硫酸鹽型高鹽廢水一方面因其鹽度較高，具有較大的滲透壓，易使微生物細(xì)胞脫水死亡或受到抑制，進(jìn)而影響生化系統(tǒng)的代謝活性；另一方面，在厭氧時，廢水中的SO42-在硫酸鹽還原菌（Sulfate Reducing Bacteria,SRB）的作用下產(chǎn)生HS-、S2-或H2S，硫化物具有較強(qiáng)生物毒性作用（尤其是呈分子態(tài)的硫化氫），極易抑制生化反應(yīng)過程。因此，為更好地處理含硫酸鹽廢水，需明確硫酸鹽含量對于生化系統(tǒng)的影響。本研究便從此點(diǎn)出發(fā)，擬設(shè)計(jì)不同組別的活性污泥有機(jī)物降解試驗(yàn)，重點(diǎn)研究硫酸鹽含量對生化系統(tǒng)有機(jī)物降解及污泥生長的影響，并采用16SrRNA基因高通量測序方法，從活性污泥種群變化角度進(jìn)行深入剖析，以期探明硫酸鹽含量對于生化系統(tǒng)有機(jī)物降解過程及結(jié)果的影響，進(jìn)而為此類廢水的處理過程提供理論指導(dǎo)及借鑒。
1、材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
接種污泥：本研究選取富集培養(yǎng)后的市政污水廠消化污泥、安徽省某工業(yè)園區(qū)生化段污泥（該園區(qū)廢水中含有較高含量的硫酸鹽）進(jìn)行不同濃度硫酸鹽條件下的微生物降解試驗(yàn)。
試驗(yàn)藥劑：硫酸鈉Na2SO4：分析純；氯化銨NH4Cl：分析純；磷酸氫二鉀K2HPO4：分析純；葡萄糖C6H12O6：分析純。以上藥劑均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
1.2 不同濃度硫酸鹽模擬廢水配制
使用硫酸鈉配制不同濃度的硫酸鹽模擬廢水，其pH調(diào)節(jié)至7~8，初始COD約為250mg/L，廢水C:N:P為100:5:1。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
如表1所示，使用市政消化污泥及含高濃度硫酸鹽廢水的工業(yè)園區(qū)生化段污泥進(jìn)行不同組別的微生物降解試驗(yàn)，其中G6組為無曝氣對照組。定期取樣測定溶液pH、MLSS及COD濃度。
1.4 測試方法
pH使用PHS3C酸度計(jì)進(jìn)行測試，SO42-使用水質(zhì)硫酸鹽的測定——鉻酸鋇分光光度法（HJ/T342-2007）進(jìn)行測定，COD參照水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定——重鉻酸鹽法(HJ828-2017)進(jìn)行測定，MLSS使用混合液污泥濃度的測定——重量法（CJ/T221-2005）進(jìn)行測定。
1.5 樣品
16SrRNA基因高通量測序本研究選擇擴(kuò)增區(qū)域?yàn)?/span>16SV3-V4，樣本來源為試驗(yàn)結(jié)束后G1~G5中的污泥樣品，使用Mag-BindSoilDNAKit提取試劑盒進(jìn)行污泥樣品的DNA提取。本次宏基因組測序采用兩步法PCR擴(kuò)增：第一輪擴(kuò)增中利用Qubit3.0DNA檢測試劑盒對基因組DNA精確定量；第二輪則引入Illumina橋式PCR兼容引物進(jìn)行擴(kuò)增。之后對PCR產(chǎn)物進(jìn)行凝膠純化，純化后的產(chǎn)物16SrRNA基因測序。
2、結(jié)果與討論
2.1 不同硫酸鹽含量下溶液pH的變化
圖1為不同硫酸鹽濃度下溶液pH的變化，由圖可知，G1~G7組實(shí)驗(yàn)中溶液初始pH值均約為8，反應(yīng)進(jìn)行中7組試驗(yàn)溶液pH值基本穩(wěn)定（略降至7.5，此pH條件仍為微生物生長代謝，適宜pH條件），表明好氧及厭氧條件下，微生物均可在較穩(wěn)定的pH環(huán)境下生長，而不同硫酸鹽濃度條件下微生物的代謝產(chǎn)物亦未對溶液pH產(chǎn)生顯著影響。
2.2 不同反應(yīng)體系中COD濃度的變化
圖2為不同硫酸鹽含量下反應(yīng)體系COD濃度的變化，圖中，在0d~2d時，G1~G5組（市政消化污泥接種）中COD的降解效率相近，2d后（再次添加碳源），五組反應(yīng)體系的COD呈現(xiàn)遞減規(guī)律，即隨著硫酸鹽含量的減小，COD的降解效果有所增強(qiáng)，表明較高含量的硫酸鹽濃度對微生物代謝存在抑制作用。進(jìn)一步分析可知，G6組為厭氧組，該組別COD降解效果較好氧組差，G7組接種污泥為含高濃度硫酸鹽廢水的工業(yè)園區(qū)生化段污泥，其對COD的去除效果與G1組相近，表明此種污泥較易馴化，在充足碳源條件下，普通活性污泥即可正常代謝，無需進(jìn)行特效菌種篩選。
2.3 不同反應(yīng)體系中MLSS濃度的變化
圖3為不同硫酸鹽濃度下反應(yīng)體系MLSS濃度的變化，分析可知，G1~G5組中，0d~2d時，隨著硫酸鹽含量的降低，污泥濃度呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，硫酸鹽含量較高的G1、G2組中MLSS濃度受到明顯抑制；但2d時后（再次添加碳源），G1、G2組中污泥濃度快速增長，與G3~G5組中污泥濃度相差較少，表明反應(yīng)初期，接種污泥進(jìn)入適應(yīng)期，不同硫酸鹽濃度對其生長影響較大（本試驗(yàn)中，硫酸鹽<4000mg/L時，其影響作用已較�。S著反應(yīng)的進(jìn)行，微生物適應(yīng)了新的生長環(huán)境后，其代謝活動與低硫酸鹽條件下的代謝活性相近。厭氧條件下（G6組），微生物的生長與COD的降解相似，均低于好氧代謝條件。G7組與G1組相比，MLSS濃度更高，這主要是由于G7組接種污泥來自含高濃度硫酸鹽廢水的工業(yè)園區(qū)生化段，其對于硫酸鹽的適應(yīng)性更強(qiáng)造成的。
2.4 不同硫酸鹽濃度下微生物群落變化分析
圖4為G1~G5組試驗(yàn)樣品的微生物群落分析，分析可知，污泥樣品中微生物群落種類與典型市政污泥群落相近，主要由變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）及浮霉菌門（Planctomycetes）構(gòu)成。進(jìn)一步分析可知，隨著硫酸鹽含量的降低，Proteobacteria和Firmicutes含量逐漸增大，G1組中期含量分別為35.12%和5.17%，而G5組中的含量分別達(dá)到了56.04%和17.31%。結(jié)合圖2數(shù)據(jù)，可推測出高含量的硫酸鹽對有機(jī)物降解的抑制作用主要是通過抑制Proteobacteria和Firmicutes菌群的生長引起的。G1中Planctomycetes菌群含量明顯高于其它組別（18.56%），較高含量硫酸鹽促進(jìn)了該菌群的生長，而有研究表明，該菌群具有較強(qiáng)的碳水化合物分解能力，因此可推測出G1組別Proteobacteria菌群的生長雖受抑制，但其可通過促進(jìn)其它菌群的繁殖進(jìn)而彌補(bǔ)有機(jī)物的降解速率，硫酸鹽的存在改變了活性污泥有機(jī)物代謝的途徑。此外，由于G1~G5組均在好氧條件下進(jìn)行，因此未觀測到常見的硫酸鹽還原菌群——Desulfovibrio(脫硫弧菌)。
3、結(jié)論
3.1 不同硫酸鹽濃度條件下微生物的代謝可正常進(jìn)行，且其代謝產(chǎn)物亦未對溶液pH產(chǎn)生顯著影響。
3.2 隨著硫酸鹽含量的減小，模擬廢水COD的降解效果有所提升，表明較高含量硫酸鹽對微生物代謝存在抑制作用，且硫酸鹽含量對于污泥接種初期的微生物代謝影響更大。
3.3 高濃度硫酸鹽主要通過抑制Proteobacteria和Firmicutes菌群的生長來影響生化系統(tǒng)的有機(jī)物去除效果，但硫酸鹽也可通過促進(jìn)Planctomycetes菌群的繁殖來進(jìn)行有機(jī)物的降解，硫酸鹽的存在改變了活性污泥有機(jī)物代謝的途徑。（來源：安徽環(huán)境科技集團(tuán)股份有限公司，廣州賽寶認(rèn)證中心服務(wù)有限公司）
