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引言 高浓度有机废水的处理多采用厌氧技术，但

2013-07-24 01:05

引言
　　
　　高浓度有机废水的处理多采用厌氧技术，但是当废水中含有高浓度硫酸盐时，会给废水处理带来很大困难，即由于硫酸盐还原过程的介入，使厌氧降解过程出现了产甲烷菌(MPB)与硫酸盐还原菌(SRB)之间对底物的竞争以及硫酸盐还原产物对MPB 和SRB 毒性抑制等问题[1]。基于此，应用两相厌氧工艺中的产酸相对硫酸盐进行预去除的策略得到广泛认同。
　　碳硫比、硫氮比、硫酸盐负荷、水力停留时间和碳源种类等环境因子都能够影响产酸硫酸盐还原效率，国内外学者对这些生态因子在硫酸盐还原过程中的作用也进行了较为深入的探讨[2,3]。然而，碱度作为直接影响系统pH，从而保持系统稳定性的关键环境生态因子，却很少有研究报道。在硫酸盐还原过程中，碱度可以及时缓冲产酸菌产生的挥发酸(VFA)，并降低CO2 的产生和溶解对pH 值的影响，维持体系所需pH 值。硫酸盐还原体系中与酸碱平衡有关的共轭酸碱对主要有：H2CO3/HCO3-，HCO3-/CO32-，H2S/HS-，HS-/S2-，HAc/Ac-等。随着反应体系pH 值的不同，这些共轭酸碱对在各种形态间的分布也会发生变化[4]。
　　本研究应用厌氧折流板反应器(ABR)，探讨调节进水碱度过程中，硫酸盐还原效率的变化情况，同时应用分子生物学方法解析微生物群落对碱度变化的响应，研究结果可为SRB生态学理论提供有益补充，也可为硫酸盐废水处理工艺的改进和革新提供参考。
　　
　　1 材料与方法
　　
　　1.1 试验设计
　　试验采用厌氧折流板反应器，装置分为五个格室，总体积24 L，有效容积21 L。模拟废水成分中COD 为4000 mg/L(乳酸和/或乙酸)，SO42-为2000 mg/L，另加少量(NH4)2HPO4以补充氮磷，pH 7.0~7.5，水力停留时间(HRT) 24 h，运行温度35±1℃。根据进水碱度不同，试验分为五个阶段，第一阶段为反应器启动阶段，不调节进水碱度，进水碱度约为500 mg/L，历时46 d；第二阶段进水碱度通过投加NaHCO3 调节至1000 mg/L 左右，历时32 d；第三个阶段为从第79 d 至124 d，将进水碱度提升到2000 mg/L；第四阶段是从第125 d 至135 d，又将碱度降到1000 mg/L；最后一阶段是从第136 d 开始，将碱度提高至2000 mg/L。反应器运行过程中，根据文献[4]的方法，对进出水中的VFA、硫酸盐浓度、碱度和pH 值、硫化物浓度及氧化还原电位(ORP)进行检测。

　　
　　1.2 微生物群落分析
　　定期于反应器第3 格室中部吸取活性污泥，采用土壤DNA 提取试剂盒(Mobio，USA)提取微生物总DNA 。PCR 扩增采用细菌16S rRNA 基因通用引物BA341F(5’-CCTACGGGAGGCAGCAG-3’) 和BA534R (5’-ATTACCGCGGCTGCTGG -3’)， 引物BA534R 5’端带有40 bp GC 夹，根据文献[5]对PCR 产物进行DGGE 分析。
　　DGGE 图谱数字化后，对DGGE 图谱中各泳道微生物进行Shannon-Weiner 多样性指数(H′)分析，H′通过公式H′=?ΣPi lnPi 计算，其中Pi 是泳道中条带的相对信号强度；采用SPSS软件(SPSS Inc.，Chicago IL)以Ward’s 方法对各泳道群落进行聚类分析，并与反应器运行状态相结合，解析群落变化与反应器功能的关系。
　　DGGE 图中条带按文献[5]方法回收并克隆测序。序列通过RDP中的Seq Match 程序进行分类，然后以Blast 在线工具检索最相近序列。
　　
　　2 结果与讨论
　　
　　2.1 碱度变化对硫酸盐去除效率的影响
　　试验中的碱度主要为NaHCO3 碱度，可缓冲体系pH 值的变化，从而维持体系相对稳定，并为功能微生物提供良好的生存环境，提高硫酸盐去除率。从可见，在ABR 运行的第一阶段，进水中未加NaHCO3 调节碱度，进水碱度很低的情况下，出水pH 为6.5 左右，但波动很大。由文献[2]可知，当系统内pH 维持在6.0 左右时，反应体系主要是Ac-(挥发酸，以Ac-表示)碱度，体系对于酸的缓冲能力减弱，反应器呈现酸化的趋势。