晚期垃圾滲濾液MBR亞硝化系統(tǒng)中細(xì)菌及功能菌的多樣性

垃圾滲濾液具有高氨氮、成分復(fù)雜,并且含有毒性有機(jī)物和重金屬等[1-2]特點(diǎn).依據(jù)填埋時(shí)間的長(zhǎng)短,垃圾滲濾液分為早期、中期和晚期.晚期垃圾滲濾液為典型的高氨氮、低碳氮比污水,可生化性較差，其中含有的毒性有機(jī)物以及重金屬等物質(zhì)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的微生物多樣性造成影響[3-4].晚期垃圾滲濾液的這些水質(zhì)特點(diǎn)，使得利用微生物反應(yīng)器對(duì)其進(jìn)行脫氮處理成為難點(diǎn).

采用亞硝化與厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)組合技術(shù)脫氮已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用到高氨氮、低碳氮比污水的處理中.該組合工藝能夠?qū)崿F(xiàn)脫氮的關(guān)鍵是亞硝化的實(shí)現(xiàn)及穩(wěn)定運(yùn)行.氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)是世代周期較長(zhǎng)的自養(yǎng)菌[5],其快速富集則是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化的關(guān)鍵.采用膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor，MBR)工藝可快速實(shí)現(xiàn)亞硝化.

Xue等[6]在限氧條件下啟動(dòng)MBR的亞硝化處理模擬廢水,并考察了亞硝化影響因素.然而目前,針對(duì)晚期垃圾滲濾液的MBR亞硝化的研究較少[7],對(duì)其穩(wěn)定運(yùn)行情況下微生物多樣性分析的報(bào)道更為罕見(jiàn).而微生物在亞硝化過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,對(duì)系統(tǒng)中微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)的分析有助于深入了解亞硝化機(jī)理,從而為亞硝化的穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo).

分子生物學(xué)技術(shù)的深入發(fā)展，克服了傳統(tǒng)微生物技術(shù)培養(yǎng)周期長(zhǎng)、工作量大、無(wú)法分離未培養(yǎng)微生物等局限，而分子生物學(xué)技術(shù)在水處理方向的應(yīng)用，使對(duì)處理系統(tǒng)中微生物種類(lèi)和遺傳信息多樣性的研究進(jìn)入一個(gè)新的階段.

16SrDNA克隆文庫(kù)技術(shù)在無(wú)須對(duì)微生物進(jìn)行純種分離的情況下，可以通過(guò)提取樣品中微生物DNA或直接在原位對(duì)微生物進(jìn)行檢測(cè)分析[8].克隆文庫(kù)通過(guò)測(cè)定目標(biāo)序列并與已知序列進(jìn)行比對(duì)確定微生物的種屬，并根據(jù)文庫(kù)中克隆子出現(xiàn)頻率確定樣品中種群組成比例.

Shen等[9]考察了MBR運(yùn)行300d的亞硝化性能及其微生物群落變化.本實(shí)驗(yàn)擬在MBR中逐步實(shí)現(xiàn)晚期垃圾滲濾液原液的亞硝化,并結(jié)合克隆文庫(kù)技術(shù)對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行的MBR亞硝化系統(tǒng)中總細(xì)菌及功能菌AOB的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,以期為晚期垃圾滲濾液亞硝化系統(tǒng)中細(xì)菌菌群及功能菌的研究提供一定參考,并指導(dǎo)運(yùn)行.

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)裝置與樣品采集

實(shí)驗(yàn)采用膜生物反應(yīng)器,反應(yīng)器的有效容積為25L.內(nèi)置孔徑為0.1μm、面積為0.5m2的聚偏氟乙烯中空纖維膜.實(shí)驗(yàn)進(jìn)出水通過(guò)可編程邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)行控制,產(chǎn)水方式采用恒通量過(guò)濾間歇抽吸方式,膜通量為2.28L/(m2˙h),抽吸周期為10min(8min抽吸,2min停止).

膜組件下部設(shè)置曝氣裝置,采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量為40~160L/h.通過(guò)膜壓力(transmembrane pressure，TMP)判斷膜污染程度.反應(yīng)器安裝真空表(津制00000578型,天津)測(cè)量膜內(nèi)壓力.溫度控制在(30±1)℃,水力停留時(shí)間設(shè)置為22h.實(shí)驗(yàn)中采用的垃圾滲濾液為北京某垃圾填埋廠(chǎng)的滲濾液,填埋年限大于5a,為晚期滲濾液.具體水質(zhì)如表1所示.

表1垃圾滲濾液水質(zhì)情況

MBR反應(yīng)器在105d時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)晚期垃圾滲濾液原液的亞硝化并穩(wěn)定運(yùn)行,此時(shí)，系統(tǒng)出水NO2--N質(zhì)量濃度為866.14mg/L,NO2--N積累率為98.22%;在105~126d的平均出水NO2--N質(zhì)量濃度為871.25mg/L,平均NO2--N積累率為97.18%.具體運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖1所示，取穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)期(120d時(shí))的污泥進(jìn)行克隆文庫(kù)分析.

圖1MBR系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1DNA提取

取適量泥樣于1.5mLEp管中,12000r/min離心5min,棄上清液.用分析天平稱(chēng)取0.2~0.3g離心后泥樣于一支新的Ep管中,用于提取細(xì)菌DNA.采用Ezup柱式基因組DNA抽提試劑盒(上海生工)進(jìn)行DNA提取.DNA提取完成以后,用1.2%瓊脂糖凝膠跑膠驗(yàn)證是否提取成功.剩余的DNA置于-20℃保存.

延伸閱讀：

垃圾滲濾液處理工藝研究及應(yīng)用現(xiàn)狀淺析

垃圾滲濾液|滲瀝液處理技術(shù)的探討

垃圾滲濾液濃縮液處理現(xiàn)有技術(shù)分析

機(jī)械蒸發(fā)技術(shù)在處理垃圾滲濾液中的應(yīng)用和發(fā)展