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硫酸盐含量对废水中有机物生化降解的影响

作者:洛哈斯水处理 时间:2023-11-15 10:44:46 点击:

硫酸盐型高盐废水一方面因其盐度较高,具有较大的渗透压,易使微生物细胞脱水死亡或受到抑制,进而影响生化系统的代谢活性;另一方面,在厌氧时,废水中的SO42-在硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)的作用下产生HS-S2-H2S,硫化物具有较强生物毒性作用(尤其是呈分子态的硫化氢),极易抑制生化反应过程。因此,为更好地处理含硫酸盐废水,需明确硫酸盐含量对于生化系统的影响。本研究便从此点出发,拟设计不同组别的活性污泥有机物降解试验,重点研究硫酸盐含量对生化系统有机物降解及污泥生长的影响,并采用16SrRNA基因高通量测序方法,从活性污泥种群变化角度进行深入剖析,以期探明硫酸盐含量对于生化系统有机物降解过程及结果的影响,进而为此类废水的处理过程提供理论指导及借鉴。

1、材料与方法

1.1 实验材料

接种污泥:本研究选取富集培养后的市政污水厂消化污泥、安徽省某工业园区生化段污泥(该园区废水中含有较高含量的硫酸盐)进行不同浓度硫酸盐条件下的微生物降解试验。

试验药剂:硫酸钠Na2SO4:分析纯;氯化铵NH4Cl:分析纯;磷酸氢二钾K2HPO4:分析纯;葡萄糖C6H12O6:分析纯。以上药剂均购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 不同浓度硫酸盐模拟废水配制

使用硫酸钠配制不同浓度的硫酸盐模拟废水,其pH调节至7~8,初始COD约为250mg/L,废水C:N:P100:5:1

1.3 试验设计

如表1所示,使用市政消化污泥及含高浓度硫酸盐废水的工业园区生化段污泥进行不同组别的微生物降解试验,其中G6组为无曝气对照组。定期取样测定溶液pHMLSSCOD浓度。

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1.4 测试方法

pH使用PHS3C酸度计进行测试,SO42-使用水质硫酸盐的测定――铬酸钡分光光度法(HJ/T342-2007)进行测定,COD参照水质化学需氧量的测定――重铬酸盐法(HJ828-2017)进行测定,MLSS使用混合液污泥浓度的测定――重量法(CJ/T221-2005)进行测定。

1.5 样品

16SrRNA基因高通量测序本研究选择扩增区域为16SV3-V4,样本来源为试验结束后G1~G5中的污泥样品,使用Mag-BindSoilDNAKit提取试剂盒进行污泥样品的DNA提取。本次宏基因组测序采用两步法PCR扩增:第一轮扩增中利用Qubit3.0DNA检测试剂盒对基因组DNA精确定量;第二轮则引入Illumina桥式PCR兼容引物进行扩增。之后对PCR产物进行凝胶纯化,纯化后的产物16SrRNA基因测序。

2、结果与讨论

2.1 不同硫酸盐含量下溶液pH的变化

1为不同硫酸盐浓度下溶液pH的变化,由图可知,G1~G7组实验中溶液初始pH值均约为8,反应进行中7组试验溶液pH值基本稳定(略降至7.5,此pH条件仍为微生物生长代谢,适宜pH条件),表明好氧及厌氧条件下,微生物均可在较稳定的pH环境下生长,而不同硫酸盐浓度条件下微生物的代谢产物亦未对溶液pH产生显著影响。

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2.2 不同反应体系中COD浓度的变化

2为不同硫酸盐含量下反应体系COD浓度的变化,图中,在0d~2d时,G1~G5组(市政消化污泥接种)中COD的降解效率相近,2d后(再次添加碳源),五组反应体系的COD呈现递减规律,即随着硫酸盐含量的减小,COD的降解效果有所增强,表明较高含量的硫酸盐浓度对微生物代谢存在抑制作用。进一步分析可知,G6组为厌氧组,该组别COD降解效果较好氧组差,G7组接种污泥为含高浓度硫酸盐废水的工业园区生化段污泥,其对COD的去除效果与G1组相近,表明此种污泥较易驯化,在充足碳源条件下,普通活性污泥即可正常代谢,无需进行特效菌种筛选。

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2.3 不同反应体系中MLSS浓度的变化

3为不同硫酸盐浓度下反应体系MLSS浓度的变化,分析可知,G1~G5组中,0d~2d时,随着硫酸盐含量的降低,污泥浓度呈现逐渐增大趋势,硫酸盐含量较高的G1G2组中MLSS浓度受到明显抑制;但2d时后(再次添加碳源),G1G2组中污泥浓度快速增长,与G3~G5组中污泥浓度相差较少,表明反应初期,接种污泥进入适应期,不同硫酸盐浓度对其生长影响较大(本试验中,硫酸盐<4000mg/L时,其影响作用已较小),但随着反应的进行,微生物适应了新的生长环境后,其代谢活动与低硫酸盐条件下的代谢活性相近。厌氧条件下(G6组),微生物的生长与COD的降解相似,均低于好氧代谢条件。G7组与G1组相比,MLSS浓度更高,这主要是由于G7组接种污泥来自含高浓度硫酸盐废水的工业园区生化段,其对于硫酸盐的适应性更强造成的。

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2.4 不同硫酸盐浓度下微生物群落变化分析

4G1~G5组试验样品的微生物群落分析,分析可知,污泥样品中微生物群落种类与典型市政污泥群落相近,主要由变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)及浮霉菌门(Planctomycetes)构成。进一步分析可知,随着硫酸盐含量的降低,ProteobacteriaFirmicutes含量逐渐增大,G1组中期含量分别为35.12%5.17%,而G5组中的含量分别达到了56.04%17.31%。结合图2数据,可推测出高含量的硫酸盐对有机物降解的抑制作用主要是通过抑制ProteobacteriaFirmicutes菌群的生长引起的。G1Planctomycetes菌群含量明显高于其它组别(18.56%),较高含量硫酸盐促进了该菌群的生长,而有研究表明,该菌群具有较强的碳水化合物分解能力,因此可推测出G1组别Proteobacteria菌群的生长虽受抑制,但其可通过促进其它菌群的繁殖进而弥补有机物的降解速率,硫酸盐的存在改变了活性污泥有机物代谢的途径。此外,由于G1~G5组均在好氧条件下进行,因此未观测到常见的硫酸盐还原菌群――Desulfovibrio(脱硫弧菌)

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3、结论

3.1 不同硫酸盐浓度条件下微生物的代谢可正常进行,且其代谢产物亦未对溶液pH产生显著影响。

3.2 随着硫酸盐含量的减小,模拟废水COD的降解效果有所提升,表明较高含量硫酸盐对微生物代谢存在抑制作用,且硫酸盐含量对于污泥接种初期的微生物代谢影响更大。

3.3 高浓度硫酸盐主要通过抑制ProteobacteriaFirmicutes菌群的生长来影响生化系统的有机物去除效果,但硫酸盐也可通过促进Planctomycetes菌群的繁殖来进行有机物的降解,硫酸盐的存在改变了活性污泥有机物代谢的途径。(来源:安徽环境科技集团股份有限公司,广州赛宝认证中心服务有限公司)

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