3微生物菌群多樣性

本研究取階段Ⅲ末期的泥樣進(jìn)行高通量檢測，通過對連續(xù)流系統(tǒng)中的樣品進(jìn)行MiSeq測序，得到一共159452條有效序列（tag），序列一致性閾值為97%時得到了1412個OTUs，與He等的研究結(jié)果一致，說明樣品中微生物種群結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高。此外，用Chao1值表征該樣品的物種豐富度，用Shannon值表示該樣品的多樣性程度。本樣品的Chao1值為1412，Shannon值為8.2，顯著高于其他研究中的數(shù)值，可得出結(jié)論缺氧/好氧交替連續(xù)流系統(tǒng)有著較高的微生物多樣性，其微生物群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較高。

接著將樣品中得到的有效基因分為若干不同的種群（從門級到屬級逐一分類），本研究中重點(diǎn)研究了相對豐度大于0.5%的細(xì)菌群落。其中豐度最高的門為變形菌門（Proteobacteria，49%）。變形菌門為污水處理中最為常見的門。而變形菌門中豐富度最高的微生物是β-Proteobacteria（相對豐度26%）、α-Proteobacteria（相對豐度12%）、δ-Proteobacteria（相對豐度5.5%）和γ-Proteobacteria（相對豐度5.8%）。第二優(yōu)勢菌門為擬桿菌門Bacteroidetes，為反硝化產(chǎn)堿菌，屬化能有機(jī)營養(yǎng)型，能夠降解某些復(fù)雜的固體有機(jī)物（纖維素、脂類和蛋白質(zhì)等），還存在部分固氮菌屬，能起到脫氮的作用。

分別將所得的微生物種群在科級和屬級歸類為不同的微生物功能菌群，分析了連續(xù)流脫氮除磷系統(tǒng)的微生物群落結(jié)構(gòu)。分類結(jié)果如表6所示，功能菌群有氨化細(xì)菌、氨氧化菌（AOB）、亞硝酸鹽氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNB）、異養(yǎng)硝化~好氧反硝化細(xì)菌（HN-AD）、聚磷菌（PAOs）和聚糖菌（GAOs）。

表6科級和屬級的脫氮除磷相關(guān)關(guān)鍵功能菌群

結(jié)合功能菌群的分類結(jié)果，建立缺氧/好氧交替連續(xù)流系統(tǒng)對實際城鎮(zhèn)生活污水的污染物去除模型如圖7，首先生活污水中的復(fù)雜有機(jī)物首先通過Ferribacteriu屬和Ferruginibacter屬水解為VFA.污水中的氮分為有機(jī)氮和無機(jī)氮，污水中的有機(jī)氮通過Bdellovibrio屬和OM27_clade屬的氨化作用分解含氮有機(jī)化合物釋放NH4+-N，這些細(xì)菌具有循環(huán)利用有機(jī)氮的作用，其中OM27_clade屬隸屬于球孢菌科（Bdellovibrionaceae）的OM27進(jìn)化枝成員，是未經(jīng)培養(yǎng)的微生物群。污水中的NH4+-N通過Zoogloea屬及Nitrosomonas屬硝化成NO2--N，其由Comamonadaceae科、Zoogloea屬和Rhizomicrobium屬進(jìn)一步硝化成NO3--N，同時還有全程硝化細(xì)菌Nitrospira屬同時擁有氨氧化功能和亞硝酸氧化功能，將NH4+-N硝化成硝氮。緊接著污水中NO3--N反硝化成為N2，在顆粒污泥中發(fā)現(xiàn)了幾種反硝化細(xì)菌，第一種是利用VFA進(jìn)行反硝化的細(xì)菌，有以VFA中的乙酸為碳源進(jìn)行反硝化的Halomonas屬和Comamonas屬、也有利用其它VFA進(jìn)行反硝化的Zoogloea屬、SM1A02屬、Lautropia屬、Haliangium屬和Flavobacterium屬，第二種是自養(yǎng)反硝化細(xì)菌，有利用硫基進(jìn)行自養(yǎng)反硝化的Thiothrix屬和Sulfuritalea屬，也有利用鐵進(jìn)行自養(yǎng)反硝化的Ferruginibacter屬，第三種是直接利用污水中復(fù)雜有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化的Denitratisoma屬。可見，由于實際生活污水中的有機(jī)碳大部分以復(fù)雜化合物（如蛋白質(zhì)，脂類和多糖）的形式存在，所以在連續(xù)流系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了多種利用不同碳源的反硝化細(xì)菌，促進(jìn)了生活污水中各種碳源的利用。

圖7缺氧/好氧交替連續(xù)流系統(tǒng)對實際城鎮(zhèn)生活污水的污染物去除模型

此外，3種與除磷相關(guān)的主要功能菌：Saprospiraceae科、Flavobacteriaceae科和Halomonas科在厭氧狀態(tài)下攝取水中VFA將其轉(zhuǎn)化為PHA儲存在胞內(nèi)，釋放PO4+-P，好氧狀態(tài)下將PO4+-P過量攝取并轉(zhuǎn)化為Poly-P的形式儲存在胞內(nèi)。綜上，在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了與脫氮除磷相關(guān)的11種主要功能細(xì)菌，所以在此缺氧/好氧交替連續(xù)流系統(tǒng)中微生物種群和群落結(jié)構(gòu)的多樣性使得連續(xù)流反應(yīng)器有著較好的同步脫氮除磷性能。

4結(jié)論

本研究表明，以實際生活污水為進(jìn)水基質(zhì)的連續(xù)流系統(tǒng)，以空間上形成缺氧/好氧環(huán)境的間歇運(yùn)行方式運(yùn)行有著較好的脫氮除磷性能，較小的曝氣強(qiáng)度（0.6mL·min-1）和適當(dāng)?shù)乃νＡ魰r間（9h）條件下更有利于污染物的去除，進(jìn)水COD、TN和TP平均濃度分別為247.7、45.3和3.13mg·L-1，平均去除率分別為90.39%、83.6%和80.43%.整個系統(tǒng)在此條件下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，好氧顆粒污泥形態(tài)完整，沉降性能良好。采用EEM-PARAFAC模型對不同階段的EPS進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明縮短HRT將使可生物降解的蛋白質(zhì)水解為小分子或是出現(xiàn)了細(xì)胞的裂解，但又由于生物量的增長，所以表明淘洗掉了世代周期較長的細(xì)菌或活性受到了抑制，水力停留時間相對于曝氣強(qiáng)度對連續(xù)流系統(tǒng)有更大的影響。并在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了與脫氮除磷相關(guān)的11種主要功能菌。

HRT和DO、曝氣強(qiáng)度、水力停留對好氧顆粒污泥連續(xù)流系統(tǒng)的影響（一）

HRT和DO、曝氣強(qiáng)度、水力停留對好氧顆粒污泥連續(xù)流系統(tǒng)的影響（二）

HRT和DO、曝氣強(qiáng)度、水力停留對好氧顆粒污泥連續(xù)流系統(tǒng)的影響（三）

HRT和DO、曝氣強(qiáng)度、水力停留對好氧顆粒污泥連續(xù)流系統(tǒng)的影響（四）