精制結晶氯化鋁生產廠家干旱寒冷地區氧化溝工藝活性污泥的菌群結構

　　精制結晶氯化鋁廠家干旱寒冷地區氧化溝工藝活性污泥的菌群結構研究背景：活性污泥法是目前應用最廣泛的污水生物處理技術，主要依靠活性污泥中微生物將污水中的污染物降解，達到凈化污水的目的。活性污泥的菌群結構是實現污染物的去除和污水廠穩定運行的基礎。近年來，高通量測序技術得到快速發展，該技術已被廣泛應用于城市污水廠活性污泥中菌群結構的研究，并在非干旱寒冷地區活性污泥菌群結構中取得了大量的研究成果。但對干旱寒冷地區活性污泥菌群結構的研究報道比較少。

　　摘 要

　　為了探討新疆干旱寒冷地區城市污水廠活性污泥的菌群結構特征，采用高通量測序技術對北疆5座城市污水廠活性污泥進行菌群分析。結果表明：5座污水廠基本可以達到各自的設計出水標準，其中3座污水廠運行中出現了污泥絲狀膨脹。變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和綠彎菌門(Chloroflexi)是活性污泥的優勢細菌門，相對豐度分別為30.65%~43.12%、21.15%~33.64%和5.02%~14.36%。放線菌門(Actinobacteria)在沉降性能良好的污泥中相對豐度為2.97%~6.17%，而在絲狀膨脹污泥中相對豐度達到11.69%~15.64%。季節性膨脹污泥中微絲菌屬(Microthrix)和黃桿菌屬(Flavobacterium)相對豐度呈現出季節性變化，常年膨脹的污泥中腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)為優勢細菌屬，相對豐度達到17.48%~18.30%。子囊菌門(Ascomycota)是絲狀污泥膨脹中的優勢真菌門，相對豐度達到56.60%~72.68%。研究結果可對干旱寒冷地區污水廠運行調控提供參考。

　　污水處理廠效果

　　活性污泥樣品分別取自阿勒泰市某污水廠(ALT)、克拉瑪依市某污水廠(KLMY)、石河子市某污水廠(SHZ)、昌吉市某污水廠(CJ)和烏魯木齊市某污水廠(WLMQ)。5座污水廠的進、出水水質情況如表1。可知，5座污水廠的進水水質中污染物濃度高于山東、廣東等城市污水廠的平均進水水質。

　　表1 污水廠水質處理效果

　　細菌菌群分析

　　細菌多樣性

　　細菌是活性污泥凈化污水的主要承擔者。32個污泥樣品的細菌群落多樣性如表2所示。

　　表2 細菌群落多樣性

　　OTU分布Venn圖

　　Venn圖能用來統計污水廠中共有的和獨有的OTU數目，較為直觀的反應出活性污泥樣品的OTU數目組成相似性及重疊情況。32個活性污泥樣品在OTU水平上的韋恩圖如圖1所示。

　　圖1 活性污泥樣本Venn圖分析

　　細菌門水平群落結構

　　活性污泥細菌測序共獲得43個細菌門。對相對豐度從大到小排序前10的細菌門進行分析, 如圖2所示，相對豐度之和占細菌群落總豐度的96.21%~98.80%。變形菌門(Proteobacteria)的相對豐度為30.65%~43.12%，是活性污泥中相對豐度最高的細菌門。其次為擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、放線菌門(Actinobacteria)，厚壁菌門(Firmicutes)和浮霉菌門(Planctomycetes)。與廣州、浙江等非干旱寒冷地區的污水廠活性污泥的主要優勢細菌門種類基本一致。研究表明放線菌門(Actinobacteria)相對豐度較高時會導致污泥膨脹。

　　圖2 細菌群落門水平上相對豐度

　　細菌屬水平群落結構

　　活性污泥細菌測序共檢測出838個細菌屬。對相對豐度從大到小排序前50的細菌屬進行分析，如圖3所示，相對豐度之和占細菌群落總豐度的58.94%~68.44%。腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)、叢毛單胞菌屬(Comamonadaceae_unclassified)、微絲菌屬(Microthrix)、黃桿菌屬(Flavobacterium)和厭氧繩菌屬(Anaerolineaceae_norank)是污泥樣品中的優勢細菌屬。研究發現，腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)是活性污泥中一種較為常見的細菌屬，在水溫較低時大量增殖，能夠導致污泥膨脹。微絲菌屬(Microthrix)和黃桿菌屬(Flavobacterium)均為易引起污泥膨脹最常見的絲狀菌。季節性絲狀污泥膨脹WLMQ活性污泥中，微絲菌屬(Microthrix)和黃桿菌屬(Flavobacterium)相對豐度出現季節性變化。厭氧繩菌屬(Anaerolineaceae_norank)有利于提高污泥沉降性能。據報道Dechloromonas動膠菌屬(Zoogloea)、Turneriella、Prosthecobacter、Nannocystis等為廣州、浙江等城市的污水處理廠活性污泥中的優勢細菌屬，與干旱寒冷地區污水廠活性污泥的優勢細菌屬種類不同。

　　圖3 細菌群落屬水平相對豐度

　　真菌菌群分析

　　真菌群落多樣性

　　真菌在污水處理系統中能夠降解多種化合物和有毒物質，在污水生物處理中起著至關重要的作用。對出現絲狀污泥膨脹的3座污水廠12個污泥樣品進行了真菌測序，測序結果如表3所示。

　　表3 真菌多樣性

　　真菌門水平群落結構

　　活性污泥樣品中共檢測出38個真菌門，如圖4所示，其相對豐度之和占活性污泥真菌群落總豐度的99.76%~99.87%。子囊菌門(Ascomycota)的是活性污泥中相對豐度最高的真菌門，相對豐度達到56.60%~72.68%。其次為擔子菌門(Basidiomycota)。目前對于污水廠膨脹污泥中真菌群落研究比較少，已報道的多為沉降性能正常活性污泥中真菌群落研究。研究發現，子囊菌門(Ascomycota)和擔子菌門(Basidiomycota)也是非干旱寒冷地區沉降性能良好污水廠的污泥中優勢真菌門，且子囊菌門(Ascomycota)是活性污泥中絕對優勢真菌門。

　　圖4 真菌群落門水平上相對豐度

　　真菌屬水平群落結構

　　污泥樣品共得到122個真菌屬，對相對豐度從大到小排序前10的真菌屬進行分析，如圖5所示，相對豐度之和占活性污泥真菌群落總豐度的75.03%~90.46%。子囊菌屬(Ascomycota_norank)、絲孢菌屬(Trichosporon)、酵母菌屬(Saccharomycetales_unclassified)、耐堿酵母菌(Galactomyces)、德巴利氏酵母菌屬(Debaryomyces)和發菌屬(Trichocomaceae_unclassified)是活性污泥中的優勢真菌屬。有研究表明，絲孢菌屬(Trichosporon)過多不利于污泥沉降。據報道青霉菌(Penicillium)、隱球菌屬(Cryptococcus)、念珠菌屬(Candida)、紅酵母屬(Rhodotorula)等為上海、山西、青海等城市的沉降性能正常污水處理廠活性污泥中的優勢真菌屬，與干旱寒冷地區膨脹污泥優勢真菌屬種類不同。

　　圖5 真菌群落屬水平上相對豐度

　　重要結論

　　1)5座污水處理廠基本可以達到各自的設計出水標準，其中3座污水處理廠運行中出現了污泥絲狀膨脹。

　　2)變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和綠彎菌門(Chloroflexi)是活性污泥的優勢細菌門，放線菌門(Actinobacteria)在沉降性能良好的污泥中相對豐度為2.97%~6.17%，在絲狀污泥膨脹中相對豐度達到11.69%~15.64%。季節性膨脹污泥中微絲菌(Microthrix)和黃桿菌(Flavobacterium)相對豐度呈現出季節性變化，常年膨脹的污泥中腐螺旋菌屬(Saprospiraceae_norank)為優勢細菌屬，相對豐度達到17.48%~18.30%。

　　3)絲狀膨脹污泥中子囊菌門(Ascomycota)是優勢真菌門，相對豐度為56.60%~72.68%。子囊菌屬(Ascomycota_norank)和絲孢菌屬(Trichosporon)是優勢真菌屬，相對豐度為8.85%~35.74%和13.38%~20.15%。

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