A/O MBR处理生活污水效率与菌群多样性的关系
摘要：采用缺氧/好氧膜生物反应器(A/OMBR)工艺处理生活污水,试运行了5种不同的工况以确定最佳工艺参数,利用变性凝胶梯度电泳(DGGE)技术研究缺氧池和好氧池(MBR)中细菌群落结构,分析出水水质与细菌种群多样性的关系。结果表明A/OMBR在水力停留时间(HRT)为12h,污泥停留时间(SRT)为10d,硝化液回流比为300%,污泥回流比为100%的条件下,对COD、氨氮、总氮有稳定良好的去除,平均去除率分别为96.4%、99.1%、75.8%;系统运行过程中,缺氧池和好氧池中菌群结构发生较大变化,同一工况下两池菌群的相似性通常大于50%,但缺氧池菌群多样性随工况变换而波动较大,好氧池菌群多样性随运行时间而逐渐丰富;缺氧池菌群多样性指数与反硝化效率成正相关关系。
关键词：A/O MBR，菌群多样性，工艺优化，脱氮，DGGE
世界水资源日趋匮乏且时空分配不均衡，导致全球超过20亿人处于高度的用水紧张状态。我国的水资源形势也不容乐观。2008年全国水资源总量为27434亿m3，人均水资源拥有量仅为世界平均水平的1/4。在水资源不足的同时，生活和生产过程中所排放的污染物对水环境的污染也日趋严重。据文献，在我国204条河流的409个地表水国控监测断面中，IV类及以下水质的断面比例为40.1%，主要污染指标为高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮；在26个国控重点湖泊（水库）中，IV类及以下水质的湖泊占20个。
污水回用是缓解水资源缺乏的有效途径。通过污水处理工艺，把水中的污染物去除后重复利用水，不仅能减少污染物排放，还能节约自来水用量。近年来，已有研究结果表明，在分散型住宅小区的人口数量达到一定规模时，对小区生活污水予以集中处理和回用，比将污水远距离排入市政管网、经城市污水处理厂处理后再回用更为经济。我国已在住宅小区、城市污水处理厂成功开展了大量污水再生回用的实践。膜生物反应器（membranebioreactor,MBR）是常用的污水再生处理技术,其技术特点是:水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)完全分离；反应器容积负荷高，污泥浓度（MLSS）高，而剩余污泥量少；MBR的较长SRT有利于世代周期长的细菌（如硝化细菌）生长和积累。与传统活性污泥法相比，MBR的污泥颗粒更细，已有分子生态技术手段证明MBR有更高的菌群多样性，且细菌种群结构与进水的水质有关，当进水中含有较为丰富的可利用底物时，MBR中可以形成较多优势种群。目前，对于MBR处理效率与微生物多样性关系的研究尚不多，有研究认为硝化效率与氨氧化细菌的多样性有关系，但另一项研究表明污泥中的微型动物群落与氨氮去除率的关系不显著。
虽然MBR对有机物和氨氮可高效去除，但由于其单一好氧条件以及较低排泥量，往往不能有效地脱氮和除磷。因此，本研究将A/O脱氮工艺与MBR技术相结合，即在好氧的膜生物反应器前增加缺氧池，增加两池之间的硝化液回流系统，同时适当降低SRT和提高排泥量，以优化A/O MBR系统的综合处理效率。为了揭示系统中的菌群结构，采用变性凝胶梯度电泳（denaturing gradient gel electrophoresism,DGGE）技术,分析不同工况下缺氧池和好氧池(MBR)中污泥的菌种多样性和相似性。DGGE是一项简便快速的基因指纹技术，它根据不同序列的DNA双链在同一浓度的变性剂中部分解链程度不同，使碱基组成不同的DNA片段在凝胶上分离开，可直接观察到微生物群落的多态性。本研究旨在建立A/OMBR对生活污水处理效率与菌群多样性的关系。
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