3微生物菌群多樣性


本研究取階段Ⅲ末期的泥樣進行高通量檢測，通過對連續流系統中的樣品進行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等的研究結果一致，說明樣品中微生物種群結構復雜度高。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值，可得出結論缺氧/好氧交替連續流系統有著較高的微生物多樣性，其微生物群落結構復雜度較高。


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），本研究中重點研究了相對豐度大于0.5%的細菌群落。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%）。第二優勢菌門為擬桿菌門Bacteroidetes，為反硝化產堿菌，屬化能有機營養型，能夠降解某些復雜的固體有機物（纖維素、脂類和蛋白質等），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，分析了連續流脫氮除磷系統的微生物群落結構。分類結果如表6所示，功能菌群有氨化細菌、氨氧化菌（AOB）、亞硝酸鹽氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNB）、異養硝化~好氧反硝化細菌（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關鍵功能菌群


結合功能菌群的分類結果，建立缺氧/好氧交替連續流系統對實際城鎮生活污水的污染物去除模型如圖7，首先生活污水中的復雜有機物首先通過Ferribacteriu屬和Ferruginibacter屬水解為VFA.污水中的氮分為有機氮和無機氮，污水中的有機氮通過Bdellovibrio屬和OM27_clade屬的氨化作用分解含氮有機化合物釋放NH4+-N，這些細菌具有循環利用有機氮的作用，其中OM27_clade屬隸屬于球孢菌科（Bdellovibrionaceae）的OM27進化枝成員，是未經培養的微生物群。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屬進一步硝化成NO3--N，同時還有全程硝化細菌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，在顆粒污泥中發現了幾種反硝化細菌，第一種是利用VFA進行反硝化的細菌，有以VFA中的乙酸為碳源進行反硝化的Halomonas屬和Comamonas屬、也有利用其它VFA進行反硝化的Zoogloea屬、SM1A02屬、Lautropia屬、Haliangium屬和Flavobacterium屬，第二種是自養反硝化細菌，有利用硫基進行自養反硝化的Thiothrix屬和Sulfuritalea屬，也有利用鐵進行自養反硝化的Ferruginibacter屬，第三種是直接利用污水中復雜有機碳源進行反硝化的Denitratisoma屬?？梢?，由于實際生活污水中的有機碳大部分以復雜化合物（如蛋白質，脂類和多糖）的形式存在，所以在連續流系統中發現了多種利用不同碳源的反硝化細菌，促進了生活污水中各種碳源的利用。

圖7缺氧/好氧交替連續流系統對實際城鎮生活污水的污染物去除模型


此外，3種與除磷相關的主要功能菌：Saprospiraceae科、Flavobacteriaceae科和Halomonas科在厭氧狀態下攝取水中VFA將其轉化為PHA儲存在胞內，釋放PO4+-P，好氧狀態下將PO4+-P過量攝取并轉化為Poly-P的形式儲存在胞內。綜上，在系統中發現了與脫氮除磷相關的11種主要功能細菌，所以在此缺氧/好氧交替連續流系統中微生物種群和群落結構的多樣性使得連續流反應器有著較好的同步脫氮除磷性能。


4結論


本研究表明，以實際生活污水為進水基質的連續流系統，以空間上形成缺氧/好氧環境的間歇運行方式運行有著較好的脫氮除磷性能，較小的曝氣強度（0.6mL·min-1）和適當的水力停留時間（9h）條件下更有利于污染物的去除，進水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%.整個系統在此條件下能夠穩定運行，好氧顆粒污泥形態完整，沉降性能良好。采用EEM-PARAFAC模型對不同階段的EPS進行表征分析，結果表明縮短HRT將使可生物降解的蛋白質水解為小分子或是出現了細胞的裂解，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菌或活性受到了抑制，水力停留時間相對于曝氣強度對連續流系統有更大的影響。并在系統中發現了與脫氮除磷相關的11種主要功能菌。


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）