城镇污水处理系统活性污泥性质与微生物群落结构相关性研究

摘要

随着我国对生态环保问题的日益重视，污水排放标准日趋严格，城镇污水处理厂承担着降解污水中污染物的重要责任。活性污泥法是城镇污水处理中运用最广泛的方法，而活性污泥作为降解污染物的主要承载物，其理化性质与微生物群落结构的关系值得深入探讨与研究。 本研究中，样品来源于全国7所城市的9座城镇污水处理厂，研究对象为17个活性污泥样品及2个生物处理系统中填料上附着的生物膜，共包含6种不同的主体工艺。主要利用多种统计学方法对不同生物系统中活性污泥性质进行综合分析，并采用Illumina高通量测序从门、纲、属三个级别剖析微生物群落组成的差异性与相似性，最后通过双变量相关分析与典型相关分析明确活性污泥特性与微生物群落结构的相关关系。 研究结果表明，不同生物处理系统中活性污泥理化性质具有明显一致性，活性污泥中的磷也具有较高的生物利用性和可迁移性。样品所在地区是影响活性污泥中重金属含量的主要因素，而采样时间对重金属含量的影响较小。污泥中重金属Zn、Mn可迁移性与生物利用性高，而Pb、Cr、Cu的赋存形态较为稳定。 高通量测序结果表明，暖季样品的生物多样性与丰富度高于冷季样品，工艺不同会导致微生物群落结构的差异。与A2/O及氧化沟工艺不同，SBR工艺中δ-变形菌纲与β-变形菌为优势菌种，γ-变形菌相对丰度较低，表现出更高的氨氧化效率。城市污水处理系统中微生物群落组成具有生态一致性，但生物膜样品中硝化螺旋菌相对丰度远高于活性污泥样品，具有更优良的硝化性能。季节与地域是造成微生物群落结构差异的主要因素。 活性污泥理化性质中pH、C/N值、S、Ca含量与微生物群落结构密切相关。重金属的不同形态中，酸溶态Zn是对α多样性指数影响最大的因子。典型相关分析结果表明活性污泥微生物群落结构与重金属Mn、Zn、Cr、Ni呈显著的相关性，此类重金属都是活性污泥中微生物菌群生长繁殖的必需元素。 在实际城镇污水处理厂的运行调控中除常规污染物指标的监测外，还需对活性污泥自身理化性质及重金属含量加强监控管理，活性污泥性质将影响微生物群落组成进而制约污水处理能效。

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