隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多發(fā)達(dá)地區(qū)的城市受納水體發(fā)生嚴(yán)重污染，環(huán)境容量變得非常有限。這些地區(qū)的城市污水處理廠(chǎng)即使執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，氨氮(NH4+-N)和總氮(TN)也高于地表水V類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的限值，污染物的累積將使得污染難以得到控制。因此，控制城市污水處理廠(chǎng)出水達(dá)到國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)是科學(xué)可行的策略。
污水廠(chǎng)排放滿(mǎn)足Ⅲ類(lèi)水質(zhì)要求，需達(dá)到ρ(TN)≤1.0mg·L-1， ρ(NH4+-N)≤1.0mg·L-1的極限脫氮水平。硝化良好的系統(tǒng)，NH4+-N的完全去除不成問(wèn)題，而NO3--N因受限于尾水的基質(zhì)濃度，通常成為極限脫氮的難點(diǎn)。尾水NO3--N的深度去除常需要投加外碳源來(lái)實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，關(guān)于外碳源的研究得到廣泛關(guān)注，許多新型碳源的研究也取得一定進(jìn)展。固體碳源如天然纖維素物質(zhì)、人工合成可降解高聚物聚己內(nèi)酯(PCL)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等，可實(shí)現(xiàn)緩慢釋放并容易控制，但通常需要較長(zhǎng)的停留時(shí)間。以高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、污泥水解液、垃圾滲濾液和餐廚廢棄物水解液為代表的新型液體碳源也引起廣泛關(guān)注。利用這些碳源符合可持續(xù)發(fā)展的原則，但預(yù)處理成本一般較高，投加量需精準(zhǔn)控制，容易引入重金屬和有毒物質(zhì)等，不適合尾水處理�？紤]污水廠(chǎng)尾水深度脫氮在反應(yīng)效率、安全性以及經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，采用甲醇、乙醇等傳統(tǒng)液態(tài)型單一碳源以及由這些單一碳源為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的復(fù)合碳源可能是較為合適的選擇。單一碳源通常較容易被利用，反應(yīng)速率快，但也存在缺點(diǎn)，如甲醇具有毒性，乙醇運(yùn)輸和貯存有一定安全隱患，乙酸鈉價(jià)格較高，葡萄糖反應(yīng)速率較低，以及單碳源可能僅被少量微生物利用、容易造成菌群結(jié)構(gòu)豐度下降等。而復(fù)合碳源可能會(huì)克服上述一些缺點(diǎn)和問(wèn)題，近年來(lái)在商業(yè)碳源領(lǐng)域得到較多關(guān)注，但公開(kāi)數(shù)據(jù)較少。關(guān)于單碳源和復(fù)合碳源在尾水深度脫氮系統(tǒng)的應(yīng)用和對(duì)比研究還較少。
此外，通過(guò)投加碳源對(duì)尾水進(jìn)行深度脫氮是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。外碳源作為生化反應(yīng)和微生物生長(zhǎng)的基質(zhì)，其對(duì)微生物種群必然存在選擇作用，不同菌群也會(huì)影響系統(tǒng)反硝化性能。關(guān)于碳源對(duì)種群結(jié)構(gòu)影響的研究還較少。本研究針對(duì)某實(shí)際污水處理廠(chǎng)面臨的碳源選擇問(wèn)題展開(kāi)，為充分對(duì)比碳源的性能，選取4種單碳源和4種復(fù)合碳源，對(duì)系統(tǒng)反硝化性能、微生物群落結(jié)構(gòu)和碳源經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合對(duì)比，以期為污水處理廠(chǎng)的碳源選擇提供更多更全面的借鑒。
1、材料與方法
1.1 試驗(yàn)水質(zhì)及接種污泥
本試驗(yàn)采用人工配水。在實(shí)驗(yàn)室取自來(lái)水，加入硝酸鈉作為氮源，配制微量元素濃縮儲(chǔ)備液Ⅰ和Ⅱ(見(jiàn)表1)為微生物提供必要營(yíng)養(yǎng)，每個(gè)反應(yīng)器每周期投加濃縮儲(chǔ)備液Ⅰ和Ⅱ均為2.5mL。進(jìn)水ρ(NO3--N)為14.33~17.71mg·L-1， ρ(NO2--N)為0~0.078mg·L-1.試驗(yàn)過(guò)程為排除自來(lái)水?dāng)y帶的溶解氧(DO)對(duì)缺氧反硝化的影響，投加無(wú)水亞硫酸鈉脫氧。試驗(yàn)種泥取自哈爾濱某城市污水處理廠(chǎng)二沉池，該處理廠(chǎng)未投加碳源，脫氮除磷性能穩(wěn)定。接種后污泥MLSS為4000mg·L-1，MLVSS為1937mg·L-1.
本試驗(yàn)所用復(fù)合碳源按相應(yīng)單碳源理論COD當(dāng)量，配制成同一濃度基準(zhǔn)溶液(以COD計(jì))。復(fù)合碳源的配比主要考慮配制容易、盡量增加葡萄糖比例以降低造價(jià)和突出結(jié)果差異性等問(wèn)題，選擇1∶1和1∶3兩種體積比。4種復(fù)合碳源分別為乙酸鈉/葡萄糖(1∶3)、乙酸鈉/葡萄糖(1∶1)、乙醇/葡萄糖(1∶1)和乙醇/葡萄糖(1∶3)。本試驗(yàn)過(guò)程，每周期固定投加碳源溶液10mL，通過(guò)控制外碳源的質(zhì)量濃度，達(dá)到不同的進(jìn)水碳氮比COD/ρ(N)，碳源投加量的變化即體現(xiàn)在COD/ρ(N)變化上。
1.2 試驗(yàn)裝置
本試驗(yàn)采用8個(gè)序批式(SBR)反應(yīng)器，有效容積為2L，結(jié)構(gòu)如圖1所示。8個(gè)SBR反應(yīng)器分別編號(hào)為1~8號(hào)。1~4號(hào)反應(yīng)器加入單一碳源，按順序分別為甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸鈉；5~8號(hào)反應(yīng)器投加復(fù)合碳源，按順序分別為乙酸鈉/葡萄糖(1∶3)、乙酸鈉/葡萄糖(1∶1)、乙醇/葡萄糖(1∶1)和乙醇/葡萄糖(1∶3)。配有蠕動(dòng)泵控制進(jìn)水和外碳源，通過(guò)時(shí)間控制系統(tǒng)控制出水。設(shè)置攪拌裝置用于攪拌混合，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)pH和溫度，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)處理信號(hào)，通過(guò)控制系統(tǒng)終端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
1.3 運(yùn)行策略
(1)碳源投加量確定 試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際污水廠(chǎng)經(jīng)常采用的碳源投加方法和策略，即按照出水標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)整碳源用量的反饋控制。以出水ρ(NOx--N)≤1mg·L-1為處理目標(biāo)，標(biāo)記ρ(NOx--N)達(dá)到1mg·L-1時(shí)的碳源投加量，計(jì)算反應(yīng)速率和運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)文獻(xiàn)以及試驗(yàn)前期在污水廠(chǎng)進(jìn)行的初步試驗(yàn)，確定單碳源系統(tǒng)初始COD/ρ(N)均為5，復(fù)合碳源系統(tǒng)初始COD/ρ(N)均為7.根據(jù)出水ρ(NOx--N)來(lái)調(diào)節(jié)COD/ρ(N)，若出水ρ(NOx--N)高于1mg·L-1，調(diào)高COD/ρ(N)；若出水ρ(NOx--N)低于1mg·L-1，調(diào)低COD/ρ(N)。每次調(diào)整COD/ρ(N)后，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間不少于5個(gè)周期。
(2)試驗(yàn)時(shí)間及高通量測(cè)序 單周期運(yùn)行6h，每天運(yùn)行一周期。每周期進(jìn)水10min，缺氧攪拌270min，沉淀70min，排水10min，其余時(shí)間閑置，排水比50%。全程未控制溫度，水溫范圍17~19℃。試驗(yàn)過(guò)程不排泥，部分污泥隨出水流失。單一碳源1~4號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為70d，復(fù)合碳源5~8號(hào)系統(tǒng)，運(yùn)行期為64d。試驗(yàn)初期，取種泥樣品進(jìn)行高通量測(cè)試；待系統(tǒng)穩(wěn)定，單一碳源1~4號(hào)反應(yīng)器于第65d及復(fù)合碳源5~8號(hào)系統(tǒng)第60d取樣，對(duì)污泥樣品進(jìn)行高通量測(cè)試。
1.4 分析項(xiàng)目與測(cè)定方法
樣品采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定：COD采用重鉻酸鉀快速測(cè)定法，由連華快速測(cè)定儀測(cè)定；NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法；NO3--N采用麝香草酚分光光度法；pH值、ORP、DO和溫度由美國(guó)哈希在線(xiàn)測(cè)定儀監(jiān)測(cè)。
采用16SrRNA高通量測(cè)序方法分析微生物種群結(jié)構(gòu)。污泥取樣后，使用無(wú)菌離心管離心3min，采用冰袋低溫保存送至生工生物(上海)公司進(jìn)行測(cè)序。樣品DNA提取采用E.Z.N.A。TM Mag-BindSoilDNAKit試劑盒(OMEGA)。采用通用引物341F(CCTACGGGNGGCWGCAG)和805R(GACTACHVGGGTATCTAATCC)對(duì)樣品16SrRNA中的V3-V4區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增。PCR反應(yīng)體系和擴(kuò)增方法同文獻(xiàn)的報(bào)道。擴(kuò)增后的DNA進(jìn)行回收純化，利用Qubit3.0DNA檢測(cè)試劑盒對(duì)其精確定量，最后利用IlluminaMiSeq平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。
2、結(jié)果與討論
2.1 不同碳源系統(tǒng)的脫氮性能
不同碳源系統(tǒng)運(yùn)行周期及脫氮性能見(jiàn)圖2。試驗(yàn)結(jié)果表明，1~4號(hào)系統(tǒng)在COD/ρ(N)為8、5、10、7和5~8號(hào)系統(tǒng)在COD/ρ(N)為9、6、10、10分別達(dá)到ρ(NOx--N)≤1mg·L-1的處理目標(biāo)。單碳源系統(tǒng)，2號(hào)系統(tǒng)在COD/ρ(N)為5時(shí)的處理效果與1、3和4號(hào)系統(tǒng)在COD/ρ(N)為8、10和7時(shí)的相當(dāng)。而復(fù)合碳源系統(tǒng)，6號(hào)系統(tǒng)在COD/ρ(N)為6時(shí)的處理效果與5、7和8號(hào)系統(tǒng)在COD/ρ(N)為9、10和10時(shí)的相當(dāng)。從5~8號(hào)系統(tǒng)出水ρ(NOx--N)曲線(xiàn)可以看出，在第27~33d，未改變反應(yīng)條件，出水ρ(NOx--N)均出現(xiàn)升高。這主要是因?yàn)樵谶@期間，未對(duì)原水進(jìn)行脫氧處理。第33d之后繼續(xù)采取脫氧措施，出水ρ(NOx--N)出現(xiàn)明顯的下降。這說(shuō)明，原水?dāng)y帶DO會(huì)造成外碳源浪費(fèi)。實(shí)際工程從好氧池到缺氧池的內(nèi)循環(huán)，經(jīng)常會(huì)攜帶大量的DO，從節(jié)省碳源的角度，應(yīng)采取措施盡可能降低DO的攜帶。
8個(gè)系統(tǒng)在最優(yōu)COD/ρ(N)下，一個(gè)周期內(nèi)ρ(NOx--N)變化如圖3所示。1~4號(hào)系統(tǒng)，從投加碳源開(kāi)始到ρ(NOx--N)達(dá)到1mg·L-1的時(shí)間分別為45、20、80和25min，相應(yīng)的平均速率分別為0.245、0.562、0.141和0.454kg·(m3 ·d)-1，NOx--N去除率分別為96.57%、98.87%、96.87%和98.34%。響應(yīng)速度和反應(yīng)速率最快的是乙醇系統(tǒng)。而葡萄糖系統(tǒng)，先出現(xiàn)一個(gè)短暫的平臺(tái)期，然后ρ(NOx--N)快速下降，第30min左右，反應(yīng)速率再次出現(xiàn)下降。4個(gè)系統(tǒng)，投加葡萄糖外碳源，反應(yīng)速率最慢，這與彭永臻等的研究結(jié)果一致，分析原因可能是因?yàn)槠咸烟谴x途徑較為復(fù)雜。
5~8號(hào)復(fù)合碳源系統(tǒng)，與單碳源系統(tǒng)相比，反應(yīng)速率均出現(xiàn)較大程度下降。從反應(yīng)開(kāi)始，到ρ(NOx--N)到達(dá)1mg·L-1的時(shí)間分別為79、45、78和85min，平均反應(yīng)速率為0.138、0.233、0.137和0.127kg·(m3 ·d)-1，NOx--N去除率分別為96.44%、97.56%、95.41%和94.78%。其中5、7和8號(hào)系統(tǒng)的反應(yīng)速率均低于速率最低的3號(hào)系統(tǒng)。乙醇與葡萄糖組成復(fù)合碳源后，反應(yīng)速率均低于乙酸鈉/葡萄糖組合，8號(hào)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間甚至高于葡萄糖單碳源系統(tǒng)。分析原因可能是由于乙醇是葡萄糖的發(fā)酵產(chǎn)物，其大量存在導(dǎo)致葡萄糖分解反應(yīng)的推動(dòng)力降低，反應(yīng)速率變緩。
2.2 不同碳源系統(tǒng)污泥群落結(jié)構(gòu)變化
2.2.1 微生物群落多樣性分析
對(duì)樣品進(jìn)行高通量測(cè)序。種泥樣品編號(hào)為0，1~8號(hào)系統(tǒng)污泥樣品編號(hào)為1~8.首先利用多樣性分析(α)來(lái)反映群落豐度和多樣性， α多樣性指數(shù)的統(tǒng)計(jì)如表2所示。9組樣品的Coverage指數(shù)均大于0.99，說(shuō)明可靠性非常高。
由表2可以看出，所有系統(tǒng)的Shannon指數(shù)均低于種泥樣本。這表明，投加外碳源，8個(gè)系統(tǒng)的群落多樣性均下降。這與李彭的研究結(jié)果相一致，其研究表明，城鎮(zhèn)污水深度反硝化系統(tǒng)內(nèi)的微生物群落多樣性低于生物法二級(jí)處理系統(tǒng)，這可能是由單一的缺氧環(huán)境導(dǎo)致�？疾烊郝湄S富度，1~4號(hào)單碳源系統(tǒng)Chao和Ace指數(shù)與種泥相當(dāng)，而5~8號(hào)復(fù)合碳源系統(tǒng)的Chao和Ace指數(shù)出現(xiàn)明顯的下降。根據(jù)本研究碳源組成，推斷葡萄糖是復(fù)合碳源系統(tǒng)群落豐富度降低的主要原因。
2.2.2 微生物群落結(jié)構(gòu)分析
為進(jìn)一步明確各系統(tǒng)菌群結(jié)構(gòu)和豐度差異，對(duì)樣品在不同分類(lèi)水平上進(jìn)行類(lèi)別及豐度分析。樣本中豐度占比小于1%的物種歸為others，其余作為優(yōu)勢(shì)菌種進(jìn)行分析。
2.2.2.1 門(mén)水平下微生物種類(lèi)及豐度
樣品在門(mén)水平上的群落結(jié)構(gòu)分析如圖4所示。從中可知，在種泥樣本中排名前10位的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)和相對(duì)豐度為：Proteobacteria(變形菌門(mén)，36.6%)、Bacteroidetes(擬桿菌門(mén)，21.45%)、Unclassified_Bacteria(未分類(lèi)菌門(mén)，9.25%)、Planctomycetes(浮霉菌門(mén)，8.22%)、Chloroflexi(綠彎菌門(mén)，8.96%)、Acidobacteria(酸桿菌門(mén)，4.19%)、Verrucomicrobia(疣微菌門(mén)，2.93%)、Nitrospirae(硝化螺旋菌門(mén)，1.27%)、Firmicutes(厚壁菌門(mén)，1.25%)和Actinobacteria(放線(xiàn)菌門(mén)，1.42%)。
Proteobacteria菌群被證實(shí)為大部分污水廠(chǎng)的優(yōu)勢(shì)菌群，能脫氮除磷并去除有機(jī)物，種泥豐度較高可能與其所在的污水處理廠(chǎng)具有較好的脫氮除磷性能有關(guān)。經(jīng)不同碳源馴化后，種泥群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。Proteobacteria除在甲醇污泥中略有增長(zhǎng)外，在其余系統(tǒng)中均下降，在葡萄糖相關(guān)系統(tǒng)中下降程度最高，而相應(yīng)的，CandidatusSaccharibacteria菌群在葡萄糖相關(guān)的系統(tǒng)增加也最為明顯。CandidatusSaccharibacteria菌門(mén)的相對(duì)豐度在種泥中為1.16%，在1~4號(hào)系統(tǒng)分別為0.35%、1.37%、46.4%和0.75%，而在5~8號(hào)系統(tǒng)中豐度分別為42.22%、31.91%、47.37%和43.51%。顯然，其在3、5、6、7和8號(hào)系統(tǒng)內(nèi)均成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌種。值得注意的是，4種復(fù)合碳源反硝化速率與單碳源相比均有降低，但在6號(hào)系統(tǒng)，CandidatusSaccharibacteria的相對(duì)豐度較低，而6號(hào)系統(tǒng)的反硝化速率、氮的去除效率相對(duì)較高，這也間接說(shuō)明CandidatusSaccharibacteria菌門(mén)對(duì)提高反硝化速率可能不利。CandidatusSaccharibacteria菌群已被證實(shí)可在缺氧條件下降解有機(jī)物并對(duì)NO3--N進(jìn)行還原，且可能是與短程脫氮密切相關(guān)的菌群。王維奇等曾在2018年首次報(bào)道，在葡萄糖作為基質(zhì)的系統(tǒng)，CandidatusSaccharibacteria成為優(yōu)勢(shì)菌種，并推測(cè)其對(duì)短程反硝化(NO3--N還原生成NO2--N)起主要作用，且傾向于好氧環(huán)境生存。Zhao等以溶解性淀粉做碳源，CandidatusSaccharibacteria發(fā)展成優(yōu)勢(shì)菌屬；而有研究結(jié)果表明，復(fù)雜有機(jī)物可能有利于CandidatusSaccharibacteria的富集。本研究菌種選擇富集結(jié)果與王維奇等的結(jié)果高度一致，且所有與葡萄糖有關(guān)的系統(tǒng)出現(xiàn)相似結(jié)果，因此判定CandidatusSaccharibacteria菌門(mén)是由葡萄糖篩選富集，并適應(yīng)缺氧條件。
在投加甲醇、乙醇和乙酸鈉系統(tǒng)中，Unclassified_Bacteria的相對(duì)豐度得到極大提高，而其它系統(tǒng)，Unclassified_Bacteria與種泥豐度相當(dāng)，未有顯著變化。另外注意到，Firmicutes菌種，其作為無(wú)氧條件下重要的反硝化菌，彭永臻等的研究表明其在乙酸鈉碳源系統(tǒng)得到較高水平的富集，而本研究在乙醇、乙酸鈉系統(tǒng)以及4種復(fù)合碳源系統(tǒng)該菌群豐度均得到一定比例的提高，而在甲醇和葡萄糖單碳源系統(tǒng)比例非常低，這說(shuō)明乙醇和乙酸鈉對(duì)該菌群的富集可能均起到促進(jìn)作用。Bacteroidetes主要被發(fā)現(xiàn)于缺氧環(huán)境中，且在大部分污水廠(chǎng)占有較高豐度，能水解大分子，促進(jìn)含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等。Bacteroidetes在種泥中的豐度較高，而1~8號(hào)系統(tǒng)均出現(xiàn)下降，這表明，傳統(tǒng)易降解外碳源可能對(duì)富集該類(lèi)菌種不利。Chloroflexi屬于堿性厭氧菌，該門(mén)下的一些細(xì)菌可以將NO3--N轉(zhuǎn)化為NO2--N。該菌屬在1、2和4號(hào)樣品中豐度維持較高水平，而在3、5、6、7和8號(hào)污泥樣品中均有一定下降，說(shuō)明葡萄糖對(duì)其生長(zhǎng)不利。Actinobacteria門(mén)生物被認(rèn)為主要降解葡萄糖，不以NOx--N為電子受體，在單碳源系統(tǒng)該類(lèi)菌群豐度水平較低，而在復(fù)合碳源系統(tǒng)，Actinobacteria門(mén)得到大幅度提高，且乙酸鈉/葡萄糖系統(tǒng)的Actinobacteria豐度明顯高于乙醇/葡萄糖系統(tǒng)，推斷復(fù)合類(lèi)型的碳源對(duì)該類(lèi)微生物的富集有促進(jìn)作用。
2.2.2.2 屬水平下的群落結(jié)構(gòu)及豐度
樣品屬水平群落結(jié)構(gòu)及豐度如圖5所示。從中可知，變化最為顯著的是Saccharibacteria_genera_incertae_sedis菌屬，該菌屬屬于CandidatusSaccharibacteria門(mén)。在種泥中，其僅占1.51%，在1~8號(hào)系統(tǒng)其相對(duì)豐度與CandidatusSaccharibacteria菌門(mén)相當(dāng)。CandidatusSaccharibacteria門(mén)高度富集情況下， Saccharibacteria_genera_incertae_sedis菌屬高度富集，這與已有的研究結(jié)果一致，不同的是Zhao等和霍小愛(ài)以溶解性淀粉為碳源。馬思佳等的研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖/蛋白胨和乙酸鈉/蛋白胨均促進(jìn)了Saccharibacteria_genera_incertae_sedis的選擇富集，且葡萄糖/蛋白胨系統(tǒng)富集比例更高，推斷復(fù)雜類(lèi)型碳源更有利于Saccharibacteria_genera_incertae_sedis富集。
在1、2和4號(hào)系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)菌屬為unclassified_Bacteria(未分類(lèi)細(xì)菌)，相對(duì)豐度分別為25.74%、25.84%和27.96%，而其在種泥中豐度為9.25%，分析認(rèn)為，傳統(tǒng)碳源促進(jìn)了復(fù)雜菌屬的生長(zhǎng)。值得注意的是，1號(hào)甲醇系統(tǒng)， unclassified_Methylophilaceae的相對(duì)豐度大幅度增加，其屬于Methylophilaceae(嗜甲基菌科)，專(zhuān)性或嚴(yán)格兼性以甲醇或者甲胺為唯一碳源和能源。而高鑫華等的研究表明NOx--N會(huì)增加嗜甲基菌屬的豐度，且認(rèn)為NOx--N可能和銨鹽一樣，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)參與反應(yīng)，而非氧化還原反應(yīng)中的電子受體。本研究可以確定甲醇是該菌種得到富集的主要原因，NOx--N是否對(duì)其有利尚無(wú)法證實(shí)。此外， Thaurea(陶厄氏菌屬)和Acinetobacter(不動(dòng)桿菌屬)在4、5和6號(hào)乙酸鈉系統(tǒng)均有明顯的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)， Thauera被證明是污水廠(chǎng)廣泛存在的重要反硝化菌，而Acinetobacter菌可能與一些系統(tǒng)的除磷和反硝化除磷有關(guān)，這些種屬在4、5和6號(hào)系統(tǒng)具有數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，推斷和乙酸鈉有直接關(guān)系。 Zoogloea (動(dòng)膠菌屬)在7號(hào)和8號(hào)系統(tǒng)顯著增加，其被認(rèn)為與菌膠團(tuán)形成有關(guān)，能以NOx--N為電子受體進(jìn)行反硝化，某些研究也表明其具有好氧反硝化功能，對(duì)同步硝化反硝化(SND)具有促進(jìn)作用。本試驗(yàn)Zoogloea的變化表明，乙醇對(duì)其富集起重要作用。但由于反應(yīng)過(guò)程為嚴(yán)格缺氧， Zoogloea不可能發(fā)揮好氧反硝化作用，只能參與缺氧反硝化，或者如文獻(xiàn)，其僅僅發(fā)揮污泥沉降功能。噬氫菌屬(Hydrogenophaga)屬于Proteobacteria，有研究認(rèn)為Hydrogenophaga能進(jìn)行反硝化，但很少利用碳水化合物作為碳源。本研究在1號(hào)甲醇系統(tǒng)Hydrogenophaga得到顯著增加，說(shuō)明甲醇可能對(duì)其富集生長(zhǎng)有利。
2.3 不同碳源經(jīng)濟(jì)性分析
根據(jù)碳源投加量及碳源價(jià)格，對(duì)運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行粗略估算，見(jiàn)表3.按照市場(chǎng)價(jià)格，4種單碳源中乙醇單價(jià)最高，但因其反硝化速率高，反應(yīng)時(shí)間短，投加量省，其作為外碳源費(fèi)用最低。投加乙酸鈉的系統(tǒng)，反應(yīng)速率僅次于乙醇，但由于單位乙酸鈉折合的COD當(dāng)量不高，其投加量較大，折算后的費(fèi)用為最高。復(fù)合碳源系統(tǒng)，反硝化速率與單一碳源系統(tǒng)相比較低，但均能在一個(gè)周期內(nèi)達(dá)到處理目標(biāo)。根據(jù)碳源投加量計(jì)算得到的復(fù)合碳源運(yùn)行費(fèi)用，以乙酸鈉/葡萄糖(1∶1)為最低。實(shí)際污水廠(chǎng)因規(guī)模、工藝及設(shè)計(jì)參數(shù)等不同，碳源投加運(yùn)行費(fèi)用可能會(huì)有較大差別，需因地制宜地制定優(yōu)化策略。
3、結(jié)論
(1)從系統(tǒng)反硝化效率看，投加單碳源和復(fù)合碳源，出水ρ(NOx--N)均能達(dá)到1mg·L-1以下的處理目標(biāo)。投加乙醇單碳源的系統(tǒng)反應(yīng)速率最快，乙酸鈉次之。若能解決安全運(yùn)輸和貯存問(wèn)題，乙醇為最優(yōu)。單純考慮安全性及效率，投加乙酸鈉較為理想。乙醇與葡萄糖組成復(fù)合碳源后，在速率上未體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)；而乙酸鈉更適合與葡萄糖組成復(fù)合碳源，但葡萄糖比例不宜過(guò)高�？紤]經(jīng)濟(jì)性、安全性和反應(yīng)速率，復(fù)合碳源乙酸鈉/葡萄糖(1∶1)較為優(yōu)化。
(2)從微生物群落結(jié)構(gòu)上看，碳源對(duì)菌群具有明顯的篩選作用，會(huì)導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)菌群發(fā)生根本性變化。在葡萄糖相關(guān)的系統(tǒng)中，CandidatusSaccharibacteri經(jīng)過(guò)70d左右的選擇富集，成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)。相應(yīng)的，在屬水平， Saccharibacteria_genera_incertae_sedis菌群占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。多種碳源的對(duì)比試驗(yàn)證明，葡萄糖對(duì)群落結(jié)構(gòu)影響較大，可引起CandidatusSaccharibacteri菌門(mén)和Saccharibacteria_genera_incertae_sedis屬的高度富集，且此類(lèi)菌群可在缺氧環(huán)境下生存。（來(lái)源：黑龍江工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京工業(yè)大學(xué)城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）
