精制結(jié)晶氯化鋁生產(chǎn)廠家干旱寒冷地區(qū)氧化溝工藝活性污泥的菌群結(jié)構(gòu)

　　精制結(jié)晶氯化鋁廠家干旱寒冷地區(qū)氧化溝工藝活性污泥的菌群結(jié)構(gòu)研究背景：活性污泥法是目前應(yīng)用最廣泛的污水生物處理技術(shù)，主要依靠活性污泥中微生物將污水中的污染物降解，達(dá)到凈化污水的目的。活性污泥的菌群結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)污染物的去除和污水廠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。近年來(lái)，高通量測(cè)序技術(shù)得到快速發(fā)展，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于城市污水廠活性污泥中菌群結(jié)構(gòu)的研究，并在非干旱寒冷地區(qū)活性污泥菌群結(jié)構(gòu)中取得了大量的研究成果。但對(duì)干旱寒冷地區(qū)活性污泥菌群結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道比較少。

　　摘 要

　　為了探討新疆干旱寒冷地區(qū)城市污水廠活性污泥的菌群結(jié)構(gòu)特征，采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)北疆5座城市污水廠活性污泥進(jìn)行菌群分析。結(jié)果表明：5座污水廠基本可以達(dá)到各自的設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，其中3座污水廠運(yùn)行中出現(xiàn)了污泥絲狀膨脹。變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和綠彎菌門(Chloroflexi)是活性污泥的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門，相對(duì)豐度分別為30.65%~43.12%、21.15%~33.64%和5.02%~14.36%。放線菌門(Actinobacteria)在沉降性能良好的污泥中相對(duì)豐度為2.97%~6.17%，而在絲狀膨脹污泥中相對(duì)豐度達(dá)到11.69%~15.64%。季節(jié)性膨脹污泥中微絲菌屬(Microthrix)和黃桿菌屬(Flavobacterium)相對(duì)豐度呈現(xiàn)出季節(jié)性變化，常年膨脹的污泥中腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬，相對(duì)豐度達(dá)到17.48%~18.30%。子囊菌門(Ascomycota)是絲狀污泥膨脹中的優(yōu)勢(shì)真菌門，相對(duì)豐度達(dá)到56.60%~72.68%。研究結(jié)果可對(duì)干旱寒冷地區(qū)污水廠運(yùn)行調(diào)控提供參考。

　　污水處理廠效果

　　活性污泥樣品分別取自阿勒泰市某污水廠(ALT)、克拉瑪依市某污水廠(KLMY)、石河子市某污水廠(SHZ)、昌吉市某污水廠(CJ)和烏魯木齊市某污水廠(WLMQ)。5座污水廠的進(jìn)、出水水質(zhì)情況如表1。可知，5座污水廠的進(jìn)水水質(zhì)中污染物濃度高于山東、廣東等城市污水廠的平均進(jìn)水水質(zhì)。

　　表1 污水廠水質(zhì)處理效果

　　細(xì)菌菌群分析

　　細(xì)菌多樣性

　　細(xì)菌是活性污泥凈化污水的主要承擔(dān)者。32個(gè)污泥樣品的細(xì)菌群落多樣性如表2所示。

　　表2 細(xì)菌群落多樣性

　　OTU分布Venn圖

　　Venn圖能用來(lái)統(tǒng)計(jì)污水廠中共有的和獨(dú)有的OTU數(shù)目，較為直觀的反應(yīng)出活性污泥樣品的OTU數(shù)目組成相似性及重疊情況。32個(gè)活性污泥樣品在OTU水平上的韋恩圖如圖1所示。

　　圖1 活性污泥樣本Venn圖分析

　　細(xì)菌門水平群落結(jié)構(gòu)

　　活性污泥細(xì)菌測(cè)序共獲得43個(gè)細(xì)菌門。對(duì)相對(duì)豐度從大到小排序前10的細(xì)菌門進(jìn)行分析, 如圖2所示，相對(duì)豐度之和占細(xì)菌群落總豐度的96.21%~98.80%。變形菌門(Proteobacteria)的相對(duì)豐度為30.65%~43.12%，是活性污泥中相對(duì)豐度最高的細(xì)菌門。其次為擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、放線菌門(Actinobacteria)，厚壁菌門(Firmicutes)和浮霉菌門(Planctomycetes)。與廣州、浙江等非干旱寒冷地區(qū)的污水廠活性污泥的主要優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門種類基本一致。研究表明放線菌門(Actinobacteria)相對(duì)豐度較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致污泥膨脹。

　　圖2 細(xì)菌群落門水平上相對(duì)豐度

　　細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)

　　活性污泥細(xì)菌測(cè)序共檢測(cè)出838個(gè)細(xì)菌屬。對(duì)相對(duì)豐度從大到小排序前50的細(xì)菌屬進(jìn)行分析，如圖3所示，相對(duì)豐度之和占細(xì)菌群落總豐度的58.94%~68.44%。腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)、叢毛單胞菌屬(Comamonadaceae_unclassified)、微絲菌屬(Microthrix)、黃桿菌屬(Flavobacterium)和厭氧繩菌屬(Anaerolineaceae_norank)是污泥樣品中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬。研究發(fā)現(xiàn)，腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)是活性污泥中一種較為常見(jiàn)的細(xì)菌屬，在水溫較低時(shí)大量增殖，能夠?qū)е挛勰嗯蛎洝Ｎ⒔z菌屬(Microthrix)和黃桿菌屬(Flavobacterium)均為易引起污泥膨脹最常見(jiàn)的絲狀菌。季節(jié)性絲狀污泥膨脹WLMQ活性污泥中，微絲菌屬(Microthrix)和黃桿菌屬(Flavobacterium)相對(duì)豐度出現(xiàn)季節(jié)性變化。厭氧繩菌屬(Anaerolineaceae_norank)有利于提高污泥沉降性能。據(jù)報(bào)道Dechloromonas動(dòng)膠菌屬(Zoogloea)、Turneriella、Prosthecobacter、Nannocystis等為廣州、浙江等城市的污水處理廠活性污泥中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬，與干旱寒冷地區(qū)污水廠活性污泥的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬種類不同。

　　圖3 細(xì)菌群落屬水平相對(duì)豐度

　　真菌菌群分析

　　真菌群落多樣性

　　真菌在污水處理系統(tǒng)中能夠降解多種化合物和有毒物質(zhì)，在污水生物處理中起著至關(guān)重要的作用。對(duì)出現(xiàn)絲狀污泥膨脹的3座污水廠12個(gè)污泥樣品進(jìn)行了真菌測(cè)序，測(cè)序結(jié)果如表3所示。

　　表3 真菌多樣性

　　真菌門水平群落結(jié)構(gòu)

　　活性污泥樣品中共檢測(cè)出38個(gè)真菌門，如圖4所示，其相對(duì)豐度之和占活性污泥真菌群落總豐度的99.76%~99.87%。子囊菌門(Ascomycota)的是活性污泥中相對(duì)豐度最高的真菌門，相對(duì)豐度達(dá)到56.60%~72.68%。其次為擔(dān)子菌門(Basidiomycota)。目前對(duì)于污水廠膨脹污泥中真菌群落研究比較少，已報(bào)道的多為沉降性能正常活性污泥中真菌群落研究。研究發(fā)現(xiàn)，子囊菌門(Ascomycota)和擔(dān)子菌門(Basidiomycota)也是非干旱寒冷地區(qū)沉降性能良好污水廠的污泥中優(yōu)勢(shì)真菌門，且子囊菌門(Ascomycota)是活性污泥中絕對(duì)優(yōu)勢(shì)真菌門。

　　圖4 真菌群落門水平上相對(duì)豐度

　　真菌屬水平群落結(jié)構(gòu)

　　污泥樣品共得到122個(gè)真菌屬，對(duì)相對(duì)豐度從大到小排序前10的真菌屬進(jìn)行分析，如圖5所示，相對(duì)豐度之和占活性污泥真菌群落總豐度的75.03%~90.46%。子囊菌屬(Ascomycota_norank)、絲孢菌屬(Trichosporon)、酵母菌屬(Saccharomycetales_unclassified)、耐堿酵母菌(Galactomyces)、德巴利氏酵母菌屬(Debaryomyces)和發(fā)菌屬(Trichocomaceae_unclassified)是活性污泥中的優(yōu)勢(shì)真菌屬。有研究表明，絲孢菌屬(Trichosporon)過(guò)多不利于污泥沉降。據(jù)報(bào)道青霉菌(Penicillium)、隱球菌屬(Cryptococcus)、念珠菌屬(Candida)、紅酵母屬(Rhodotorula)等為上海、山西、青海等城市的沉降性能正常污水處理廠活性污泥中的優(yōu)勢(shì)真菌屬，與干旱寒冷地區(qū)膨脹污泥優(yōu)勢(shì)真菌屬種類不同。

　　圖5 真菌群落屬水平上相對(duì)豐度

　　重要結(jié)論

　　1)5座污水處理廠基本可以達(dá)到各自的設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，其中3座污水處理廠運(yùn)行中出現(xiàn)了污泥絲狀膨脹。

　　2)變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和綠彎菌門(Chloroflexi)是活性污泥的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門，放線菌門(Actinobacteria)在沉降性能良好的污泥中相對(duì)豐度為2.97%~6.17%，在絲狀污泥膨脹中相對(duì)豐度達(dá)到11.69%~15.64%。季節(jié)性膨脹污泥中微絲菌(Microthrix)和黃桿菌(Flavobacterium)相對(duì)豐度呈現(xiàn)出季節(jié)性變化，常年膨脹的污泥中腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬，相對(duì)豐度達(dá)到17.48%~18.30%。

　　3)絲狀膨脹污泥中子囊菌門(Ascomycota)是優(yōu)勢(shì)真菌門，相對(duì)豐度為56.60%~72.68%。子囊菌屬(Ascomycota_norank)和絲孢菌屬(Trichosporon)是優(yōu)勢(shì)真菌屬，相對(duì)豐度為8.85%~35.74%和13.38%~20.15%。

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