500噸的地埋式一體化污水處理設(shè)備

隨著我國環(huán)境問題的日益凸現(xiàn)，工業(yè)廢水和生活污水厭氧生物處理技術(shù)受到越來越多關(guān)注.與好氧生物處理技術(shù)相比，厭氧生物處理技術(shù)具有占地面積小、污泥產(chǎn)率系數(shù)低、運行費用少和可回收能源等優(yōu)點.隨著第三代高效厭氧反應(yīng)器的發(fā)展，厭氧生物處理技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果.

一般來講，厭氧反應(yīng)器處理高濃度有機廢水具有天然優(yōu)勢，較高的污泥濃度可以保證反應(yīng)器在高容積負荷條件下穩(wěn)定運行，高濃度有機物為微生物提供了充足的代謝基質(zhì)，產(chǎn)生的大量甲烷氣體同時有利于促進系統(tǒng)內(nèi)的傳質(zhì)作用.但對于處理污染物濃度較低的城市生活污水，厭氧反應(yīng)器的容積負荷和污泥負荷均明顯降低，在低負荷條件下，厭氧反應(yīng)器的運行特征和微生物代謝特性均可能發(fā)生較大改變，如低基質(zhì)濃度條件下顆粒污泥由于營養(yǎng)物質(zhì)的匱乏是否會出現(xiàn)解體和絮狀化，進而反應(yīng)器對污染物去除效率是否會明顯降低等這些不確定性，意味著實現(xiàn)厭氧反應(yīng)器高效率處理城市生活污水依然具有較大的挑戰(zhàn)性.

本實驗采用自主研發(fā)的強化循環(huán)厭氧反應(yīng)器 (SCAR) 處理模擬城市生活污水，在穩(wěn)定的上升流速 (Vup) 條件下，研究厭氧生物處理城市生活污水的可行性和反應(yīng)器的運行特性. SCAR反應(yīng)器在空間上將反應(yīng)器分為主體反應(yīng)區(qū)和精細反應(yīng)區(qū)，并通過外循環(huán)作用改善反應(yīng)器的傳質(zhì)作用.本實驗考察了HRT對反應(yīng)器處理效能的影響，探討反應(yīng)器運行過程中顆粒污泥的粒徑分布、SMA和輔酶F420及EPS等污泥性狀的變化特征，并借助高通量測序技術(shù)分析反應(yīng)器不同時空條件下微生物菌群結(jié)構(gòu)分布特點及其演變過程.本實驗結(jié)果可為驗證厭氧生物處理城市生活污水的可行性提供依據(jù)，有利于拓展厭氧生物處理的應(yīng)用領(lǐng)域，以期為城市生活污水處理帶來高效、低能耗、低占地面積的新途徑.

1 材料與方法1.1 實驗用水

本實驗使用的模擬城市生活污水，COD濃度在450 mg·L-1左右，氨氮和總氮濃度分別為28 mg·L-1、57 mg·L-1左右，總磷5 mg·L-1左右;配制生活污水的主要成分如下 (mg·L-1)：蔗糖，200;馬鈴薯淀粉，100;奶粉，30;蛋白胨，100;豆油，10;牛肉汁，30;尿素，5;NH4Cl，100;K2HPO4，20;CaCl2，5;FeSO4·7H2O，5.8;MgSO4·7H2O, 6，同時加入適量的微量元素.為了使模擬生活污水具有一定的pH緩沖能力，加入適量的NaHCO3.

1.2 接種污泥

本實驗接種泥取自某造紙廠IC反應(yīng)器中的厭氧顆粒污泥.污泥的平均粒徑為2.19 mm，MLSS為48.45 g·L-1，MLVSS/MLSS為0.79，沉降性能良好.在反應(yīng)器啟動前，接入28 L的接種污泥，約占反應(yīng)器總?cè)莘e的2/5.

1.3 實驗裝置與運行程序

本實驗裝置如圖 1所示.

圖 1 SCAR處理生活污水流程示意

SCAR由有機玻璃加工而成，直徑0.2 m，高2.0 m，有效容積70 L.反應(yīng)器自下而上設(shè)5個取樣口，各個取樣口距離反應(yīng)器底端距離分別為25、60、100、140和170 cm，分別命名為A號、B號、C號、D號、E號取樣口.生活污水經(jīng)計量泵從底部進入反應(yīng)器，通過反應(yīng)器主體反應(yīng)區(qū)和精細反應(yīng)區(qū)處理后由出口排出;外循環(huán)污水通過恒溫水浴箱加熱，維持反應(yīng)器內(nèi)部溫度在30℃±1℃;三相分離器分離排出的氣體經(jīng)濕式氣體流量計計量后排放.

反應(yīng)器共運行120 d，由100 d運行階段和20 d恢復(fù)階段組成.實驗過程中，關(guān)閉反應(yīng)器的內(nèi)循環(huán)，只通過外循環(huán)泵控制系統(tǒng)的循環(huán)量，維持污水在反應(yīng)器中的上升流速 (Vup為空塔速度) 為4 m·h-1的條件下運行，并以縮短HRT的方式逐步提高反應(yīng)器容積負荷.

1.4 分析項目及方法

COD、MLSS、MLVSS的測定采用標準方法;輔酶F420：紫外分光光度法;產(chǎn)甲烷活性 (SMA) 采用史氏發(fā)酵法[12];顆粒污泥粒徑分布采用篩分法;揮發(fā)性脂肪酸 (VFAS) 測定采用氣相色譜法測定 (氣相色譜儀：gc7890，15 m×0.53 mm FFAP)，測樣前甲酸酸化 (pH < 2);厭氧顆粒污泥的胞外聚合物 (EPS) 采用熱提法進行提取，多糖含量采用蒽酮-硫酸法測量，蛋白質(zhì)含量采用BCA法測量.

采用高通量測序技術(shù)進行基因組測序.首先采用E. Z. N. ATM Mag-Bind Soil DNA Kit (OMEGA) 提取總DNA.利用Qubit2.0 DNA (Life) 檢測試劑盒對基因組DNA精確定量，以確定PCR反應(yīng)應(yīng)加入的DNA量.擴增對象為16S rDNA 的V3-V4區(qū).細菌PCR擴增所用的引物為通用引物341F-805R;古菌通過巢式PCR擴增，*輪擴增所用引物為M-349F，GU1ST-1000R，第二輪PCR所用的引物為通用引物349F-806R. PCR實驗結(jié)束后，其產(chǎn)物進行瓊脂糖電泳檢測，然后用磁珠法進行純化回收.后利用Qubit2.0 DNA檢測試劑盒對回收產(chǎn)物精確定量，按照1:1的等量混合后取樣上機測序，測序由上海生工生物工程公司完成.對測序結(jié)果進行分析處理，首先通過Barcode (標簽序列) 區(qū)分樣品序列，并對各樣本序列進行質(zhì)量控制，去除非靶區(qū)域的序列及嵌合體.然后基于97%相似度下進行OTU (操作分類單元) 聚類，獲取每一個OTU的代表性序列，通過RDP分析進行物種注釋，計算每個樣本在不同分類等級下的相對豐度.后繪制物種豐度圖.

2 結(jié)果與討論2.1 不同負荷條件下SCAR的處理效能

SCAR中接種厭氧顆粒污泥，在HRT=15 h、反應(yīng)器容積負荷為0.7 kg·(m3·d)-1條件下啟動反應(yīng)器.反應(yīng)器啟動后的前20 d內(nèi)，反應(yīng)器對污染物的去除效率隨時間基本呈現(xiàn)高低起伏，但總體上呈逐漸增加趨勢，至20 d時污水COD去除效率基本穩(wěn)定在75%左右，另外反應(yīng)器出水中僅含少量VFAs，實現(xiàn)了對SCAR的啟動運行.

通過改變HRT，將SCAR的容積負荷分4個階段逐漸由0.7 kg·(m3·d)-1提升至0.89、1.18、1.77及2.7 kg·(m3·d)-1，對應(yīng)HRT分別為12、9、6和4 h.由圖 2(a)可見，在HRT分別為12、9和6 h時，每次提高容積負荷后的1~3 d內(nèi)，由于代謝底物量的增加和負荷改變對微生物空間相對位置的擾動，反應(yīng)器對污水COD去除效果變差，但隨著反應(yīng)器的運行，微生物逐漸適應(yīng)了新的負荷條件，污水COD去除率逐漸回升.而隨著HRT的縮短，減少了代謝底物的生化反應(yīng)時間，反應(yīng)器對污水COD的平均去除率會有所降低，但下降幅度較小，反應(yīng)器對COD平均去除率基本可以維持在75%以上.隨著污水HRT降低至4 h，在此條件下運行的20 d內(nèi)，反應(yīng)器出水平均COD由107 mg·L-1提高到209 mg·L-1，COD去除率由75.3%降低到50.8%，而且出水中一直含有大量VFAs，這說明較短的HRT無法滿足厭氧酸化作用生成的有機酸類物質(zhì)進行充分堿性發(fā)酵所需的反應(yīng)時間.隨后將HRT調(diào)至12 h，反應(yīng)器運行狀況迅速好轉(zhuǎn)，COD去除率很快回升到75%左右.由此可見，在保證代謝基質(zhì)充分生物降解時間條件下，SCAR反應(yīng)器對一定范圍內(nèi)變化的容積負荷具有良好的適應(yīng)能力;本實驗條件下，HRT=6 h可以保證SCAR對生活污水具有良好的處理效率.

(a) 進出水COD、COD去除率、進水負荷;(b) 揮發(fā)性脂肪酸

圖 2 SCAR在不同HRT條件下的處理效果和運行狀況

在有機物厭氧生物降解過程中，VFAs的產(chǎn)生主要和進水水質(zhì)、反應(yīng)器類型以及HRT等有關(guān).由圖 2(b)可見，隨著反應(yīng)器HRT的減小和容積負荷的提高，反應(yīng)器出水中的VFAs含量也相應(yīng)增加，分析其原因有二，其一是代謝底物量的增加，其二是堿性發(fā)酵時間的縮短;HRT為15、12、9和6 h時，反應(yīng)器可以實現(xiàn)對生成有機酸的充分代謝，但HRT為4 h時，VFAs開始出現(xiàn)明顯積累，尤其乙酸含量的增加特別明顯.這表明，較短的HRT可以充分完成對生活污水代謝底物的水解酸化過程，但是實現(xiàn)充分的堿性發(fā)酵作用必須要保證一定的代謝反應(yīng)時間，產(chǎn)甲烷的堿性發(fā)酵過程是厭氧反應(yīng)的限制階段.在圖 2(b)還可以看見，在充足的HRT條件下 (HRT不小于6 h)，反應(yīng)器出水中均有乙酸或者丁酸出現(xiàn)，而未檢測出丙酸和戊酸.根據(jù)甲烷細菌代謝底物類型的不同，可以將產(chǎn)甲烷生化代謝分為還原CO2途徑、乙酸途徑和甲基營養(yǎng)途徑;由此可以推測堿性發(fā)酵過程中酸類物質(zhì)的可能代謝途徑：丙酸通過裂解生成甲基和乙酸，而戊酸裂解生成甲基和丁酸，而生成的甲基和部分乙酸進入乙酸途徑被代謝，從而造成了系統(tǒng)中乙酸和丁酸的少量累積.

2.2 不同負荷條件下SCAR反應(yīng)器顆粒污泥的特性2.2.1 各階段污泥的粒徑分布和污泥濃度的比較

粒徑分布是反映厭氧顆粒污泥特性的重要參數(shù)之一，粒徑大小影響著微生物分布狀況與有機物的傳質(zhì)效果，也可以反映出污泥的營養(yǎng)狀況[3];SCAR運行期間反應(yīng)器主體反應(yīng)區(qū)顆粒污泥粒徑 (φ) 分布和污泥濃度隨HRT的變化情況見圖 3.
圖 3 SCAR運行過程中的粒徑分布和污泥濃度的變化情況

在接種的顆粒污泥中，φ>1 mm的顆粒污泥比例占90%，φ>2 mm的顆粒污泥比例占60%;在HRT=12 h運行階段，φ>1 mm的比例降至80%，φ>2 mm的比例下降至47%;HRT=6 h時，φ>1 mm的比例回升至81%，粒徑在1~2 mm間的顆粒污泥已經(jīng)由接種時的30%提高至44%;HRT=4 h時，φ>1 mm的比例已經(jīng)提高至86%，其中φ1~2 mm的污泥已經(jīng)占了52%，而且φ < 1 mm的比例相比前一個周期也降低了5%.整個實驗期間，顆粒污泥粒徑變化的基本趨勢是小顆粒 (φ < 1 mm) 與大顆粒污泥 (φ>2 mm) 逐漸減小，而中間粒徑污泥 (φ在1~2 mm之間) 的量逐漸增多.反應(yīng)器運行前期接種泥粒徑較大，低濃度的生活污水提供的營養(yǎng)不足，大顆粒污泥因為得不到充分代謝底物容易在內(nèi)部形成空腔，進而破碎形成較小粒徑污泥;營養(yǎng)物質(zhì)進入小粒徑顆粒污泥時阻力相對較小，小顆粒污泥容易成長，而更加細小污泥在較高上升流速 (Vup) 條件下也容易被洗出，這些綜合作用造成了中間粒徑顆粒污泥比例的增加.

隨著容積負荷提高，反應(yīng)器污泥濃度變化和φ>1 mm顆粒污泥變化趨勢*.在反應(yīng)器啟動階段，主體反應(yīng)區(qū)接種泥濃度為52.19 g·L-1，在進水負荷較低條件下，微生物負荷較低，內(nèi)源呼吸作用處于主導(dǎo)地位，反應(yīng)器運行10 d后污泥濃度急劇下降至45.34 g·L-1，在HRT=9 h階段反應(yīng)器污泥濃度低下降到39.29 g·L-1.但HRT=6 h時，隨著污泥負荷的增加，系統(tǒng)微生物量呈現(xiàn)增加狀態(tài)，污泥濃度回升至46.15 g·L-1.在本實驗條件下，HRT=6 h可以確保SCAR系統(tǒng)污泥具有良好的穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)對污染物具有較高的去除效率.

2.2.2 顆粒污泥SMA與輔酶F420的比較

輔酶F420和產(chǎn)甲烷活性 (SMA) 是衡量產(chǎn)甲烷菌數(shù)量和活性的重要指標;不同HRT條件下反應(yīng)器主體反應(yīng)區(qū) (A區(qū)) 和精細反應(yīng)區(qū) (D區(qū)) 污泥的輔酶F420和SMA變化情況見圖 4.
圖 4 不同停留時間下顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性和輔酶F420含量

由圖 4可見，反應(yīng)器啟動運行后，在適應(yīng)期主體反應(yīng)區(qū) (A區(qū)) 和精細反應(yīng)區(qū) (D區(qū)) 微生物輔酶F420和SMA均出現(xiàn)降低.而隨著反應(yīng)器的運行，微生物逐漸適應(yīng)了新環(huán)境，隨著HRT的減少和容積負荷的增加，輔酶F420和SMA基本是逐漸增加趨勢 (除HRT由6 h縮短至4 h時，精細反應(yīng)區(qū)的輔酶F420有所降低;可能是反應(yīng)時間太短，來不及反應(yīng)的酸性物質(zhì)累積對輔酶F420產(chǎn)生了抑制作用).一方面，污泥負荷的增加為微生物代謝提供了更多的代謝基質(zhì)，促進了顆粒污泥活性的提高，另一方面，顆粒污泥粒徑的變化也同樣影響著污泥活性，適當?shù)牧椒植技瓤梢员ＷC產(chǎn)甲烷細菌的固定化狀態(tài)，也有利于代謝基質(zhì)和厭氧代謝產(chǎn)物向顆粒污泥內(nèi)部和外部的輸送.在圖 4中，反應(yīng)器上部 (D區(qū)) 的SMA和輔酶含量顯著高于底部 (A區(qū))，精細反應(yīng)區(qū)的設(shè)置強化了反應(yīng)器的產(chǎn)甲烷作用.

2.2.3 各階段顆粒污泥的EPS比較

胞外聚合物 (EPS) 是由微生物分泌的一種復(fù)雜高分子混合物，主要成分是多糖 (PS)、蛋白質(zhì) (PN)、核酸等大分子物質(zhì).對于厭氧顆粒污泥而言，EPS在顆粒污泥的形成和維持顆粒污泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面起著重要作用.實驗期間，反應(yīng)器穩(wěn)定運行時不同HRT條件下厭氧顆粒污泥EPS[包括黏液層EPS (S-EPS)、松散附著EPS (LB-EPS)、緊密黏附EPS (TB-EPS)]含量狀況見圖 5.
圖 5 接種污泥和反應(yīng)器不同HRT條件下污泥EPS的含量

由圖 5可見，反應(yīng)器啟動運行后，顆粒污泥EPS含量較接種污泥出現(xiàn)較大幅度降低，隨著反應(yīng)器容積負荷的提高，顆粒污泥EPS含量基本呈現(xiàn)增長態(tài)勢，特別是TB-EPS增長明顯.在HRT=15 h運行條件下，污泥負荷低，在微生物營養(yǎng)嚴重不足條件下，3種EPS均可以作為營養(yǎng)源供給微生物的新陳代謝作用，此時反應(yīng)器中顆粒污泥的EPS含量與接種泥相比明顯減少，其中TB-EPS含量下降到低的4.48 mg·g-1;污水較大上升流速形成的水力沖刷也為EPS的流失提供了條件.隨著反應(yīng)器污泥負荷逐漸增大，顆粒污泥S-EPS、LB-EPS、TB-EPS濃度均不斷增加，營養(yǎng)條件的改善是顆粒污泥EPS濃度增加的主要原因.

TB-EPS位于顆粒污泥內(nèi)部，對于維系細胞間良好黏附能力和保證顆粒污泥穩(wěn)定性作用明顯.隨著容積負荷的增加，TB-EPS含量較HRT=15 h時的4.48 mg·g-1有明顯增長，在HRT=4 h時提高至10.19 mg·g-1.顆粒污泥的穩(wěn)定性同時也受到EPS中PN和PS比值的影響，在反應(yīng)器運行的前4個階段 (HRT為15、12、9和6 h)，隨著污泥負荷的不斷提高，EPS中蛋白質(zhì)含量逐漸上升，多糖含量變化并不明顯，PN/PS比值逐漸增高，這4個運行階段中顆粒污泥性狀逐漸改善;當HRT=4 h時，EPS中多糖含量顯著增加導(dǎo)致PN/PS的比值明顯降低，其中TB-EPS中PN/PS的比值由HRT=6 h時的4.36下降到1.27，此時的反應(yīng)器運行效果明顯變差.在HRT=4 h條件下，LB-EPS含量增加特別明顯，由HRT=6 h時的2.07 mg·g-1提高至5.38 mg·g-1，較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)使微生物代謝能力增強，分泌出更多的EPS，但是LB-EPS中多糖含量的增加，多糖的親水特性不利于顆粒污泥的沉降，使細小污泥易于被水流帶出反應(yīng)器.

2.3 不同負荷條件下微生物群落的高通量測序分析

為了探究容積負荷對反應(yīng)器中微生物群落分布的影響，分別對反應(yīng)器接種污泥HRT=12 h及HRT=6 h條件下反應(yīng)器的主體反應(yīng)區(qū)和精細反應(yīng)區(qū)污泥樣本進行高通量測序分析，結(jié)果如圖 6、圖 7;圖 8為HRT=12 h和HRT=6 h條件下，反應(yīng)器不同高度處的乙酸濃度.
A1:HRT=12 h, A區(qū);D1:HRT=12 h, D區(qū);A2:HRT=6 h, A區(qū);D2:HRT=6 h, D區(qū)

圖 6 細菌門的相對豐
A1:HRT=12 h, A區(qū);D1:HRT=12 h, D區(qū);A2:HRT=6 h, A區(qū);D2:HRT=6 h, D區(qū)

圖 7 古菌屬的相對豐度

圖 8 SCAR不同高度下的乙酸含量

由圖 6可見，在接種污泥的細菌門水平菌群分布中，主要有綠彎菌 (Chloroflexi)、擬桿菌 (Bacteroidetes)、厚壁菌 (Firmicutes)、變形菌 (Proteobacteria) 等優(yōu)勢菌，隨著水力停留時間的改變，這些細菌始終保持優(yōu)勢地位.通常認為優(yōu)勢細菌的相對豐度會隨反應(yīng)器的空間位置及負荷的升高而改變，如Ambuchi等研究EGSB (expanded granular sludge bed) 處理制糖廢水時發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)器的底部和上部的主要優(yōu)勢菌種分別是綠彎菌 (Chloroflexi) 和厚壁菌 (Firmicutes);而Liao等研究EGSB處理高氮廢水時主要優(yōu)勢菌種為變形菌 (Proteobacteria).本研究中，當HRT由12 h縮短至6 h時 (圖 6中)，反應(yīng)器主體反應(yīng)區(qū)的綠彎菌 (Chloroflexi) 優(yōu)勢在減弱，相對豐度由開始的28.89%降低16.49%，而變形菌 (Proteobacteria) 的優(yōu)勢在增強，相對豐度由開始的17.96%提高至26.43%，反應(yīng)器精細反應(yīng)區(qū)菌群分布也有相同變化趨勢.可能的原因有二，其一是綠彎菌 (Chloroflexi) 是嚴格厭氧細菌，隨著進水流量的增加，進水中少量溶解氧可能對綠彎菌 (Chloroflexi) 產(chǎn)生抑制作用，但對于變形菌門細菌來說，兼性環(huán)境對其生長有促進作用;其二是實驗條件下變形菌 (Proteobacteria) 較綠彎菌 (Chloroflexi) 世代時間短，在較充分營養(yǎng)條件下實現(xiàn)了更多增殖.

反應(yīng)器接種污泥中古菌的優(yōu)勢菌分布較廣，在古菌的屬水平分布中，主要有甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta sp.，相對豐度為36.2%)、甲烷繩菌屬 (Methanolinea sp., 相對豐度為29.1%)、甲烷八疊球菌屬 (Methanosarcina sp.，相對豐度為9.7%)、第七產(chǎn)甲烷古菌屬 (Methanomassiliicoccus，相對豐度為4.2%)、甲烷桿菌屬 (Methanobacterium，相對豐度為4.9%) 以及其它一些菌屬.實驗期間，甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta sp.) 和甲烷繩菌屬 (Methanolinea sp.) 一直為主要優(yōu)勢菌種，二者相對豐度之和大于50%，甚至超過80%. Chelliapan等的研究也顯示厭氧反應(yīng)器的容積負荷范圍為0.86~1.86 kg·(m3·d)-1時甲烷鬢菌是反應(yīng)器運行過程中的主導(dǎo)微生物.甲烷鬢菌 (Methanosaeta) 是一種典型的乙酸營養(yǎng)型細菌，對厭氧反應(yīng)器的穩(wěn)定運行起著重要作用.當HRT=12 h，進水容積負荷較低，營養(yǎng)不足，反應(yīng)器上部乙酸含量較少，甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta) 很難利用到乙酸底物，相對豐度降至16.08%，優(yōu)勢逐漸減弱，當HRT=6 h，容積負荷提高，反應(yīng)器上部的乙酸含量明顯增加，甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta) 又恢復(fù)成為的優(yōu)勢菌種 (相對豐度為75.58%). Siggins等研究EGSB反應(yīng)器處理三氯乙烯廢水發(fā)現(xiàn)，VFA (主要是乙酸) 出現(xiàn)積累時甲烷鬢菌 (Methanosaeta) 是主導(dǎo)微生物.在圖 8中，兩種負荷條件下SCAR反應(yīng)器主體反應(yīng)區(qū)的乙酸含量均較高 (均超過80 mg·L-1)，主體反應(yīng)區(qū)內(nèi)甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta) 相對豐度在兩種負荷條件下幾乎相同，而精細反應(yīng)區(qū)的乙酸含量差別較大，在2 m高度處、HRT=12 h條件下乙酸僅為約15 mg·L-1，而HRT=6 h條件下乙酸濃度約為40 mg·L-1，對應(yīng)著后者條件下精細反應(yīng)區(qū)內(nèi)甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta) 相對豐度遠高于前者，由此可見，當乙酸濃度小于某一濃度時 (本實驗為15 mg·L-1)，甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta) 相對豐度會產(chǎn)生巨大變化. Wang等[35]研究EGSB處理養(yǎng)豬廢水時容積負荷提高到10 kg·(m3·d)-1，乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌才能轉(zhuǎn)化成氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌.但本研究中，甲烷繩菌屬 (Methanolinea) 屬于氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌，較低負荷條件下反應(yīng)器產(chǎn)生的乙酸量較少，乙酸營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷鬢菌 (Methanosaeta) 很難占據(jù)主導(dǎo)地位，氫營養(yǎng)型甲烷繩菌優(yōu)勢地位明顯.

不同負荷條件下、反應(yīng)器不同反應(yīng)區(qū)菌群分布的差異，說明反應(yīng)器在空間上實現(xiàn)了微生物功能分區(qū)，即微生物相分離;結(jié)合圖 4中反應(yīng)器主反應(yīng)區(qū)產(chǎn)甲烷活性 (SMA) 和輔酶F420低于上部精處理區(qū)的現(xiàn)象，證明了厭氧反應(yīng)器設(shè)置精處理區(qū)的重要性和必要性.具體參見污水寶商城資料

3 結(jié)論

(1) SCAR處理生活污水，污水在反應(yīng)器中的上升流速為4 m·h-1，在30℃條件下連續(xù)運行.隨著反應(yīng)器容積負荷的提高，顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性 (SMA) 和輔酶F420活性均增加，而且反應(yīng)器上部厭氧污泥活性明顯高于底部.在HRT=6 h、容積負荷為1.77 kg·(m3·d)-1條件下，COD去除率能達到75%以上，顆粒污泥性狀良好;當HRT縮短至4 h，反應(yīng)器出水中VFAs出現(xiàn)積累，水質(zhì)惡化.

(2) 隨著容積負荷的提高，顆粒污泥的平均粒徑有逐漸變小趨勢，但φ1~2 mm的污泥比例逐漸增多，粒徑分布終趨于穩(wěn)定.顆粒污泥胞外聚合物 (EPS) 含量不斷增加，尤其是TB-EPS增加明顯，較充分的營養(yǎng)條件和對污染物良好的去除效率，使EPS中的蛋白質(zhì) (PN) 含量顯著增加.

(3) 污泥樣品的高通量測序分析表明，容積負荷的改變不僅影響著微生物菌落的結(jié)構(gòu)分布，而且也改變著不同微生物在反應(yīng)器的空間分布.隨著污泥負荷的增加，細菌門水平菌群分布中綠彎菌 (Chloroflexi) 的優(yōu)勢地位在減弱，變形菌 (Proteobacteria) 的優(yōu)勢地位在增強，而古菌的菌群分布中甲烷繩菌屬 (Methanolinea sp.) 優(yōu)勢位置逐漸減弱，甲烷鬢菌屬 (Methanosaeta sp.) 優(yōu)勢地位逐漸增強.

500噸的地埋式一體化污水處理設(shè)備