%和14.98%, 在UASB反應(yīng)器第384 d占15.66%, 增長(zhǎng)達(dá)到5倍以上.而Limnobacter在EGSB反應(yīng)器中的比例先下降后升高, 在EGSB運(yùn)行至177 d達(dá)到最低, 只占0.95%, 而到384 d時(shí)增長(zhǎng)到9.01%與接種污泥中所占比例相當(dāng).而在UASB反應(yīng)器中增長(zhǎng)到15.50%, 是EGSB反應(yīng)器中的1.7倍, 有所差異.Denitratisoma是反硝化菌, 在缺氧狀態(tài)下完成反硝化作用, 需要消耗有機(jī)碳源, 由于厭氧氨氧化反應(yīng)是產(chǎn)生硝態(tài)氮的過(guò)程, 反應(yīng)器中也存在細(xì)胞代謝或微生物死亡后的有機(jī)物, 可被反硝化菌利用將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝進(jìn)而轉(zhuǎn)化為氮?dú)膺M(jìn)一步提高氮的去除率.Limnobacter屬經(jīng)常在各種環(huán)境, 如表面海水, 大洋深處, 人體腸道, 和火山沉積物中被發(fā)現(xiàn).該屬目前只有L. thiooxidans和L. litoralis兩個(gè)種被分離和鑒定, 這兩個(gè)物種都是異養(yǎng)的, 在有機(jī)底物(如琥珀酸鹽)存在下, 耗氧并將硫代硫酸鹽氧化成硫酸鹽獲得額外能源.Chen等的研究發(fā)現(xiàn)在厭氧甲烷氧化(anaerobic methane oxidizing, AOM)環(huán)境中, Limnobacter菌株可能以通過(guò)AOM活性產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)為生, 隨后可能通過(guò)提供硫氧化產(chǎn)生的硫酸鹽而對(duì)AOM群落做出貢獻(xiàn).

圖 6 各樣品細(xì)菌分類(屬)的群落組成相對(duì)百分比

　　在浮霉菌門(mén)中共檢測(cè)出3種主要屬, 其中Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia屬是厭氧氨氧化菌, 接種污泥中Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia屬所占比例為1.95%和0.32%.在EGSB反應(yīng)器運(yùn)行第53、177和384 d時(shí)Candidatus Brocadia占比分別為11.25%、10.63%和7.53%(表 3), 說(shuō)明在運(yùn)行初期Candidatus Brocadia屬能夠快速富集, 而隨著氮負(fù)荷的升高, 所占比例有所降低;而Candidatus Kuenenia屬在占比也有所增長(zhǎng)分別為1.21%、0.89%和1.61%, 在EGSB反應(yīng)器中Candidatus Brocadia屬比例始終高于Candidatus Kuenenia屬.UASB反應(yīng)器中不同, 384 d時(shí), Candidatus Brocadia屬占比為3.69%, 而Candidatus Kuenenia屬為7.54%, 說(shuō)明在UASB反應(yīng)器中厭氧氨氧化的優(yōu)勢(shì)屬種為Candidatus Kuenenia屬.

表 3 不同研究中EGSB和UASB反應(yīng)器厭氧氨氧化優(yōu)勢(shì)菌屬

　　對(duì)于反應(yīng)系統(tǒng)中ANAMMOX的優(yōu)勢(shì)菌種, 有研究發(fā)現(xiàn)Candidatus Brocadia在NO2--N濃度高于17~30μmol·L-1時(shí)Candidatus Brocadia較Candidatus Kuenenia具有更高增殖速率, 屬于生長(zhǎng)率高但基質(zhì)親和力差的r-對(duì)策;而Candidatus Kuenenia較Candidatus Brocadia對(duì)NO2--N的親和力更強(qiáng), 可以利用較低濃度的亞硝態(tài)氮, 而且具有更高的耐受NO2--N抑制能力, 屬于生長(zhǎng)率低但基質(zhì)親和力好的k-對(duì)策.不同屬厭氧氨氧化菌適宜生存環(huán)境不同, 在不同的上升流速下, 反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度以及廢水中營(yíng)養(yǎng)成分、微量元素等的分布均不相同, 也會(huì)造成厭氧氨氧化菌優(yōu)勢(shì)菌種存在差異或優(yōu)勢(shì)菌屬的遷移.例如譚錫誠(chéng)等的研究中發(fā)現(xiàn)隨著進(jìn)水氨氮濃度的提高, 反應(yīng)系統(tǒng)中ANAMMOX的優(yōu)勢(shì)菌種由Candidatus Brocadia(100%)轉(zhuǎn)變?yōu)镃andidatus Jettenia(50%)和Candidatus Kuenenia(30%)的混合菌種.佟智達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)在0.5、2、5、8 m·h-1的不同上升流速下, 富集得到的厭氧氨氧化菌中優(yōu)勢(shì)菌種不同, 分別為Candidatus Kuenenia、Asahi BRW2、Candidatus Brocadia和Candidatus Anammoxoglobus屬.目前, 在厭氧氨氧化富集過(guò)程中菌種改變的原因還未有定論, 還需要做進(jìn)一步分析.

　　2.2.4 環(huán)境條件與微生物群落之間的相關(guān)性

　　典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)用于評(píng)估環(huán)境條件對(duì)各種系統(tǒng)中微生物群落動(dòng)態(tài)的影響.CCA的結(jié)果揭示了環(huán)境參數(shù)與5個(gè)樣本之間的相關(guān)性, 如圖 7所示.厭氧氨氧化顆粒污泥培養(yǎng)過(guò)程中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變, 其中EGSB第177 d的菌落結(jié)構(gòu)差異性最大, 隨著培養(yǎng)時(shí)間增長(zhǎng), 微生物適應(yīng)性增強(qiáng), 群落結(jié)構(gòu)差異減小.分析表明優(yōu)勢(shì)菌屬Candidatus Brocadia與v、NRR存在較強(qiáng)正相關(guān)而與HRT呈較強(qiáng)負(fù)相關(guān), Candidatus Kuenenia與NRE、NRR、HRT成正相關(guān), 而與v呈負(fù)相關(guān).

 圖 7 水質(zhì)參數(shù)與菌群結(jié)果的典范對(duì)應(yīng)分析

　　3 結(jié)論

　　(1) EGSB和UASB反應(yīng)器運(yùn)行至384 d, 厭氧氨氧化顆粒污泥平均粒徑分別為1.17 mm和1.21 mm, 其中0.2~1.5 mm粒徑范圍的顆粒占比最大, 分別為58.90%和60.05%.UASB反應(yīng)器中>3 mm的粒徑占比多于EGSB反應(yīng)器, 分別為8.64%和1.66%, 表明UASB反應(yīng)器低速的水力條件更容易培養(yǎng)出粒徑大的顆粒污泥.

　　(2) 在厭氧氨氧化顆粒污泥培養(yǎng)期間, 污泥顏色由棕色變?yōu)樯罴t褐色, 掃描電鏡結(jié)果表明不同運(yùn)行條件下的污泥菌群以短桿菌、球型菌為主.變形菌門(mén)是主要優(yōu)勢(shì)菌群, 同時(shí)浮霉菌門(mén)含量大幅提高.Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia屬是厭氧氨氧化顆粒污泥主要菌屬, 在EGSB反應(yīng)器中Candidatus Brocadia屬是優(yōu)勢(shì)菌屬占7.53%, 而UASB反應(yīng)器中Candidatus Kuenenia屬是優(yōu)勢(shì)種群, 占7.54%.

　　(3) 優(yōu)勢(shì)菌屬Candidatus Brocadia豐度與v、NRR存在較強(qiáng)正相關(guān)而與HRT呈較強(qiáng)負(fù)相關(guān), Candidatus Kuenenia豐度與NRE、NRR、HRT成正相關(guān), 而與v呈負(fù)相關(guān).(來(lái)源：蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 作者： 姜瀅)