晚期垃圾渗滤液MBR亚硝化系统中细菌及功能菌的多样性

垃圾渗滤液具有高氨氮、成分复杂,并且含有毒性有机物和重金属等[1-2]特点.依据填埋时间的长短,垃圾渗滤液分为早期、中期和晚期.晚期垃圾渗滤液为典型的高氨氮、低碳氮比污水,可生化性较差，其中含有的毒性有机物以及重金属等物质会对系统的微生物多样性造成影响[3-4].晚期垃圾渗滤液的这些水质特点，使得利用微生物反应器对其进行脱氮处理成为难点.

采用亚硝化与厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)组合技术脱氮已经越来越多地被应用到高氨氮、低碳氮比污水的处理中.该组合工艺能够实现脱氮的关键是亚硝化的实现及稳定运行.氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)是世代周期较长的自养菌[5],其快速富集则是实现稳定亚硝化的关键.采用膜生物反应器(membrane bioreactor，MBR)工艺可快速实现亚硝化.

Xue等[6]在限氧条件下启动MBR的亚硝化处理模拟废水,并考察了亚硝化影响因素.然而目前,针对晚期垃圾渗滤液的MBR亚硝化的研究较少[7],对其稳定运行情况下微生物多样性分析的报道更为罕见.而微生物在亚硝化过程中起着至关重要的作用,对系统中微生物多样性及群落结构的分析有助于深入了解亚硝化机理,从而为亚硝化的稳定运行提供指导.

分子生物学技术的深入发展，克服了传统微生物技术培养周期长、工作量大、无法分离未培养微生物等局限，而分子生物学技术在水处理方向的应用，使对处理系统中微生物种类和遗传信息多样性的研究进入一个新的阶段.

16SrDNA克隆文库技术在无须对微生物进行纯种分离的情况下，可以通过提取样品中微生物DNA或直接在原位对微生物进行检测分析[8].克隆文库通过测定目标序列并与已知序列进行比对确定微生物的种属，并根据文库中克隆子出现频率确定样品中种群组成比例.

Shen等[9]考察了MBR运行300d的亚硝化性能及其微生物群落变化.本实验拟在MBR中逐步实现晚期垃圾渗滤液原液的亚硝化,并结合克隆文库技术对稳定运行的MBR亚硝化系统中总细菌及功能菌AOB的群落结构进行分析,以期为晚期垃圾渗滤液亚硝化系统中细菌菌群及功能菌的研究提供一定参考,并指导运行.

1材料与方法

1.1实验装置与样品采集

实验采用膜生物反应器,反应器的有效容积为25L.内置孔径为0.1μm、面积为0.5m2的聚偏氟乙烯中空纤维膜.实验进出水通过可编程逻辑控制系统进行控制,产水方式采用恒通量过滤间歇抽吸方式,膜通量为2.28L/(m2˙h),抽吸周期为10min(8min抽吸,2min停止).

膜组件下部设置曝气装置,采用转子流量计控制曝气量为40~160L/h.通过膜压力(transmembrane pressure，TMP)判断膜污染程度.反应器安装真空表(津制00000578型,天津)测量膜内压力.温度控制在(30±1)℃,水力停留时间设置为22h.实验中采用的垃圾渗滤液为北京某垃圾填埋厂的渗滤液,填埋年限大于5a,为晚期渗滤液.具体水质如表1所示.

表1垃圾渗滤液水质情况

MBR反应器在105d时已经实现晚期垃圾渗滤液原液的亚硝化并稳定运行,此时，系统出水NO2--N质量浓度为866.14mg/L,NO2--N积累率为98.22%;在105~126d的平均出水NO2--N质量浓度为871.25mg/L,平均NO2--N积累率为97.18%.具体运行数据如图1所示，取稳定运行时期(120d时)的污泥进行克隆文库分析.

图1MBR系统运行数据

1.2试验方法

1.2.1DNA提取

取适量泥样于1.5mLEp管中,12000r/min离心5min,弃上清液.用分析天平称取0.2~0.3g离心后泥样于一支新的Ep管中,用于提取细菌DNA.采用Ezup柱式基因组DNA抽提试剂盒(上海生工)进行DNA提取.DNA提取完成以后,用1.2%琼脂糖凝胶跑胶验证是否提取成功.剩余的DNA置于-20℃保存.

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