2.3 盐度对厌氧颗粒污泥的影响
在反应器运行的不同阶段分别取样测定了反应器中厌氧颗粒污泥的粒径分布与沉降速度参数, 粒径分布与沉降速度能够体现颗粒污泥整体状态与降解性能, 作为反应器内厌氧污泥的主体, egsb反应器中颗粒污泥的状态是反应器运行效果的关键, 颗粒污泥的状态与特性影响着厌氧反应器的处理效率、体系活性及系统稳定性等.
从图 3及表 2可以看出, 在盐度冲击下, 大颗粒污泥受到影响解体为小颗粒污泥, 使小颗粒污泥所占的比重上升.当cl-浓度增加到7500 mg ·l-1且短暂调至10000 mg ·l-1后, 粒径在0.9~0.6 mm的颗粒污泥大量解体成为粒径小于0.6 mm的微小颗粒污泥, 与前面的几个运行阶段相比变化较大.在徐英博等的实验中, 颗粒污泥的粒径分布在高负荷下也表现出相同的变化, 分析其原因为大颗粒污泥中微生物较为丰富, 结构复杂, 生长优势明显, 而0.9~0.6 mm颗粒污泥较易受影响出现解体, 粒径减小.在其他较低盐度下, 颗粒污泥粒径分布变化可以保持在一个较小范围内. cl-浓度在0~7500 mg ·l-1变化时, 粒径大于2 mm的大颗粒污泥所占的质量分数始终在50%以上, 并且在cl-浓度调整到3500 mg ·l-1后, 粒径大于2 mm的大颗粒污泥所占的质量分数还有较低增幅, 可见颗粒污泥在这个等级的盐度负荷下适应良好.
图 3 厌氧颗粒污泥照片
表 2 厌氧颗粒污泥粒径分布(质量分数)/%
如图 4所示, 同等粒径范围内厌氧颗粒污泥的沉降速度受盐度影响不大, 粒径大于0.9 mm的颗粒污泥的沉降速度始终在60 m ·h-1以上, 除粒径大于2 mm的颗粒污泥外的其他粒径较小的颗粒污泥的沉降速度都有一定的提升.研究表明, 废水浮力随盐度增加而提升, 导致高含盐量的体系可以在系统中保留更为密实的颗粒污泥, 而大颗粒污泥内部容易营养不足引起细胞自溶形成空腔, 从而密度下降, 影响沉降速度.
图 4 颗粒污泥沉降速度的变化
2.4 盐度对微生物群落多样性的影响
为进一步分析盐度对厌氧颗粒污泥体系中微生物群落多样性的影响, 分别对cl-浓度为0和5000 mg ·l-1两个反应器运行阶段的厌氧颗粒污泥进行高通量测序和宏基因组分析, 表 3、4及图 5、6分别展示了2个阶段中古菌和细菌在门水平和属水平分类层面上的类群分布情况.
表 3 古菌门水平类群分布
表 4 细菌门水平类群分布
图 5 古菌属水平类群分布
图 6 细菌属水平类群分布
在盐度的影响下, 微生物群落的优势菌群变化很大. cl-浓度为0时, 古菌中的优势菌属是methanoregula与methanothrix, 分别占总数的50.01%与32.59%, 而当cl-浓度达到5000 mg ·l-1, 占据优势的菌属则是methanobacterium(57.5%), methanospirillum(21.9%)和methanothrix(13.91%). methanoregula属于广古菌门(β-euryarchaeota)jia烷微菌目(β-methanomicrobiales), 主要代谢底物是h2、co2. methanothrix之前曾用名是methanosaeta, 属于专性乙酸营养型产jia烷古菌, 有研究显示methanosaeta适于在高负荷下生长. methanobacterium属于广古菌门jia烷杆菌目(β-methanobacteriales), 可以利用h2、甲酸盐、甲醇等底物生产jia烷, methanospirillum属于广古菌门jia烷微菌目, 其主要代谢底物为甲酸. methanoregula, methanothrix, methanobacterium, methanospirillum等都是厌氧消化器中常见的产jia烷菌属.
在细菌群中, cl-浓度为0时的门水平上的主要菌群是β-chloroflexi(23.86%), β-proteobacteria(18.99%), β-bacteroidetes(11.27%), 当cl-浓度达到5000 mg ·l-1, 占据主体的菌群则变为β-bacteroidetes(29%), β-proteobacteria(23.17%)和β-firmicutes(18.06%).在属水平上没有特别优势的菌属, 在两个不同阶段优势最da的细菌分别是longilinea(7.49%)与paludibacter(7.69%). longilinea属于绿弯菌门(β-chloroflexi)的厌氧绳菌目(β-anaerolineales), 可代谢多种碳水化合物. paludibacter属于拟杆菌门(β-bacteroidetes)的紫单胞菌科(β-porphyromonadaceae), 能发酵多种单糖和二糖产丙酸、乙酸和少量丁suan.当cl-浓度为0时, 在细菌的测序分析中发现了古菌的β-euryarchaeota, 因为细菌与古菌的16s rdna基因序列有较高的同源性, 在对细菌测序分析时也有可能发现古菌, β-euryarchaeota在cl-浓度达到5000 mg ·l-1时在细菌的测序中不再占据优势, 表明盐度的增高影响了古菌的生长.具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 结论
(1) 在cod容积负荷为3.267kg ·(m3 ·d)-1的运行条件下, egsb反应器在cl-浓度小于7500 mg ·l-1时运行效果较好, 随着cl-浓度的提高, 反应器运行效果基本表现出波动后提升的变化.最终cl-浓度在7500 mg ·l-1时, 反应器的cod平均去除率在98.1%, 容积产气率能够基本稳定在1.3 m3 ·(m3 ·d)-1以上.在盐度驯化后, 适当提高盐度能够提高反应器的运行效果.
(2) 保持反应器cod容积负荷为3.267kg ·(m3 ·d)-1, 反应器中的厌氧颗粒污泥对于0~7500 mg ·l-1范围内的cl-浓度体现出良好的适应性, 大颗粒污泥在盐度提升的影响下仍然占据反应器颗粒污泥的主体, 而在cl-浓度短暂提升到10000 mg ·l-1的冲击下, 粒径较小的颗粒污泥容易受到影响, 出现解体现象.同等粒径范围内厌氧颗粒污泥的沉降性能在高盐废水的影响下有小幅度的提升, 并且大颗粒污泥的沉降速度保持在60 m ·h-1以上.
(3) 盐度影响了厌氧颗粒污泥中微生物的类群分布, 群落中优势菌群的变化很大.当cl-浓度由0增加到5000 mg ·l-1, 古菌群中的优势菌群由methanoregula(50.01%)和methanothrix(32.59%)变为methanobacterium(57.5%), methanospirillum(21.9%)和methanothrix(13.91%); 细菌群中, 原本数量较多的longilinea(7.49%)受盐度影响丰度降低, paludibacter(7.69%)成为占据优势的菌群.
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