耐鹽菌生物強(qiáng)化耦合催化臭氧氧化處理滲濾液RO 濃液及微生物特性分析＊

袁春波 朱宇楠 張 楚 劉 偉 樓紫陽(yáng),3 張 千

（1.重慶理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，重慶，400054；2.上海交通大學(xué)重慶研究院，重慶，401147；3.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海，200240）

目前國(guó)內(nèi)對(duì)滲濾液處理大多采用“預(yù)處理+生物處理+膜深度處理”的主流工藝.其中，采用納濾或反滲透濾等膜分離系統(tǒng)不可避免會(huì)產(chǎn)生占滲濾液處理總量約20%—30%的濃縮液[1].其中反滲透膜濾濃縮液中COD 的濃度范圍在500—1500 mg·L?1，其中腐殖質(zhì)含量較高，占總TOC 的27.4%—52.3%，總氮100—200 mg·L?1，其中有機(jī)氮含量較高，占總氮的50%—60%，同時(shí)濃縮液含鹽量較高，電導(dǎo)率為7.53—20.05 ms·cm?1，處理難度極大，是眾多垃圾填埋場(chǎng)面臨的難題之一.

目前，對(duì)于濃縮液中有機(jī)物的處理已形成比較成熟的技術(shù)，如兩級(jí)物料膜技術(shù)，臭氧高級(jí)氧化技術(shù)可以對(duì)有機(jī)物中腐殖質(zhì)進(jìn)行有效的分離和降解[2?3]，而總氮的去除依然是處理的重點(diǎn)和難點(diǎn).對(duì)于總氮的去除，目前普遍采用的是生物處理技術(shù)，如A2/O 技術(shù)[4]，由于濃縮液可生化性差、有機(jī)氮含量高且鹽度極高，導(dǎo)致傳統(tǒng)脫氮微生物難以在極端環(huán)境下有效脫氮[5?7]；耐鹽微生物和嗜鹽微生物在處理高含鹽廢水中發(fā)揮積極作用，通過耐鹽菌或嗜鹽菌接種強(qiáng)化活性污泥是處理含鹽廢水的最佳方法.利用耐鹽菌強(qiáng)化活性污泥處理硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38%的精細(xì)化工行業(yè)產(chǎn)生的廢水，其對(duì)COD 的去除率大于95%[8]；郭立[9]分離篩選出針對(duì)高含鹽垃圾滲濾液中COD 的降解菌種.大多數(shù)的研究只關(guān)注COD 的去除，對(duì)脫氮的關(guān)注較少，僅有的強(qiáng)化耐鹽菌，也是傳統(tǒng)的強(qiáng)化硝化菌和反硝化菌，由于滲濾液濃縮液水質(zhì)差異較大，本研究處理的RO 濃液有機(jī)氮含量較高，而對(duì)于強(qiáng)化有機(jī)氮氨化和好氧反硝化強(qiáng)化菌研究鮮有報(bào)道.此外，目前對(duì)于高級(jí)氧化處理前后有機(jī)物變化研究較多，厭氧/好氧生物處理過程中有機(jī)物的去除效果研究較多，而對(duì)于處理過程中有機(jī)物成分的變化研究較少[8?10].因此，如何脫除滲濾液濃縮液中有機(jī)物和總氮，使?jié)B濾液濃縮液達(dá)標(biāo)排放仍是迫切需要解決的問題.

團(tuán)隊(duì)前期研究中開發(fā)了在高鹽條件下仍具有良好的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)和污染物降解效果的厭氧耐鹽菌TN-YN 和好氧耐鹽菌TP-HN，將耐鹽菌與活性污泥法相結(jié)合耦合催化臭氧氧化，構(gòu)建一種垃圾滲濾液反滲透膜濾濃縮液的處理方法.在高鹽條件下，通過厭氧耐鹽菌的氨化作用先將濃縮液中有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，再通過具有好氧反硝化功能的好氧耐鹽菌強(qiáng)化好氧活性污泥，在好氧條件下實(shí)現(xiàn)NH4+-N、TN 的同步去除[11]，解決傳統(tǒng)A2/O 技術(shù)在高鹽條件下反硝化受到抑制的問題，再通過催化臭氧氧化對(duì)難降解有機(jī)物的去除，確保出水中COD、TN 達(dá)標(biāo)排放.同時(shí)，對(duì)比活性污泥、耐鹽菌劑、活性污泥+耐鹽菌劑3 個(gè)體系的污染物去除效果、有機(jī)物去除效果和生物多樣性變化，進(jìn)一步探討體系的脫氮機(jī)理，為揭示耐鹽菌強(qiáng)化機(jī)理提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法（Materials and methods）

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用A/O+催化臭氧氧化處理垃圾滲濾液RO 濃液，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示.圖1（a）為厭氧實(shí)驗(yàn)裝置，3 組500 mL 錐形瓶，磁力攪拌水浴鍋進(jìn)行加熱攪拌.圖1（b）為好氧實(shí)驗(yàn)裝置，3 組500 mL 錐形瓶，磁力攪拌水浴鍋進(jìn)行加熱攪拌，曝氣泵提供曝氣.圖1（c）為催化臭氧氧化實(shí)驗(yàn)裝置，包括純氧鋼瓶（濃度為99.999%）、臭氧發(fā)生器（廣州創(chuàng)環(huán)，CH-ZTWSG）、催化臭氧氧化反應(yīng)主體及尾氣處理裝置，反應(yīng)器主體為有效容積500 mL 的錐形瓶，尾氣采用30% KI 溶液吸收后排入空氣.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Experimental device diagram

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用水為某垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲濾液RO 濃液，水質(zhì)情況見下表1.

表1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)Table 1 Water quality for experimental use

1.2.2 實(shí)驗(yàn)菌劑

本實(shí)驗(yàn)中的耐鹽厭氧菌（產(chǎn)品型號(hào):TN-YN，主要成分含深紅紅球菌C1、萊比托游動(dòng)球菌、銅綠假單胞菌、糞產(chǎn)桿菌和不動(dòng)桿菌，專利申請(qǐng)?zhí)? 202110419569.1）和耐鹽好氧菌（產(chǎn)品型號(hào): TP-HN，主要成分含醋酸鈣-不動(dòng)桿菌TAJ-1、施氏假單胞菌、反硝化鹽單胞菌和貪銅菌SWA1，專利申請(qǐng)?zhí)? 201911106185.3）均為團(tuán)隊(duì)前期研發(fā)，其中耐鹽好氧菌劑中含有具有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化功能的菌株，可在好氧條件下實(shí)現(xiàn)NH4+-N、TN 同步去除.

1.2.3 活性污泥

實(shí)驗(yàn)污泥取自巴南區(qū)高速公路服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)備.厭氧活性污泥體系中污泥濃度4—6 g·L?1，污泥沉降比（SV30）60%—70%；好氧活性污泥體系中污泥濃度2.5—4.0 g·L?1，SV30 范圍30%—40%.

1.2.4 催化劑的制備

催化臭氧氧化所用催化劑為制備的粉末活性炭負(fù)載金屬鈰.其制備采用傳統(tǒng)的浸漬-低溫灼燒法，對(duì)粉末活性炭進(jìn)行改性.活性炭于5%稀鹽酸溶液中煮沸1 h，過濾并用去離子水沖洗至中性，110 ℃烘箱中烘干保存?zhèn)溆?將1% wt 的 Ce(NO3)3浸漬液3 mL 均勻的滴在AC 粉末上，風(fēng)干后制備催化劑.最后將風(fēng)干的催化劑放入管式爐中，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，以3 ℃·min?1升溫至450 ℃并恒溫煅燒2 h，冷卻后得到Ce-AC 催化劑（催化劑制備中所使用的粉末活性炭采購(gòu)自上海泰坦科技，規(guī)格為200 目，所使用的負(fù)載物 Ce(NO3)3·6H2O 晶體采購(gòu)自成都科隆）.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 參數(shù)檢測(cè)方法

研究過程中水質(zhì)和污泥的檢測(cè)均參照水和廢水監(jiān)測(cè)方法第四版中國(guó)標(biāo)法進(jìn)行，具體方法如表2所示.

表2 檢測(cè)項(xiàng)目及方法Table 2 Detection Items and Methods

1.3.2 生物強(qiáng)化對(duì)比實(shí)驗(yàn)

厭氧生物強(qiáng)化對(duì)比實(shí)驗(yàn)：首先向3 組錐形瓶中加入垃圾滲濾液濃縮液500 mL（每組試驗(yàn)分別進(jìn)行3 組平行試驗(yàn)），分別向3 組錐形瓶中加入體積比1%的活化厭氧耐鹽菌劑、10%體積的厭氧活性污泥、1%的活化厭氧耐鹽菌劑+10%體積的厭氧活性污泥，最后分別向3 組錐形瓶加入1 g 無(wú)水亞硫酸鈉（創(chuàng)造厭氧環(huán)境），用橡膠塞密封，由伸入液面以下的水樣采集管向錐形瓶中持續(xù)通入氮?dú)?0 min 去除水中溶解氧.置于磁力攪拌水浴鍋中加熱攪拌，在溶解氧＜0.1 mg·L?1，溫度（30±1）℃，磁力攪拌轉(zhuǎn)速10—20 r·min?1條件下運(yùn)行，運(yùn)行處理8 d 后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，每24 小時(shí)取樣檢測(cè).

厭氧耐鹽菌的活化的具體步驟如下：稱量5 g 的耐鹽厭氧菌劑（TN-YN）粉末加入裝有100 mL 自來(lái)水的錐形瓶中，加入1 mL 菌種激活劑（采購(gòu)重慶士繼生態(tài)環(huán)境科技有限公司，產(chǎn)品型號(hào)：JH-1，主要成分含產(chǎn)甲烷細(xì)菌、假單胞菌、乳酸菌、酵母菌、活化劑等，活菌含量≥100 億·g?1），加入5 g 的葡萄糖（一水，分析純，采購(gòu)自成都市科隆化學(xué)品有限公司），加0.6 g 的無(wú)水亞硫酸鈉（分析純，采購(gòu)自成都市科隆化學(xué)品有限公司），放置在30 ℃的恒溫水浴鍋靜置活化24 h，每隔6—8 h 混勻1 次，最終形成活化好的菌液，菌液濃度OD 值為1.4—1.5.

好氧生物強(qiáng)化對(duì)比實(shí)驗(yàn)：將厭氧處理穩(wěn)定后的出水400 mL 倒入錐形瓶中，以無(wú)水乙酸鈉補(bǔ)加200 mg·L?1碳源，向厭氧耐鹽菌體系及厭氧耐鹽菌+活性污泥體系中各加入體積比0.2%的活化好氧耐鹽菌劑.置于磁力攪拌水浴鍋中加熱攪拌，在溶解氧2—3 mg·L?1，溫度（30±1）℃，磁力攪拌轉(zhuǎn)速600—620 r·min?1條件下運(yùn)行，運(yùn)行處理4 d 后達(dá)到穩(wěn)定，每24 小時(shí)取樣檢測(cè).

好氧耐鹽菌活化的具體步驟如下：稱量5 g 的耐鹽好氧菌TP-HN 粉末加入裝有100 mL 自來(lái)水的錐形瓶中，加入1 mL 菌種激活劑（采購(gòu)自重慶士繼生態(tài)環(huán)境科技有限公司，產(chǎn)品型號(hào)：JH-1，主要成分由能形成芽孢（內(nèi)生孢子）的桿菌或球菌組成，活菌含量≥100 億·g?1），加入5 g 的葡萄糖（一水，分析純，采購(gòu)自成都市科隆化學(xué)品有限公司），放置在30 ℃的恒溫?fù)u床進(jìn)行活化，搖床轉(zhuǎn)速150 r·min?1，活化24 h，最后形成活化好的菌液，菌液濃度OD 值為1.7—1.8.

1.3.3 臭氧催化氧化

臭氧催化氧化反應(yīng)在圖1（c）所示反應(yīng)裝置中進(jìn)行，取好氧反應(yīng)出水300 mL 于500 mL 錐形瓶中，加入5 g Ce-AC，進(jìn)氣臭氧濃度為90 mg·L?1，臭氧流量為1 L·min?1[12]，在恒定溫度30 ℃條件下反應(yīng)3 h.

1.3.4 高通量測(cè)序

獲取活性污泥、耐鹽菌和活性污泥+耐鹽菌體系穩(wěn)定運(yùn)行的生物樣樣品，儲(chǔ)存在?80 ℃環(huán)境下的0.9%生理鹽水中，分別標(biāo)記為：A1、A2、A3、B1、B2和B3，利用MobioPowerSoil? DNA Isolation Kit 提取固定化菌液總基因組DNA 后采用MiSeq 平臺(tái)對(duì)16S rDNA 基因高變區(qū)序列進(jìn)行測(cè)序以進(jìn)行生物多樣性分析，考察不同體系對(duì)系統(tǒng)中微生物群落結(jié)構(gòu)的影響.為了確保每個(gè)擴(kuò)增子的長(zhǎng)度大于550 bp，使用引物338F（ACTCCTACGGGAGGCAGCAG）和806R（GGACTACHVGGGTWTCTAAT）擴(kuò)增16S rRNA V3/V4 區(qū)域.采用Trimmomatic 和FLAH 獲得清晰的讀取，并使用uparse 方法在usearch 平臺(tái)上根據(jù)97%的相似閾值將序列劃分為多個(gè)組.

2 結(jié)果與討論（Results and discussion）

2.1 厭氧體系對(duì)污染物去除效果的影響

厭氧條件下，如圖2（a,b），厭氧耐鹽菌、厭氧活性污泥和厭氧耐鹽菌+厭氧活性污泥3 個(gè)體系的TOC 和COD 去除效果無(wú)明顯差別.3 個(gè)體系出水穩(wěn)定后，如圖2（c）所示，有機(jī)氮含量分別為37.7、33.2、2.7 mg·L?1，厭氧耐鹽菌+厭氧活性污泥有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化率最高為97%，較單獨(dú)厭氧活性污泥和耐鹽菌體系有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化率分別提高了42%和37%，從圖2（d）中可以看出，3 個(gè)體系的NH4+-N 濃度均出現(xiàn)上升趨勢(shì)，出水NH4+-N 濃度分別提高了62%、160%和193%，可能是厭氧氨氧化細(xì)菌的氨化作用，將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH4+-N[13]；鹽度會(huì)對(duì)體系的氨氧化效率產(chǎn)生影響[14]，而厭氧耐鹽菌體系+厭氧活性污泥體系對(duì)有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化效果最好，可能是在厭氧環(huán)境中，厭氧耐鹽菌強(qiáng)化厭氧活性污泥體系，提高體系微生物耐鹽耐毒性，使體系中厭氧微生物增多，氨化細(xì)菌對(duì)有機(jī)氮實(shí)現(xiàn)氨化作用，將其轉(zhuǎn)化為NH4+-N[15].

圖2 厭氧實(shí)驗(yàn)結(jié)果a.TOC;b.COD;c.有機(jī)氮;d.NH4+-N;e.TN;f.NO3?-NFig.2 Anaerobic resultsa.TOC;b.COD;c.organic nitrogen;d.NH4+-N;e.TN;f.NO3?-N

如圖2（e,f）所示，厭氧耐鹽菌體系、厭氧耐鹽菌體系+厭氧活性污泥體系的TN 去除率無(wú)顯著差別，TN 的去除主要是由于厭氧過程中的反硝化作用去除NO3?-N 使得出水TN 降低.

2.2 好氧體系對(duì)污染物去除效果的影響

對(duì)厭氧出水進(jìn)行好氧處理.如圖3（a,b）所示，好氧耐鹽菌、好氧活性污泥和好氧耐鹽菌+好氧活性污泥3 個(gè)體系對(duì)TOC 和COD 的去除效率無(wú)明顯差別，均為37%左右.根據(jù)圖3（c,d,e）所示，3 個(gè)體系的NH4+-N 去除率分別為88%、92%、97%，姜海鳳等[10]研究表明，當(dāng)進(jìn)水鹽度從1%增加至5%，其NH4+-N 的去除率由90%降至45%以下，將蠟狀芽孢桿菌耐鹽菌引入活性污泥中，強(qiáng)化體系對(duì)鹽度的耐受性，當(dāng)鹽度為5%，其NH4+-N 的去除率高于70%，這一結(jié)果說(shuō)明蠟狀芽孢桿菌生物強(qiáng)化能顯著提高體系的耐鹽特性和污染物去除效果；NO3?-N 最大去除率分別為-169%、49%、61%；好氧耐鹽菌+好氧活性污泥體系對(duì)TN 去除率最高為85%，較單獨(dú)好氧活性污泥和耐鹽菌體系TN 去除率分別分別提升了37%和77%.其中好氧耐鹽菌+好氧活性污泥體系對(duì)NH4+-N、NO3?-N、TN 的去除效果明顯高于另外兩個(gè)體系，出水濃度分別為1.4 mg·L?1、5.6 mg·L?1、9.4 mg·L?1.本研究將好氧耐鹽菌加入活性污泥體系中，能夠顯著提高NH4+-N、TN 的去除效果，推測(cè)好氧耐鹽菌強(qiáng)化活性污泥體系，提高其體系中耐鹽硝化、反硝化菌的豐度，在高鹽條件下對(duì)系統(tǒng)脫氮發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而顯著提高脫氮效果.

圖3 好氧實(shí)驗(yàn)結(jié)果a.TOC;b.COD;c.NH4+-N;d.TN;e NO3?-NFig.3 Aerobic test results

2.3 臭氧催化氧化結(jié)果

滲濾液濃縮液經(jīng)過厭氧/好氧處理后，出水NH4+-N、TN 均滿足我國(guó)制定的《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）中表2 規(guī)定水污染物排放濃度限值，但COD 依然無(wú)法達(dá)到排放要求，因此，對(duì)好氧活性污泥+好氧耐鹽菌體系的出水進(jìn)行催化臭氧氧化實(shí)驗(yàn)，臭氧在催化劑的作用下，產(chǎn)生氧化還原電位更高的羥基自由基（·OH），實(shí)現(xiàn)COD 和TN 的同步去除.在這一過程中，難降解有機(jī)物結(jié)構(gòu)被破壞，有機(jī)氮被分解，并對(duì)氮素有一定吹脫，實(shí)現(xiàn)總氮的去除.如表3 所示，經(jīng)過耐鹽菌生物強(qiáng)化耦合催化臭氧氧化處理滲濾液RO 濃縮液，其出水COD、NH4+-N、TN 均低于排放濃度限值.

本研究所用益氣固本膠囊用于哮喘病緩解期的治療，具有益氣養(yǎng)陰、補(bǔ)肺脾腎的功效。諸藥合用達(dá)到補(bǔ)肺助其宣降以清痰窠，健脾助其運(yùn)化以絕痰源，補(bǔ)腎壯其元?dú)庖猿浞胃?，從而除伏痰，鏟夙根，臨床運(yùn)用多年，有鞏固療效、降低哮喘復(fù)發(fā)率的作用[12-14]。本研究旨在研究益氣固本膠囊是否有可能通過調(diào)節(jié)免疫失衡而發(fā)揮治療哮喘的作用，觀察不同劑量益氣固本膠囊對(duì)哮喘小鼠CD4+CD25+Foxp3+Treg細(xì)胞數(shù)量及IL-33、TNF-α表達(dá)水平的影響，豐富其治療哮喘的理論依據(jù)。

表3 臭氧催化氧化結(jié)果與排放標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Ozone catalytic oxidation results and emission standards

2.4 廢水處理前后有機(jī)物GC-MS 分析

由表4 可知原水中含有苯、碳碳雙鍵、碳氧雙鍵等不飽和結(jié)構(gòu)的化合物，其余多為烷烴類物質(zhì)，這些化學(xué)結(jié)構(gòu)的有機(jī)污染物屬于難生物降解的物質(zhì)，其中一些有毒有害物質(zhì)會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用，導(dǎo)致滲濾液RO 濃縮液難生物降解[16].RO 濃液經(jīng)厭氧、好氧處理后，廢水中的直鏈長(zhǎng)烷烴有所減少，好氧出水經(jīng)催化臭氧氧化后，由于直鏈長(zhǎng)烷烴的不完全氧化，分子量較大，難進(jìn)一步降解，長(zhǎng)鏈烷烴被氧化為醇類、酮類等物質(zhì)，水中的一些不飽和鍵斷裂，以及一些含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物被轉(zhuǎn)化為苯的同系物，說(shuō)明廢水中的有些物質(zhì)只能被轉(zhuǎn)化，不能被徹底降解[17]；催化臭氧氧化對(duì)難降解的大分子物質(zhì)斷裂成小分子化合物，可以提高對(duì)有機(jī)物的處理效果，從而達(dá)到對(duì)有機(jī)物的降解作用.

表4 有機(jī)物GC-MS 結(jié)果分析Table 4 Analysis of organic GC-MS results

2.5 厭氧/好氧體系對(duì)系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

2.5.1 微生物群落分析

多樣性指數(shù)分析系統(tǒng)中生物群落均勻度和豐富度的多樣性特征，微生物α 多樣性結(jié)果如表5 所示，其中A1、A2、A3、B1、B2、B3分別代表厭氧污泥體系、厭氧耐鹽菌體系、厭氧活性污泥+厭氧耐鹽菌體系、好氧污泥體系、好氧耐鹽菌體系、好氧活性污泥+好氧耐鹽菌體系.6 個(gè)樣品的覆蓋率均在99.7%以上，表明所獲得的序列可以覆蓋大部分微生物，Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)結(jié)果表明，在厭氧污泥體系中，微生物種類相對(duì)較少，說(shuō)明厭氧耐鹽菌的加入可以提高體系微生物多樣性；好氧污泥+好氧耐鹽菌體系微生物種類相對(duì)較高.Ace 和Chao 指數(shù)表明，厭氧活性污泥+厭氧耐鹽菌和好氧污泥+好氧耐鹽菌體系微生物的豐富度和多樣性較高，與污染物的去除規(guī)律相一致.

表5 多樣性指數(shù)表Table 5 Diversity index table

圖4 分別為厭氧和好氧條件下，各體系中的微生物多樣性結(jié)果，如圖4（b、e）所示，隨著測(cè)序深度增加，稀釋曲線趨于平坦，表明可以準(zhǔn)確地描述各體系的物種多樣性.Venn 圖結(jié)果表明各個(gè)體系中共有和獨(dú)有的OTUs 分布.圖4（c）的結(jié)果表明，厭氧體系中觀察到的OTUs 為581 個(gè)，其中，14.28%為各個(gè)體系中均存在的，而37.86%的OTUs 是特定體系所獨(dú)有的.圖4（f）的結(jié)果表明，好氧系統(tǒng)中共檢測(cè)到的OTUs 為631 個(gè)，各個(gè)體系中均存在的占27.73%，不同體系中獨(dú)有的占比為33.91%.

圖4 厭氧微生物多樣性（a）α 多樣性估計(jì)，（b）稀釋曲線，（c）Veen 圖；好氧微生物多樣性（d）α 多樣性估計(jì)，（e）稀釋曲線，（f）Veen 圖Fig.4 Anaerobic microbial diversities（a）Alpha diversity estimators，（b）Rarefaction curves，（c）Venn diagram；Aerobic microbial diversities（d）Alpha diversity estimators，（e）Rarefaction curves，（f）Venn diagram.

2.5.2 厭氧/好氧體系微生物群落分析

如圖5（a）所示，厭氧活性污泥+厭氧耐鹽菌體系優(yōu)勢(shì)菌門中，Desulfobacterota（12.45%）包含大量反硝化脫硫菌，部分菌屬還具有耐鹽特性[18?20]；Campilobacterota（14.28%）含有大量氨化細(xì)菌以實(shí)現(xiàn)有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化[21]，Desulfobacterota、Campilobacterota為高鹽條件下有機(jī)氮轉(zhuǎn)化發(fā)揮關(guān)鍵作用.如圖5（d）所示，好氧活性污泥+好氧耐鹽菌體系優(yōu)勢(shì)菌門中，Proteobacteria（27.77%）是反硝化細(xì)菌中種類中最多的一類[22]，Deinococcota（25.32%）、Actinobacteriota（5.34%）中包含大量具有耐鹽能力的異養(yǎng)硝化細(xì)菌[23]，可以維持體系的高效脫氮.

圖5 不同厭氧/好氧體系下微生物群落組成分析（厭氧體系: a 門;b 綱;c 屬;好氧體系: d 門;e 綱;f 屬）Fig.5 The composition of the microbiome under different anaerobic/ aerobic systems Bar diagram（anaerobic: a Phylum;b Class;c Genus;aerobic: d Phylum;e Class;f Genus）

由圖5（c）可見，厭氧耐鹽菌強(qiáng)化厭氧活性污泥體系后優(yōu)勢(shì)菌屬豐度增加，F(xiàn)lavobacterium（黃桿菌屬）、Desulfovibrio（脫硫弧菌屬）相對(duì)豐度上升，其相對(duì)豐度分別為1.78%和5.77%，其中，F(xiàn)lavobacterium是環(huán)境中的主導(dǎo)蛋白水解細(xì)菌，可以有效降解環(huán)境中的有機(jī)氮，同時(shí)，也具有一定的耐鹽特性[27?28].結(jié)合各體系對(duì)污染物的去除效果，推測(cè)Flavobacterium是高鹽條件下有機(jī)氮轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的菌屬.如圖5（f）所示，好氧活性污泥+好氧耐鹽菌體系中Paracoccus（副球菌屬）、Truepera（特呂珀菌屬）的相對(duì)豐度較另外兩個(gè)體系均有所上升，其相對(duì)豐度分別為7.27%和25.32%，且均有耐鹽的特性，其中Paracoccus為異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌[29]，Truepera是好氧異養(yǎng)菌，能耐受極端環(huán)境[30]，隨著好氧耐鹽菌加入好氧活性污泥體系中，系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)菌屬發(fā)生顯著變化，與系統(tǒng)污染物去除規(guī)律相一致，推測(cè)Truepera、Paracoccus是高鹽條件下高效脫氮的主要菌屬.

2.5.3 厭氧/好氧體系功能菌屬及功能基因預(yù)測(cè)

根據(jù)京都基因和基因組百科全書（KEGG）數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.genome.jp/kegg/），采用PICRUST2 對(duì)6 組體系中氮的遷移進(jìn)行了研究.如圖6 所示，有4 種與硝化相關(guān)功能基因：羥胺脫氫酶和氨單加氧酶，11 種反硝化相關(guān)功能基因，包括硝酸還原酶、一氧化氮還原酶、亞硝酸鹽還原酶和一氧化二氮還原酶有關(guān)的基因.

圖6 厭氧/好氧條件下各體系功能基因預(yù)測(cè)（a.厭氧體系功能菌屬;b.厭氧體系功能基因;c.好氧體系功能菌屬;d.好氧體系功能基因）Fig.6 Functional gene prediction of each system under anaerobic/ aerobic conditions（a.anaerobic conditions functional genus;b.anaerobic conditions functional gene;c.aerobic conditions functional genus;d.aerobic conditions functional gene）

氨化過程最終由微生物功能基因控制，蛋白酶在氨化過程中起重要作用，蛋白酶基因包括apr、npr等基因.由圖6（b）可知，厭氧耐鹽菌體系中的apr基因（0.0181%）相對(duì)豐度最高，而apr存在于Pseudomonas中；Flavobacterium是許多土壤中的主導(dǎo)蛋白水解細(xì)菌，可以分泌中性金屬蛋白酶[31]，而厭氧活性污泥+厭氧耐鹽菌體系中npr基因（0.0082%）的相對(duì)豐度最高，也在基因水平上進(jìn)一步證明Flavobacterium是有機(jī)氮降解的關(guān)鍵菌屬，因此，推測(cè)npr基因表達(dá)更有利于高鹽條件下有機(jī)氮的降解.

如圖6（c）所示，Truepera、Paracoccus為好氧體系中的優(yōu)勢(shì)菌屬，其在不同體系下的相對(duì)豐度變化情況與污染物去除效果保持一致.氨單加氧酶是氨氮氧化成亞硝酸鹽的硝化作用中限制性步驟的關(guān)鍵酶，由amoA，amoB和amoC編碼的3 個(gè)亞基組成，有研究發(fā)現(xiàn)，自養(yǎng)硝化菌中存在amoA基因[32]，編碼羥胺氧化酶的編碼基因hao是硝化過程中關(guān)鍵基因，能將羥胺氧化成亞硝酸鹽[33].如圖6（d）所示，好氧活性污泥+好氧耐鹽菌體系中amo、hao基因，硝酸鹽還原基因napA、napB、nasA、narG、narF、narI的相對(duì)豐度均高于另外兩個(gè)體系，其相對(duì)總豐度分別為0.0023%和0.0476%，硝酸鹽還原酶可將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽[34]；好氧耐鹽菌強(qiáng)化活性污泥體系后，其亞硝酸鹽還原基因nirS、nirA、nirD相對(duì)豐度均有顯著上升，相對(duì)豐度為0.0357%，亞硝酸鹽還原酶也是反硝化過程的關(guān)鍵酶，將亞硝態(tài)氮還原轉(zhuǎn)化為NO[35].綜上所述，好氧耐鹽菌強(qiáng)化活性污泥體系后各基因的相對(duì)豐度都有明顯的優(yōu)勢(shì)，脫氮效率顯著提高.

3 結(jié)論（Conclusion）

（1）厭氧耐鹽菌+厭氧活性污泥體系對(duì)有機(jī)氮轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到97%，好氧耐鹽菌+好氧活性污泥體系出水NH4+-N、TN 濃度分別為1.4 mg·L?1、9.4 mg·L?1，好氧出水經(jīng)臭氧催化氧化后，最終出水COD 濃度為56 mg·L?1，均滿足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）中表2 規(guī)定水污染物排放濃度限值.GC-MS 結(jié)果可以進(jìn)一步得出，臭氧催化氧化可以提高對(duì)有機(jī)物的處理效果，降低出水有機(jī)物的濃度.

（2）微生物群落分析表明，厭氧條件下，F(xiàn)lavobacterium是反應(yīng)體系在高鹽條件下有機(jī)氮轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的菌屬；好氧條件下，Truepera、Paracoccus是高鹽條件下維持較高的氨氮、總氮去除效果的主要菌屬.

（3）厭氧體系中，耐鹽菌的強(qiáng)化提高了npr基因的相對(duì)豐度，推測(cè)該基因表達(dá)更有利于高鹽條件下有機(jī)氮的降解；好氧體系中，耐鹽菌強(qiáng)化后，硝化（amo、hao）與反硝化基因（nap、nar、nir、nor）的相對(duì)豐度較其他兩個(gè)體系均有明顯上升，更有利于維持NH4+-N、TN 的高效去除效果.