1材料与方法


1.1实验装置与运行参数


本研究采用的是由非曝气池和曝气池串联组成的缺氧/好氧交替连续流反应器，反应器均由有机玻璃制成，其中曝气池由好氧区和颗粒污泥选择区组成，非曝气池由缺氧区组成。为保留生物质，本研究采用系统内部形成的水力剪切力（机械搅拌及曝气）完成缺/好氧区的交替过程从而代替蠕动泵压破颗粒的不利影响，其中回流比通过控制阀门开关来计算。颗粒污泥选择区为在好氧区内置的颗粒污泥选择装置，其特殊构造使其更好进行泥水分离防止气泡进入选择区内，然后使沉降的颗粒污泥返回好氧区，实现污泥的回收。内部选择装置由两部分组成：①圆柱形的腔室，在外部有7个排污口，用于排放水和污泥。②在腔室的底部有2个对称的三角形交换孔和1个特殊的挡板，利于颗粒的沉淀。


首先生活污水由水泵进入缺氧反应区（图1中b区），然后经过缺氧搅拌的生物反应后，带有颗粒污泥的废水流入好氧反应区（图1中a区）。在颗粒污泥选择区（图1中c区）中，沉淀性能较好的颗粒污泥在没有水泵提供任何压力的情况下会自动回落到好氧区（图1中a区），实验装置如图1所示，各部分体积如表1所示。反应器具体运行参数见表2.

1.2接种污泥与实验用水


反应器接种实验室培养的成熟好氧颗粒污泥，反应器初始混合液浓度为2950 mg·L-1.本实验用水为北京市某家属区化粪池污水，各项水质指标见表3.

表3实验用水水质特征/mg·L-1


1.3分析及计算方法


检测反应器出水碳、氮和磷的浓度，其中化学需氧量（COD）和总磷（TP）测定采用SB-3B型COD多参数快速测定仪，氨氮（NH4+-N）测定采用纳氏试剂光度法，亚硝酸盐氮（NO2--N）测定采用N-（1-萘基）~乙二胺光度法，硝酸盐氮（NO3--N）测定采用紫外分光光度法。pH、DO和氧化还原电位（ORP）监测采用丹麦Unisense微电极。MLSS按照称重法测定。颗粒粒径采用Mastersize 2000型激光粒度仪测定。


本实验中HRT和回流比（R）按下式计算：

HRT=反应器体积/进水流量

回流流量的测定按照管中流速及横截面积计算。

回流比(R)=回流流量/进水流量

1.4 EPS提取方法


胞外聚合物（EPS）是按照改良的热提取方法提取，首先在室温下取30 mL颗粒污泥于50 mL离心管用4000g的作用力离心10 min，脱水后，颗粒污泥混合物用缓冲液定容到30 mL.悬浮液在4000g作用力下再次离心15 min，去除上清液。随后，用上述缓冲溶液重新定容至30 mL.将颗粒污泥悬浮液在水浴中加热至60℃，30 min，每隔10 min摇动1次，再将颗粒污泥混合物在20000g和4℃下离心20 min.进行3次样品平行测试。胞外聚合物中蛋白质（PN）采用Lowry法测定，多糖（PS）采用葱酮硫酸法测定。


1.5三维荧光和平行因子分析


在本研究阶段，对不同阶段颗粒污泥的EPS进行了三维荧光扫描，采用扫描参数为：激发/发射波长间隔10 nm，扫描速度15000 nm·min-1，激发带宽及发射带宽为10 nm，增益（PMT）为550 V，自动匹配响应时间。得到扫描数据组后，采用Stedmon和Rasmus Bro开发的MALAB toolbox DOM Fluor对得到的结果进行平行因子法建模。根据每个模型的残差确定每个样品中的组分数。


其他参数也用于深入分析数据：实验计算出腐殖化指数（HIX）以衡量腐化度。HIX的计算基于Ex在255 nm处Em为435——480 nm和300——345 nm的发射光谱面积之比。此外，根据McKnight等的研究，具有较低芳香性的微生物衍生的富里酸比有机或土壤来源的富里酸吸收更少的可见光和紫外线。因此，Johnson等开发了一种使用荧光指数（FI）的计算方法，该方法高度概括了溶解有机物（DOM）的信息。荧光指数的计算是基于Ex在370 nm处Em为470 nm和520 nm的荧光发射强度之比。


1.6微生物分析


此外，本章研究取系统阶段Ⅲ末期的好氧颗粒污泥为样品，对连续流系统中的微生物种群特性分析，样品于50 mL离心管中在~20℃下保存。高通量测序及系统发育树的绘制工作由ALLWEGENE公司（中国，北京）完成，其DNA提取、PCR扩增、高通量测序及数据处理过程如文献所述，使用E.Z.N.ASoil DNA试剂盒（OMEGA，Norcross，GA，USA）进行DNA的提取和纯化，提纯过的DNA在1%的琼脂胶内电泳。细菌的16s RNA扩增用探针为：336-F（5′~GTACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）和806-R（5′~GTGGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′），测序区段为V3-V4，使用TransGenAP221-02：TrasStart Fastpfu DNA扩增试剂盒（TransGen Biotech，中国，北京）。原始数据使用Mothur和QIIME处理。每个样品中得到大于150000个序列，每个序列440 bp.得到的有效基因序列从门到属进行归类，操作分类单元（operational taxonomic units，OTUs）聚类时取变异系数3%.并使用Chao 1指数及Shannon指数进行系统多样性表征。接着对OTU进行归类，分析系统中微生物的功能菌群。


HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（一）

HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（二）

HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（三）

HRT和DO、曝气强度、水力停留对好氧颗粒污泥连续流系统的影响（四）