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    硫酸鹽含量對廢水中有機物生化降解的影響

    發(fā)布時(shí)間:2023-11-1 15:19:08  中國污水處理工程網(wǎng)

    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,易使微生物細胞脫水死亡或受到抑制,進(jìn)而影響生化系統的代謝活性;另一方面,在厭氧時(shí),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-H2S,硫化物具有較強生物毒性作用(尤其是呈分子態(tài)的硫化氫),極易抑制生化反應過(guò)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的影響。本研究便從此點(diǎn)出發(fā),擬設計不同組別的活性污泥有機物降解試驗,重點(diǎn)研究硫酸鹽含量對生化系統有機物降解及污泥生長(cháng)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有機物降解過(guò)程及結果的影響,進(jìn)而為此類(lèi)廢水的處理過(guò)程提供理論指導及借鑒。

    1、材料與方法

    1.1 實(shí)驗材料

    接種污泥:本研究選取富集培養后的市政污水廠(chǎng)消化污泥、安徽省某工業(yè)園區生化段污泥(該園區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。

    試驗藥劑: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調節至7~8,初始COD約為250mg/L,廢水C:N:P100:5:1。

    1.3 試驗設計

    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)園區生化段污泥進(jìn)行不同組別的微生物降解試驗,其中G6組為無(wú)曝氣對照組。定期取樣測定溶液pH、MLSSCOD濃度。

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    1.4 測試方法

    pH使用PHS3C酸度計進(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增區域為16SV3-V4,樣本來(lái)源為試驗結束后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擴增:第一輪擴增中利用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、結果與討論

    2.1 不同硫酸鹽含量下溶液pH的變化

    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)驗中溶液初始pH值均約為8,反應進(jìn)行中7組試驗溶液pH值基本穩定(略降至7.5,此pH條件仍為微生物生長(cháng)代謝,適宜pH條件),表明好氧及厭氧條件下,微生物均可在較穩定的pH環(huán)境下生長(cháng),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(zhù)影響。

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    2.2 不同反應體系中COD濃度的變化

    2為不同硫酸鹽含量下反應體系COD濃度的變化,圖中,在0d~2d時(shí),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),五組反應體系的COD呈現遞減規律,即隨著(zhù)硫酸鹽含量的減小,COD的降解效果有所增強,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(wú)需進(jìn)行特效菌種篩選。

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    2.3 不同反應體系中MLSS濃度的變化

    3為不同硫酸鹽濃度下反應體系MLSS濃度的變化,分析可知,G1~G5組中,0d~2d時(shí),隨著(zhù)硫酸鹽含量的降低,污泥濃度呈現逐漸增大趨勢,硫酸鹽含量較高的G1、G2組中MLSS濃度受到明顯抑制;但2d時(shí)后(再次添加碳源),G1、G2組中污泥濃度快速增長(cháng),與G3~G5組中污泥濃度相差較少,表明反應初期,接種污泥進(jìn)入適應期,不同硫酸鹽濃度對其生長(cháng)影響較大(本試驗中,硫酸鹽<4000mg/L時(shí),其影響作用已較。,但隨著(zhù)反應的進(jìn)行,微生物適應了新的生長(cháng)環(huán)境后,其代謝活動(dòng)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(cháng)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(lái)自含高濃度硫酸鹽廢水的工業(yè)園區生化段,其對于硫酸鹽的適應性更強造成的。

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    2.4 不同硫酸鹽濃度下微生物群落變化分析

    4G1~G5組試驗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(lèi)與典型市政污泥群落相近,主要由變形菌門(mén)(Proteobacteria)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)及浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)構成。進(jìn)一步分析可知,隨著(zhù)硫酸鹽含量的降低,ProteobacteriaFirmicutes含量逐漸增大,G1組中期含量分別為35.12%5.17%,而G5組中的含量分別達到了56.04%17.31%。結合圖2數據,可推測出高含量的硫酸鹽對有機物降解的抑制作用主要是通過(guò)抑制ProteobacteriaFirmicutes菌群的生長(cháng)引起的。G1Planctomycetes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(cháng),而有研究表明,該菌群具有較強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(cháng)雖受抑制,但其可通過(guò)促進(jìn)其它菌群的繁殖進(jìn)而彌補有機物的降解速率,硫酸鹽的存在改變了活性污泥有機物代謝的途徑。此外,由于G1~G5組均在好氧條件下進(jìn)行,因此未觀(guān)測到常見(jiàn)的硫酸鹽還原菌群——Desulfovibrio(脫硫弧菌)。

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    3、結論

    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(zhù)影響。

    3.2 隨著(zhù)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(guò)抑制ProteobacteriaFirmicutes菌群的生長(cháng)來(lái)影響生化系統的有機物去除效果,但硫酸鹽也可通過(guò)促進(jìn)Planctomycetes菌群的繁殖來(lái)進(jìn)行有機物的降解,硫酸鹽的存在改變了活性污泥有機物代謝的途徑。(來(lái)源:安徽環(huán)境科技集團股份有限公司,廣州賽寶認證中心服務(wù)有限公司)

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