Page 183 - 《精细化工》2020年第2期
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第 2 期                     王维红，等:  粒径对番茄酱废水好氧颗粒污泥性能的影响                                    ·385·


            径较小，而根据 JANG 等        [26] 的研究，硝化菌分布在颗             和 42.99%，在总的微生物菌群数量中占主导地位，
            粒内部 300  μm 左右，所以较小粒径的颗粒中硝化菌                       梭状芽孢杆菌（Clostridia）仅占 4.27%。在样品 W 2
            数量少，导致硝化能力有限。反应结束时，0.45~1.00、                      中，Betaproteobacteria 的序列数量减少到 25.55%，
            1.0~1.6、1.6~2.0、2~8 mm 的颗粒污泥系统中剩余                  相反，Clostridia 的丰度增加到 5.89%。然而，
               +
            NH 4 -N 的质量浓度分别为 12.2、4.35、3.92、7.22 mg/L，         Betaproteobacteria 和 Alphaproteobacteria 仍然是主
                   +
            对 NH 4 -N 的去除分别为 77.4%、91.9%、92.7%、                要的优势菌，W 3 中微生物群落结构发生明显变化，
            86.6%。2~8 mm粒径的颗粒污泥与1.0~1.6和1.6~2.0 mm             并且 γ-变形菌（Gammaproteobacteria）成为最优势菌
                                          +
            粒径范围的颗粒污泥相比，对 NH 4 -N 的去除能力较                       （丰度 22.60%），其次是拟杆菌（Bacteroidetes），占
            低。这是因为粒径过大，基质和 DO 难以克服颗粒                           16.80%、Alphaproteobacteria （丰度 16.34%）和 Clostridia
            的传质阻力，无法到达颗粒内部，不能为微生物硝                             （丰度 15.74%）。在 W 4 中，Betaproteobacteria 增加到
            化反应提供充足的 DO。LI 等           [27] 认为，颗粒粒径大           48.07%，再次成为优势菌，其次是 Gammaproteobacteria
            于 1 mm，对 DO 的扩散限制明显，出现缺氧区与好                        （丰度 13.08%）、Clostridia（丰度 10.05%）。在 W 5
            氧区共存现象，加强了同步硝化和反硝化作用，这时                            中， Betaproteobacteria 、 Gammaproteobacteria 、
            颗粒粒径的增加对硝化反硝化作用更加明显。李志华                            Clostridia 丰度继续呈 上升趋势， 分别增加至
                                         +
                                                –
                                                        –
            等 [28] 研究发现，硝化过程中 NH 4 -N、NO 2 -N、NO 3 -N          48.61% 、 14.73% 、 11.11% 。 表明主要功能 菌有
            等的变化与颗粒粒径大小和数量有很大的关系，粒                             Candidatus Accmulibacteria（Betaproteobacteria 纲属水
            径越小，数量越多，转化为硝酸盐的量越多。由此                             平）和 Pseudomonas（Gammaproteobacteria 纲属水
            可以推论，1.6~2.0 和 1.0~1.6 mm 的颗粒污泥尺寸较                 平），它们已经被 OEHMEN 等          [30] 和 HESSELMANN
            小，微生物活性高，新陈代谢旺盛，合成过程中消耗                            等 [31] 验证为聚磷菌，是污水中生物除磷的主要降解
                    +
            大量 NH 4 -N，利于提高系统脱氮效率。                             菌。由此得出结论，在降解番茄酱生产废水过程中，
                                                                    3–
                 在处理番茄酱生产废水过程中，0.45~1.00 mm                    对 PO 4 -P 降解性能由高到低依次为：1.6~2.0 mm 颗
                                3–
            的颗粒污泥系统对 PO 4 -P 的降解效能最低，反应前                       粒污泥> 1.0~1.6  mm 颗粒污泥>2~8 mm 颗粒污泥
                       3–
                                                     3–
            30 min，PO 4 -P 下降较快，240 min 后，其 PO 4 -P 质          >0.45~1.00 mm 颗粒污泥>絮状污泥。在降解番茄酱
            量浓度为 2.97 mg/L，去除率为 69.5%，而 1.0~1.6、               生产废水的污泥颗粒化进程中，对应 5 个不同粒径
                                                  3–
            1.6~2.0、2~8 mm 的颗粒污泥系统中，PO 4 -P 质量                 时期的样品 W 1 、W 2 、W 3 、W 4 、W 5 进行细菌 16S rDNA
            浓度分别为 0.38、0.08、0.54 mg/L，去除率分别达                   高通量测序得到了不同时期细菌的纲水平分布，其
            96.1%、99.2%、94.5%，具有卓越的除磷效果。这                      结论为：1.6~2.0 mm 颗粒污泥和 1.0~1.6 mm 颗粒污
            是因为粒径较大的颗粒存在传质阻力，使得好氧颗                             泥时期样品的聚磷菌为优势菌，故从微生物学角度
            粒污泥由内向外依次存在厌氧层、缺氧层和好氧层，                            得出的结论和前述不同粒径期的颗粒污泥除磷效果
            这种独特的分层结构为厌氧菌、兼性厌氧菌和好氧                             的结论相一致。同时表明，粒径大小的变化伴随着
            菌同时提供适宜的生存空间，使好氧颗粒污泥具有                             传质与供氧条件的差异，使得颗粒中的好氧、厌氧
            潜在的反硝化除磷功能。而 2~8 mm 颗粒除磷能力                         和兼氧层厚度及各菌种的数量出现差异                  [32] ，是各菌
            低于 1.0~1.6、1.6~2.0 mm，是因为主要分布于颗粒                   种为适应环境条件的变化而做出的自然选择结果。
            内部缺氧或厌氧层的反硝化菌在内部 800~900  μm                       3   结论
            处 [26] ，粒径过大，传质阻力大，细菌长期进行内源
            呼吸，造成活性下降，形成空洞，降解能力下降。4                               （1）成熟的颗粒污泥表面聚集较多的球菌，菌
                              3–
            组粒径系统中，PO 4 -P 浓度下降的同时都伴随着                         落的类型可能与培养基质有关。0.45~1.00 mm 的颗
               +
            NH 4 -N 浓度的下降，说明吸磷和硝化过程同时进行。                       粒形状不规则，颗粒粒径越大，形状越趋于球状。
                 本实验室在处理番茄酱生产废水絮状污泥颗粒                          2~8 mm 的大颗粒污泥虽然表面沟壑较多，出现孔
            化过程中进行了高通量测序             [29] ，在降解番茄酱生产            隙，但颗粒内部未形成空洞，理化性质并未恶化，
            废水絮状污泥颗粒化进程中，5 个不同粒径时期的                            系统稳定性能维持较好，孔隙的存在可能为内部物
            样品进行细菌 16S rDNA 高通量测序得到 W 1 （絮状                    质的运输以及颗粒内部微生物代谢产物的排出提供
            污泥）、W 2 （0.45~1.00 mm）、W 3 （1.0~1.6 mm）、           条件。
            W 4 （1.6~2.0 mm），W 5 （2~8 mm）样品的不同时期细                 （2）处理番茄酱生产废水的 AGS 系统，AGS
            菌 的纲水平 分布。在 W 1 中 ， 两 类变形菌 纲                       的平均沉降速度和湿密度随粒径的增大而增大，颗
            （Proteobacteria）中 α-变形杆菌（Alphaproteobacteria）      粒整体较密实，强度较大；含水率随粒径的增大而
            和 β-变形菌（Betaproteobacteria）丰度分别为 14.50%            减小，颗粒粒径较大的颗粒污泥大大减少了剩余污
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