ABR反應(yīng)器處理苯胺黑藥廢水及其微生物種群結(jié)構(gòu)

楊梓亨, 宋衛(wèi)鋒, 程亞杰, 李海宇, 簡靜儀

廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東 廣州 510006

ABR反應(yīng)器處理苯胺黑藥廢水及其微生物種群結(jié)構(gòu)

楊梓亨, 宋衛(wèi)鋒*, 程亞杰, 李海宇, 簡靜儀

廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東 廣州 510006

苯胺黑藥廣泛用作鉛鋅硫化礦浮選捕收劑，是一種難生化降解浮選藥劑. 為考察苯胺黑藥的厭氧降解行為，采用ABR(厭氧序批式折流板反應(yīng)器)對(duì)苯胺黑藥進(jìn)行處理，利用掃描電鏡研究不同隔室中顆粒污泥的性狀，并采用Miseq高通量測(cè)序的方法分析起主要作用的隔室中的微生物群落組成. 結(jié)果表明，在進(jìn)水ρ(苯胺黑藥)和ρ(CODCr)有一定波動(dòng)情況下，苯胺黑藥和CODCr去除率在各階段均呈增加趨勢(shì). 100 d成功啟動(dòng)后運(yùn)行穩(wěn)定；HRT(水力停留時(shí)間)為24 h時(shí)，苯胺黑藥和CODCr去除率分別為67%～71%和68%～73%. 反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)大量顆粒污泥，沿水流方向顆粒污泥粒徑分布逐漸減小，顆粒污泥規(guī)則、密實(shí)，不會(huì)流失. Miseq高通量測(cè)序結(jié)果表明，反應(yīng)器第1格和第2格中綠彎菌門菌群所占比例(分別為24.73%和33.60%)最大，其次是厚壁菌門(分別為24.17%和20.92%)和變形菌門(分別為18.93%和20.88%)；在屬的水平檢測(cè)到Caldisericum、Leptolinea、Leuconostoc和Bacillus等，使得反應(yīng)器具有較好的耐沖擊負(fù)荷和良好的降解作用. 研究表明，ABR對(duì)苯胺黑藥有良好的去除作用.

ABR反應(yīng)器； 苯胺黑藥； 顆粒污泥； Miseq高通量測(cè)序

ABR(厭氧序批式折流板反應(yīng)器)是一種高效厭氧處理工藝，在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊. 該工藝使用一系列垂直放置的折流板使反應(yīng)器分隔成多個(gè)連續(xù)的隔室，水流速度較慢，通過折流板的阻擋及污泥自身的沉降作用，使活性污泥顆粒被有效地截流在反應(yīng)器內(nèi)，從而明顯提高了反應(yīng)器的處理效率[1- 2]. ABR有利于產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段在不同的隔室內(nèi)進(jìn)行，減緩了高負(fù)荷條件下低pH對(duì)甲烷菌的抑制作用，在不同隔室形成性能穩(wěn)定的微生物群落，使反應(yīng)器具有抗沖擊負(fù)荷的能力[3]. ABR較好地實(shí)現(xiàn)了SMPA(分相多階段)的工藝思想，具有優(yōu)異的去除有機(jī)污染物的能力. 目前對(duì)ABR中微生物種群的研究主要集中在不同種類的甲烷菌上，而對(duì)酸化過程中起關(guān)鍵作用的其他種類的微生物在不同格室中的分布情況則研究較少.

苯胺黑藥(二苯胺基二硫代磷酸鹽)被廣泛用作鉛鋅硫化礦浮選過程的捕收劑，是選礦廢水中的主要污染物. 作為礦區(qū)水體環(huán)境優(yōu)先控制污染物，苯胺類化合物對(duì)生物具有一定的毒性，是一種難生化降解浮選藥劑，直接外排對(duì)自然環(huán)境有很大危害，在工業(yè)排水中被嚴(yán)格控制[4- 6]. 目前對(duì)苯胺黑藥的降解研究主要集中在物理化學(xué)法(如混凝法、酸堿中和法、化學(xué)氧化法、電化學(xué)催化法[7- 9])，對(duì)其厭氧降解研究甚少，只是初步研究其厭氧降解的機(jī)理，并未深入. 相較于好氧生物處理，厭氧生物法由于能耗低和產(chǎn)泥少等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，應(yīng)用ABR處理苯胺黑藥廢水有現(xiàn)實(shí)必要性.

該研究采用由4個(gè)隔室串聯(lián)組成的容量為17.5 L 的厭氧折流板反應(yīng)器處理苯胺黑藥廢水，著重考察了ABR工藝處理廢水中苯胺黑藥的效果，研究了不同隔室中顆粒污泥的性狀，分析了起主要作用的隔室的微生物群落組成，得到苯胺黑藥的厭氧降解的最佳條件，以期為有色金屬金屬選礦廢水的處理提供新的方法和途徑.

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

注：1—調(diào)節(jié)池；2—水泵；3—沼氣收集管；4—ABR；5—沉淀池；6—排水閥.圖1 ABR試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic diagram of the ABR experimental equipment

試驗(yàn)裝置如圖1所示，反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，有效容積17.5 L，由4個(gè)隔室組成，上下流室寬度比為5∶1. 沉淀池有效容積為1.55 L，上清液外排. 在反應(yīng)器啟動(dòng)初期投加活性炭促進(jìn)顆粒污泥的形成[10].1.2試驗(yàn)用水和運(yùn)行方案

試驗(yàn)用水為人工配制的模擬廢水，ρ(CODCr)及ρ(苯胺黑藥)的選取以實(shí)際礦山企業(yè)長期循環(huán)使用的選礦廢水水質(zhì)為依據(jù).ρ(CODCr)在450～600 mg/L之間，苯胺作捕收劑時(shí)，累積濃度約為200～300 mg/L.ρ(苯胺黑藥)從25 mg/L分階段逐步增至250 mg/L，按進(jìn)水ρ(CODCr)的要求增減葡萄糖的添加量. 加入NH4Cl 和KH2PO4調(diào)節(jié)CODCr∶N∶P(質(zhì)量比)為200∶5∶1，最后按1 mL/L的量添加微生物生長所需的Ca、Mg、Fe、Co、Ni、Zn、B等微量元素，以保證微生物細(xì)胞合成的需要. 此外，配水時(shí)投加一定量的NaHCO3保證反應(yīng)器內(nèi)的緩沖能力.

ABR反應(yīng)器接種污泥取自廣州瀝滘污水廠的厭氧池，啟動(dòng)初期投加粒徑為0.2～0.4 mm的活性炭促進(jìn)顆粒污泥的形成，投加量為3 g/L. 待反應(yīng)器出水苯胺黑藥去除率達(dá)到50%以上時(shí)，提高進(jìn)水ρ(苯胺黑藥)，HRT為24 h，反應(yīng)器溫度通過加熱棒控制在33～35 ℃.

定期(2～3 d)取樣測(cè)定反應(yīng)器進(jìn)水、出水的ρ(CODCr) 和ρ(苯胺黑藥). 所有的水樣均過濾后再進(jìn)行分析. 反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，取污泥樣品進(jìn)行微生物種群結(jié)構(gòu)解析.

1.3分析方法

通過瑞利UV- 2100紫外/可見分光光度計(jì)對(duì)苯胺黑藥進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)苯胺黑藥在λ=230 nm處有特征吸收峰. 配制苯胺黑藥標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，在λ=230 nm 處依次測(cè)定吸光度，得到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(y=19.06x-4.418，R2=0.998)，通過水樣的吸光度值和標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計(jì)算ρ(苯胺黑藥)，然后計(jì)算苯胺黑藥降解率[11].ρ(CODCr)采用標(biāo)準(zhǔn)方法[12]進(jìn)行測(cè)定.

顆粒污泥粒徑采用濕式篩分析法測(cè)定，通過日立S- 3400N(Ⅱ)掃描電鏡觀察顆粒污泥形態(tài).

采用Miseq高通量測(cè)序解析微生物種群結(jié)構(gòu)[13]. 污泥樣品經(jīng)DNA提取和純化，對(duì)提取到的DNA進(jìn)行瓊脂糖電泳檢測(cè)，查看基因組DNA的完整性與濃度. 利用Qubit 2.0 DNA檢測(cè)試劑盒對(duì)基因組DNA精確定量，以確定PCR反應(yīng)應(yīng)加入的DNA量. PCR所用的引物已經(jīng)融合了Miseq測(cè)序平臺(tái)的通用引物. PCR結(jié)束后，對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖電泳，采用生工瓊脂糖回收試劑盒(cat：SK8131)對(duì)DNA進(jìn)行回收. 回收產(chǎn)物用Qubit 2.0定量，根據(jù)測(cè)得的DNA濃度，將所有樣品按照1∶1的比例進(jìn)行混合，混合后充分振蕩均勻. 用Miseq平臺(tái)測(cè)序(Illumina公司)，所得結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化. 采用RDP classifier貝葉斯算法對(duì)97%相似度水平的OTU代表序列進(jìn)行分類學(xué)分析，分析樣品的多樣性以及群落結(jié)構(gòu).

2 結(jié)果與討論

2.1苯胺黑藥和CODCr的去除

在運(yùn)行初期，投加葡萄糖作為進(jìn)水碳源，有部分活性污泥漂浮及氣泡產(chǎn)生，運(yùn)行2 d后下沉. 如圖2所示，運(yùn)行到第10天，在進(jìn)水中添加苯胺黑藥，進(jìn)水ρ(苯胺黑藥)為29.04 mg/L ，出水ρ(苯胺黑藥)為7.13 mg/L，降解率達(dá)到75.46%. 這是由于ρ(苯胺黑藥)較低，對(duì)厭氧微生物毒性低，并且活性污泥具有吸附作用所致. 維持進(jìn)水ρ(苯胺黑藥)基本穩(wěn)定，苯胺黑藥降解率逐漸下降，最低降至45.82%；之后有所升高，至第22天達(dá)到78.31%. 馴化中期隨進(jìn)水ρ(苯胺黑藥)的提高，出水ρ(苯胺黑藥)逐步降低. 微生物此時(shí)已經(jīng)有了一定的活性抗擊苯胺黑藥的毒性[14]. 馴化后期，由于ρ(苯胺黑藥)高，降解效果波動(dòng)較大，第68天時(shí)苯胺黑藥降解率達(dá)到最低，僅為9.03%. 此時(shí)，ρ(苯胺黑藥)高且存在累積，在一定程度上會(huì)抑制微生物的生長，停止進(jìn)水6 d使微生物適應(yīng)反應(yīng)器內(nèi)的有毒環(huán)境，至第74天降解率恢復(fù)到65.40%. 整個(gè)馴化期間降解率曲線起伏不定，但各階段趨勢(shì)是不斷上升直至平穩(wěn). 厭氧污泥經(jīng)過100 d的馴化，當(dāng)進(jìn)水碳源中ρ(苯胺黑藥)達(dá)到250 mg/L時(shí)，其降解率達(dá)到70.00%左右并維持穩(wěn)定，出水最低ρ(苯胺黑藥)達(dá)到72.95 mg/L，降解率達(dá)70.22%.

圖2 反應(yīng)器進(jìn)出水苯胺黑藥質(zhì)量濃度及其去除率隨運(yùn)行時(shí)間的變化Fig.2 Variation of aniline aerofloat concentration in the influent and effluent and aniline aerofloat removal efficiency with operation time

由圖3可見，運(yùn)行階段ρ(CODCr)控制在500.00～700.00 mg/L，0～22 d出水ρ(CODCr)不斷下降，直至50.43 mg/L，CODCr去除率達(dá)到90.27%，這是因?yàn)樵隈Z化初期接種污泥密閉24 h后大部分有機(jī)物已經(jīng)消耗，0～10 d進(jìn)水碳源僅為微生物易于利用的葡萄糖，在厭氧反應(yīng)器內(nèi)CODCr滿足了微生物生長；11～22 d低濃度的苯胺黑藥對(duì)微生物的生長影響不顯著. 微生物利用水中的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過代謝轉(zhuǎn)化為自身物質(zhì)不斷生長，隨著ρ(苯胺黑藥)的增加，CODCr去除率有所下降，第62天之前ρ(苯胺黑藥)相對(duì)較低，CODCr去除率維持在較高水平，其中在第36天和第48天測(cè)得CODCr去除率分別達(dá)到86.18%和83.59%. 苯胺黑藥在該濃度馴化的后期，微生物生長已適應(yīng)該濃度梯度，繼續(xù)增加ρ(苯胺黑藥)則直接導(dǎo)致出水濃度升高. 隨著ρ(苯胺黑藥)的增加，CODCr去除率整體較前一階段有所降低，第80天僅為44.63%，后又逐漸升高. 至運(yùn)行穩(wěn)定，CODCr去除率維持在70.00%以上. CODCr去除率趨勢(shì)基本與苯胺黑藥降解率趨勢(shì)吻合，反應(yīng)器的前面隔室對(duì)有機(jī)物的去除起到主要作用[15].

圖3 反應(yīng)器進(jìn)出水ρ(CODCr)和CODCr去除率隨運(yùn)行時(shí)間的變化Fig.3 Time course of ρ(CODCr) in the influent and effluent and CODCr removal efficiency

2.2顆粒污泥性狀

運(yùn)行初期，活性炭表面附著大量微生物，可見活性炭對(duì)微生物有很強(qiáng)的吸附作用，能成為微生物良好的附著載體. 運(yùn)行25 d時(shí)反應(yīng)器底部出現(xiàn)少量顆粒污泥，60 d時(shí)反應(yīng)器內(nèi)大量顆粒污泥形成，顆粒污泥的表面逐漸變得規(guī)則、光滑，強(qiáng)度逐漸提高，產(chǎn)氣明顯. 此時(shí)顆粒污泥的粒徑為0.25～2.00 mm，ρ(MLSS)為28 770 mg/L，MLVSS/MLSS為0.51.

ABR反應(yīng)器內(nèi)不同隔室顆粒污泥的粒徑分布情況見表1. 由表1可見，反應(yīng)器中顆粒污泥粒徑隨水流方向逐漸減小，反應(yīng)器內(nèi)第3隔室和第4隔室顆粒污泥的粒徑相對(duì)較小，維持在0.33～2.00 mm之間.

研究認(rèn)為，大顆粒污泥不如小顆粒污泥活性高[16- 17]，而且截留和過濾基質(zhì)也不如小顆粒污泥. 在各種運(yùn)行條件下，顆粒污泥不會(huì)被沖出反應(yīng)器，在試驗(yàn)中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)顆粒污泥的流失.

表1 ABR反應(yīng)器各隔室不同粒徑顆粒污泥粒徑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

啟動(dòng)成功后所形成的顆粒污泥形狀各異，有橢圓形、球形等，也有一些顆粒污泥呈破碎狀，說明此時(shí)顆粒污泥的強(qiáng)度還不夠高，還有待通過各種運(yùn)行條件的近一步優(yōu)化而逐步得到提高. 顆粒污泥表面和內(nèi)部的微生物并未呈現(xiàn)明顯的分區(qū)分布，也有一些細(xì)菌以成簇、成團(tuán)的方式出現(xiàn)，形成了一個(gè)互營共生的微生態(tài)系統(tǒng). 隨著運(yùn)行時(shí)間增加，反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥變得更加規(guī)則、密實(shí)、光滑，顆粒污泥微生物菌群中甲烷八疊球菌占明顯優(yōu)勢(shì). 顆粒表面凹凸不平，這使顆粒的比表面積明顯增加，有利于泥水接觸、明顯提高傳質(zhì)效果(見圖4). 顆粒污泥的表面和內(nèi)部微生物排列比較松散，而且出現(xiàn)微生物胞外聚合物，考慮主要是微生物在苯胺黑藥毒性抑制條件下，為解除環(huán)境壓力而產(chǎn)生的[18- 19].

2.3污泥微生物群落結(jié)構(gòu)解析

對(duì)ABR反應(yīng)器第1、2隔室污泥進(jìn)行高通量測(cè)序，分別得到 35 003 和 35 632 個(gè)有效序列，優(yōu)化后進(jìn)行歸類，得到OTU數(shù). 在97%相似度水平，對(duì)所有序列進(jìn)行OTU劃分，然后進(jìn)行多樣性指數(shù)分析和群落結(jié)構(gòu)的分類學(xué)分析，結(jié)果見表2. Shannon-Wiener多樣性指數(shù)常用來定量描述一個(gè)區(qū)域的生物多樣性，其值越大，說明群落多樣性越高；Chao1和ACE指數(shù)在生態(tài)學(xué)中常用來估計(jì)物種總數(shù)，可以表征菌群豐度；Simpson指數(shù)在生態(tài)學(xué)中常常用來定量描述一個(gè)區(qū)域的生物多樣性，其值越大，說明群落多樣性越低. 厭氧活性污泥的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Chao l和ACE指數(shù)較高，Simpson指數(shù)較低，表明其具有較高的菌群豐度和多樣性. Coverage指數(shù)表示各樣品文庫的覆蓋率，數(shù)值越高，則樣本中序列沒有被測(cè)出的概率越低，實(shí)際反映了本次測(cè)序結(jié)果代表樣本的真實(shí)情況. 第1隔室顆粒污泥的粒徑明顯大于第2隔室，第1隔室承受了更大的負(fù)荷，但第2隔室卻比第1隔室菌群豐度和多樣性高. 有研究表明，微生物多樣性與CODCr去除量有顯著相關(guān)性，CODCr去除量高導(dǎo)致Simpson指數(shù)低[20]. 因?yàn)榈?隔室對(duì)CODCr去除起主要作用，所以使得第1隔室細(xì)菌多樣性低于第2隔室，這與文獻(xiàn)[20]的研究結(jié)果一致.

圖4 顆粒污泥的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 Scanning electron photomicrographs of granular sludge after the startup

隔室測(cè)序量∕條97%相似水平OTU數(shù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)指數(shù)ACE指數(shù)Chao1指數(shù)Simpson指數(shù)Coverage指數(shù)13500355436.679620584.579912968.25610.00740.905223563259646.783023288.219814747.68010.00620.8968

在門的水平，第1、2兩隔室的細(xì)菌種群分布如圖5所示. 由圖5可見，可以看出主要菌群為綠彎菌門(Chloroflexi)、厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、嗜熱絲菌門(Caldiserica)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、螺旋菌門(Spirochaetae)、浮霉菌門(Planctomycetes)、疣微菌門(Verrucomicrobia)、酸桿菌門(Acidobacteria)、廣古菌門(Euryarchaeota)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)和綠菌門(Chlorobi). 其中綠彎菌門菌群所占比重最大(分別為24.73%和33.60%)，其次是厚壁菌門(分別為24.17%和20.92%)和變形菌門(分別為18.93%和20.88%).

圖5 在門的水平上不同隔室菌群的相對(duì)豐度Fig.5 Relative abundance of bacterial community of different compartments at phylum levels

厭氧污泥中的優(yōu)勢(shì)菌群綠彎菌門細(xì)菌是兼性菌，在光合作用中不產(chǎn)生氧氣，不能固氮，主要用來分解糖類物質(zhì)[21]，能降低降解苯胺黑藥產(chǎn)物中的糖類物質(zhì). 研究[22]表明，在厭氧污泥消化器中，優(yōu)勢(shì)菌就是綠彎菌門. 很多厚壁菌門細(xì)菌可產(chǎn)生內(nèi)生孢子，對(duì)脫水和極端環(huán)境有較強(qiáng)的抵抗力[23]，這使反應(yīng)器具有較好的耐沖擊負(fù)荷. 變形菌門是細(xì)菌中最大的一門，包含多種代謝種類，在常規(guī)活性污泥系統(tǒng)、脫氮除磷系統(tǒng)都存在，主要作用是降解廢水中的有機(jī)物，同時(shí)完成整個(gè)系統(tǒng)的脫氮除磷[24, 25]. 這能去除降解苯胺黑藥所產(chǎn)生的NO3-、PO43-. 桿菌門菌群常在除磷系統(tǒng)中被報(bào)道，可降解蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)[26]. 浮霉菌門細(xì)菌是一門水生細(xì)菌，其中一類和浮霉菌屬等關(guān)系較遠(yuǎn)的細(xì)菌Planctomycetessp.能在缺氧的環(huán)境下利用亞硝酸鹽氧化銨離子生成氮?dú)鈦慝@得能量，被稱作厭氧氨氧化菌，對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的脫氮起重要作用[27]，這與去除苯胺黑藥降解產(chǎn)物相吻合. 此外，系統(tǒng)中還存在其他細(xì)菌，如藍(lán)藻門(1、2隔室分別為0.07%和0.08%)具有固氮能力和對(duì)不良環(huán)境的抵抗能力，能增強(qiáng)系統(tǒng)的耐沖擊負(fù)荷.

表3列出了在屬(genus)水平上鑒定出的優(yōu)勢(shì)菌及其相對(duì)豐度. 綜合1、2隔室，豐度最高的為Caldisericum和Leptolinea. 其中Caldisericum屬于嗜熱絲菌門，是一種異養(yǎng)的厭氧高溫絲狀菌，在第1隔室中Caldisericum的豐度最高，為11.00%，第2隔室為6.61%，此菌能減少硫化物，對(duì)顆粒污泥的形成[28]和苯胺黑藥的降解起重要作用.Leptolinea屬于綠彎菌門，在第2隔室中的豐度最高，為12.09%，第1隔室為6.41%，此菌與ABR反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵產(chǎn)酸有關(guān)[29]. 其余一些豐度較低的細(xì)菌(Leuconostoc、Bacillus、Clostridium、Syntrophomonas、Azospira和Lactobacillus)屬于厚壁菌門，Leuconostoc對(duì)有毒環(huán)境有很強(qiáng)的抵抗能力，在工業(yè)中已被廣泛使用[30].Desulfovibrio屬于變形菌門；Planctomyces屬于浮霉菌門. 陳小清分離得到一株苯胺黑藥高效降解菌死亡谷枯草芽孢桿菌Bacillusvallismortis[11]. 總體而言，在反應(yīng)器中產(chǎn)生的種類眾多的各類細(xì)菌進(jìn)一步驗(yàn)證了反應(yīng)器對(duì)苯胺黑藥有降解作用.

表3 屬水平鑒定出的優(yōu)勢(shì)菌及其相對(duì)豐度

3 結(jié)論

a) 進(jìn)水ρ(苯胺黑藥)和ρ(CODCr)有波動(dòng)的情況下，出水苯胺黑藥和CODCr去除率隨反應(yīng)器的穩(wěn)定而逐漸升高. 在運(yùn)行穩(wěn)定、HRT為24 h，苯胺黑藥和CODCr的去除率分別為67%～71%和68%～73%，二者趨勢(shì)一致，表明ABR對(duì)苯胺黑藥有良好的去除作用.

b) ABR反應(yīng)器內(nèi)能夠出現(xiàn)大量顆粒污泥，隨著隔室的推移，顆粒粒徑呈逐漸減小的趨勢(shì)，反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥規(guī)則、密實(shí)，ρ(MLSS)高達(dá) 28 770 mgL，不會(huì)隨水流失，形成了能夠適應(yīng)苯胺黑藥廢水水質(zhì)并降解苯胺黑藥的微生物群落結(jié)構(gòu).

c) 厭氧活性污泥樣品的Miseq高通量測(cè)序結(jié)果表明：在反應(yīng)器第1隔室和第2隔室內(nèi)，綠彎菌門菌群所占比重最大(分別為24.73%和33.60%)，其次是厚壁菌門(分別為24.17%和20.92%)和變形菌門(分別為18.93%和20.88%). 其他優(yōu)勢(shì)菌群有嗜熱絲菌門、擬桿菌門、螺旋菌門、浮霉菌門、疣微菌門、酸桿菌門、廣古菌門、芽單胞菌門和綠菌門. 在屬的水平檢測(cè)到Caldisericum、Leptolinea、Leuconostoc和Bacillus等.

[1] BARBER W P,STUCKEY D C.The use of the anaerobic baffled reactor (ABR) for wastewater treatment:a review[J].Water Research,1999,33(7):1559- 1578.

[2] 任隨周,郭俊,曾國驅(qū),等.處理印染廢水的厭氧折流板反應(yīng)器中的微生物種群組成及分布規(guī)律[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(9):2297- 2303. REN Suizhou,GUO Jun,ZENG Guoqu,etal.The microbial population in an anaerobic baffled reactor for the treatment of dve wastewater[J].Acta Ecologica Sinica,2005,25(9):2297- 2303.

[3] 李文昊.厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)啟動(dòng)及其動(dòng)力學(xué)模型研究[D].重慶:重慶大學(xué),2010.

[4] 許玫英,曾國驅(qū),蔡小偉,等.撲熱息痛高效降解菌的選育及其生物強(qiáng)化效果[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2003,5:391- 395. XU Meiying,ZENG Guoqu,CAI Xiaowei,etal.Screening of high efficient paracetamolum degrading bacterial strains and the effect of their biorugmentative use[J].Acta Scientiae Circumatantiae,2003,5:391- 395.

[5] LIN Weixiong,TIAN Jing,REN Jie,etal.Oxidation of aniline aerofloat in flotation wastewater by sodium hypochlorite solution[EB/OL].2015[2016- 03- 08].http://link.springer.com/article/10.1007/s11356- 015- 5319-4.html.

[6] SONG Weifeng,CHEN Xiaoqing,YAN Ming,etal.Processing of aniline aerofloat wastewater with SBR system and its biodegradation mechanism[J].Agricultural Science & Technology,2013,14(7):1032- 1036.

[7] 鄭冰玉,張樹軍,張亮,等.一體化厭氧氨氧化工藝處理垃圾滲濾液的性能研究[J].中國環(huán)境科學(xué),2014,34(7):1728- 1733. ZHENG Binyu,ZHANG Shujun,ZHANG Liang,etal.Study on the performance of integrated ANAMMOX process treating landfill leachate[J].China Environmental Science,2014,34(7):1728- 1733.

[8] PADMASIRI S I,ZHANG J,FITCH M,etal.Methanogenic population dynamics and performance of an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) treating swine manure under high shear conditions[J].Water Research,2007,41(1):134- 144.

[9] SCHLEINITZ K M,SCHMELING S,JEHMLICH N,etal.Phenol degradation in the strictly anaerobic iron-reducing bacterium Geobacfer metallireducens GS·15[J].Applied Environmental Microbiology,2009,14(21):3912- 3919.

[10] 崔清潔.ABR反應(yīng)器顆粒污泥的培養(yǎng)及其特性研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2008.

[11] 陳小清.一株苯胺黑藥降解菌的降解酶及降解機(jī)理的研究[D].廣州:廣東工業(yè)大學(xué),2013.

[12] 國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[13] SCHMIEDER R,EDWARDS R.Quality control and preprocessing of metagenomic datasets[J].Bioinformatics,2011,27:863- 864.

[14] 陳皓,陳玲,黃愛群,等.降解2-氯酚的厭氧污泥馴化及降解性能評(píng)價(jià)[J].中國環(huán)境科學(xué),2007,27(6):773- 776. CHEN Hao,CHEN Ling,HUANG Aiqun,etal.Assessment of 2-chlorophenol anaerobic degradation sludge acclimation and its degradation performance[J].China Environmental Science,2007,27(6):773- 776.

[15] GROBICKI A,STUCKEY D C.Hydrodynamic characteristics of the anaerobic baffled reactor[J].Water Research,1992,26(3):371- 378.

[16] LETTINGA G,REBAC S,ZEEMAN G.Challenge of psychrophilic anaerobic wastewater treatment[J].Trends in Biotechnology,2001,19(9):363- 370.

[17] NICOLELLA C,LOOSDRECHT M C,HEIJNEN S J.Particle-based biofilm reactor technology[J].Trends in Biotechnology,2000,18(7):312- 320.

[18] 吳昌永,周岳溪.厭氧好氧運(yùn)行方式對(duì)顆粒污泥形成的影響[J].中國環(huán)境科學(xué),2013,33(7):1237- 1243. WU Changyong,ZHOU Yuexi.Effect of anaerobicaerobic alternative operating strategy on the formation of granular sludge in a sequencing batch reactor[J].China Environmental Science,2013,33(7):1237- 1243.

[19] GONZALEZ A G,SHIROKOVA L S,POKROVSKY O S,etal.Adsorption of copper on Pseudomonas aureofaciens:protective role of surface exopolysaccharides[J].Journal of Colloid and Interface Science,2010,350:305-314

[20] 趙艷,李鋒民,王昊云,等.好氧厭氧潛流濕地微生物多樣性與凈化能力的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(11):2423- 2431. ZHAO Yan,LI Fengming,WAN Haoyun,etal.The relationship between microbial diversity and water purification capacity in aerobicanaerobic subsurface flow constructed wetland[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2011,31(11):2423- 2431.

[21] 喬江濤,郭榮波,袁憲正,等.玉米秸稈厭氧降解復(fù)合菌系的微生物群落結(jié)構(gòu)[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(4):1531- 1539. QIAO Jiangtao,GUO Rongbo,YUAN Xianzheng,etal.Phylogenetic analysis of methanogenic corn stalk degrading microbial communities[J].Environmental Science,2013,34(4):1531- 1539.

[22] RIVIERO D,DESVIGNES V,PELLETIER E,etal.Towards the definition of a core of microorganisms involved in anaerobicdigestion of sludge[J].ISME Journal,2009,3(6):700- 714.

[23] 王潔.高通量測(cè)序等分子生物學(xué)技術(shù)研究填埋場(chǎng)生物反應(yīng)器脫氮微生物群落變化[D].上海:華東師范大學(xué),2014.

[24] MIURAA Y,HIRAIWAB M N,ITOC T,etal.Bacterial community structures in MBRs treating municipal waste water:relationship between community stability and reactor performance[J].Water Research,2007,41:627- 637.

[25] 王海燕,周岳溪,戴欣,等.16SrDNA克隆文庫方法分析MDAT-IAT同步脫氮除磷系統(tǒng)細(xì)菌多樣性研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(6):903- 911. WANG Haiyan,ZHOU Yuexi,DAI Xing,etal.Bacterial diversity study for the simultaneous nitrogen and phosphorus removal system(MDAT-IAT) by 16S rDNA cloning method[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2006,26(6):903- 911.

[26] SLY L I,TAGHAVI M,FEGAN M.Phylogenetic heterogeneity within the genusHerpetosiphon:transfer of the marine speciesHerpetosiphoncohaerens,Herpetosiphonnigrican andHerpetosiphonpersicus to the genusLewinellagen,nov.in theFlexibacter-Bacteroides-cytophagaphylum[J].International Journal of Systematic Bacteriology,1998,48:731- 737.

[27] BURRELL P,KELLER J,BLACKALL L L.Characterization of the bacterial consortium involved in nitrite oxidation in activated sludge[J].Water Science and Technology,1999,39:45- 52.

[28] ZHANG Y,WANG X,HU X,etal.Effect of hydraulic retention time (HRT) on the biodegradation of trichloroethylene wastewater and anaerobic bacterial community in the UASB reactor[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2015,99(4):1977- 1987.

[29] BAN Qiaoying,LI Jianzheng,ZHANG Liguo,etal.Linking performance with microbial community characteristics in an anaerobic baffled reactor[J].Applied Biochemistry and Biotechnology,2013,169(6):1822- 1836.

[30] KIM J E,EOM H J,KIM Y J,etal.Enhancing acid tolerance ofLeuconostocmesenteroideswith glutathione[J].Biotechnology Letters,2012,34(4):683- 687.

Treatment of Aniline Aerofloat Wastewater Using Anaerobic Baffled Reactor and Analysis of Activated Sludge Community

YANG Ziheng, SONG Weifeng*, CHENG Yajie, LI Haiyu, JIAN Jingyi

School of Environmental Science and Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China

An anaerobic baffled reactor was developed for the treatment of aniline aerofloat wastewater, a refractory flotation regent. Scanning electron microscopy revealed the shape and properties of granule sludge from different compartments. The microbial communities that might have promary functions were further analyzed by applying Miseq high-throughput sequencing approaches. The results showed that the removal efficiency of aniline aerofloat and CODCrincreased in each stage despite their great fluctuation in the influent. At a hydraulic retention time of 24 h, aniline aerofloat and CODCrremoval reached 67%- 71% and 68%- 73% after 100 days′ operation, respectively. A large amount of granular sludge formed in the reactor, and the particles size distribution was reduced in the direction of flow. The sludge was regular, close-grained and not lost. Miseq high-throughput sequencing results showed thatChloroflexiaccounted for most of the sequence (24.73% and 33.60%), followed byFirmicutes(24.17% and 20.92%) andProteobacteria(18.93% and 20.88%) at the phylum levels. At the genus levels,Caldisericum,Leptolinea,LeuconostocandBacilluswere identified, which meant the reactor had good resistance to impact load and good degradation effect. The study indicated that ABR may be an effective remover of aniline aerofloat.

ABR; aniline aerofloat; granular sludge; Miseq high-throughput sequencing

2016-12-17

：2017-05-09

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014A020209077)

楊梓亨(1992-)，男，廣東汕頭人，454284669@qq.com.

*責(zé)任作者，宋衛(wèi)鋒(1972-)，男，河南郟縣人，教授，碩導(dǎo)，主要從事水污染控制理論與技術(shù)研究，weifengsong@263.net

X703.1

：1001- 6929(2017)09- 1448- 07

ADOI：10.13198/j.issn.1001- 6929.2017.02.72

楊梓亨,宋衛(wèi)鋒,程亞杰,等.ABR反應(yīng)器處理苯胺黑藥廢水及其微生物種群結(jié)構(gòu)[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(9):1448- 1454.

YANG Ziheng,SONG Weifeng,CHENG Yajie,etal.Treatment of aniline aerofloat wastewater using anaerobic baffled reactor and analysis of activated sludge community[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(9):1448- 1454.