1材料與方法


1.1實驗裝置與運行參數


本研究采用的是由非曝氣池和曝氣池串聯組成的缺氧/好氧交替連續流反應器，反應器均由有機玻璃制成，其中曝氣池由好氧區和顆粒污泥選擇區組成，非曝氣池由缺氧區組成。為保留生物質，本研究采用系統內部形成的水力剪切力（機械攪拌及曝氣）完成缺/好氧區的交替過程從而代替蠕動泵壓破顆粒的不利影響，其中回流比通過控制閥門開關來計算。顆粒污泥選擇區為在好氧區內置的顆粒污泥選擇裝置，其特殊構造使其更好進行泥水分離防止氣泡進入選擇區內，然后使沉降的顆粒污泥返回好氧區，實現污泥的回收。內部選擇裝置由兩部分組成：①圓柱形的腔室，在外部有7個排污口，用于排放水和污泥。②在腔室的底部有2個對稱的三角形交換孔和1個特殊的擋板，利于顆粒的沉淀。


首先生活污水由水泵進入缺氧反應區（圖1中b區），然后經過缺氧攪拌的生物反應后，帶有顆粒污泥的廢水流入好氧反應區（圖1中a區）。在顆粒污泥選擇區（圖1中c區）中，沉淀性能較好的顆粒污泥在沒有水泵提供任何壓力的情況下會自動回落到好氧區（圖1中a區），實驗裝置如圖1所示，各部分體積如表1所示。反應器具體運行參數見表2.

1.2接種污泥與實驗用水


反應器接種實驗室培養的成熟好氧顆粒污泥，反應器初始混合液濃度為2950 mg·L-1.本實驗用水為北京市某家屬區化糞池污水，各項水質指標見表3.

表3實驗用水水質特征/mg·L-1


1.3分析及計算方法


檢測反應器出水碳、氮和磷的濃度，其中化學需氧量（COD）和總磷（TP）測定采用SB-3B型COD多參數快速測定儀，氨氮（NH4+-N）測定采用納氏試劑光度法，亞硝酸鹽氮（NO2--N）測定采用N-（1-萘基）~乙二胺光度法，硝酸鹽氮（NO3--N）測定采用紫外分光光度法。pH、DO和氧化還原電位（ORP）監測采用丹麥Unisense微電極。MLSS按照稱重法測定。顆粒粒徑采用Mastersize 2000型激光粒度儀測定。


本實驗中HRT和回流比（R）按下式計算：

HRT=反應器體積/進水流量

回流流量的測定按照管中流速及橫截面積計算。

回流比(R)=回流流量/進水流量

1.4 EPS提取方法


胞外聚合物（EPS）是按照改良的熱提取方法提取，首先在室溫下取30 mL顆粒污泥于50 mL離心管用4000g的作用力離心10 min，脫水后，顆粒污泥混合物用緩沖液定容到30 mL.懸浮液在4000g作用力下再次離心15 min，去除上清液。隨后，用上述緩沖溶液重新定容至30 mL.將顆粒污泥懸浮液在水浴中加熱至60℃，30 min，每隔10 min搖動1次，再將顆粒污泥混合物在20000g和4℃下離心20 min.進行3次樣品平行測試。胞外聚合物中蛋白質（PN）采用Lowry法測定，多糖（PS）采用蔥酮硫酸法測定。


1.5三維熒光和平行因子分析


在本研究階段，對不同階段顆粒污泥的EPS進行了三維熒光掃描，采用掃描參數為：激發/發射波長間隔10 nm，掃描速度15000 nm·min-1，激發帶寬及發射帶寬為10 nm，增益（PMT）為550 V，自動匹配響應時間。得到掃描數據組后，采用Stedmon和Rasmus Bro開發的MALAB toolbox DOM Fluor對得到的結果進行平行因子法建模。根據每個模型的殘差確定每個樣品中的組分數。


其他參數也用于深入分析數據：實驗計算出腐殖化指數（HIX）以衡量腐化度。HIX的計算基于Ex在255 nm處Em為435——480 nm和300——345 nm的發射光譜面積之比。此外，根據McKnight等的研究，具有較低芳香性的微生物衍生的富里酸比有機或土壤來源的富里酸吸收更少的可見光和紫外線。因此，Johnson等開發了一種使用熒光指數（FI）的計算方法，該方法高度概括了溶解有機物（DOM）的信息。熒光指數的計算是基于Ex在370 nm處Em為470 nm和520 nm的熒光發射強度之比。


1.6微生物分析


此外，本章研究取系統階段Ⅲ末期的好氧顆粒污泥為樣品，對連續流系統中的微生物種群特性分析，樣品于50 mL離心管中在~20℃下保存。高通量測序及系統發育樹的繪制工作由ALLWEGENE公司（中國，北京）完成，其DNA提取、PCR擴增、高通量測序及數據處理過程如文獻所述，使用E.Z.N.ASoil DNA試劑盒（OMEGA，Norcross，GA，USA）進行DNA的提取和純化，提純過的DNA在1%的瓊脂膠內電泳。細菌的16s RNA擴增用探針為：336-F（5′~GTACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）和806-R（5′~GTGGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′），測序區段為V3-V4，使用TransGenAP221-02：TrasStart Fastpfu DNA擴增試劑盒（TransGen Biotech，中國，北京）。原始數據使用Mothur和QIIME處理。每個樣品中得到大于150000個序列，每個序列440 bp.得到的有效基因序列從門到屬進行歸類，操作分類單元（operational taxonomic units，OTUs）聚類時取變異系數3%.并使用Chao 1指數及Shannon指數進行系統多樣性表征。接著對OTU進行歸類，分析系統中微生物的功能菌群。


HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（一）

HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（二）

HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（三）

HRT和DO、曝氣強度、水力停留對好氧顆粒污泥連續流系統的影響（四）