ABR反应器处理苯胺黑药废水及其微生物种群结构

第30卷第9期2017年9月环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciencesV〇1.30,N〇.9Sep.,2017杨梓亨，宋卫锋，程亚杰，等.ABR反应器处理苯胺黑药废水及其微生物种群结构[J].环境科学研究,2017,30(9):144S-1454.YANGZiheng,SONGWeifeng,CHENGYajie,eial.Treatmentofanilineaerofloatwastewaterusinganaerobicbaffledreactorandanalysisofactivatedsludgecommunity[J].ResearchofEnvironmentalSciences,2017,30(9)：1448-1454.ABR反应器处理苯胺黑药废水及其微生物种群结构杨梓亨，宋卫锋'程亚杰，李海宇，筒静仪广东工业大学环境科学与工程学院，广东广州510006摘要：苯胺黑药广泛用作铅锌硫化矿浮选捕收剂，是一种难生化降解浮选药剂.为考察苯胺黑药的厌氧降解行为，采用ABR(厌氧序批式折流板反应器）对苯胺黑药进行处理，利用扫描电镜研究不同隔室中颗粒污泥的性状，并采用Miseq高通量测序的方法分析起主要作用的隔室中的微生物群落组成.结果表明，在进水P(苯胺黑药）和p(C0D&)有一定波动情况下，苯胺黑药和〇：00&去除率在各阶段均呈增加趋势.100d成功启动后运行稳定；HRT(水力停留时间）为24h时，苯胺黑药和〔(^^去除率分别为67%〜71%和68%〜73%.反应器内出现大量颗粒污泥，沿水流方向颗粒污泥粒径分布逐渐减小，颗粒污泥规则、密实，不会流失.Miseq高通量测序结果表明，反应器第1格和第2格中绿弯菌门菌群所占比例（分别为24.73%和33.60%)最大，其次是厚壁菌门（分别为24.17%和20.92%)和变形菌门（分别为18.93%和20.88%);在属的水平检测到Le声等，使得反应器具有较好的耐冲击负荷和良好的降解作用.研究表明，ABR对苯胺黑药有良好的去除作用.关键词：ABR反应器；苯胺黑药；颗粒污泥；Miseq高通量测序中图分类号：X703.1文章编号：1001-6929(2017)09-1448-07文献标志码：ADOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.72TreatmentofAnilineAerofloatWastewaterUsingAnaerobicBaffledReactorandAnalysisofActivatedSludgeCommunityYANGZiheng,SONGWeifeng^,CHENGYajie,LIHaiyu,JIANJingyiSchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,ChinaAbstract：Ananaerobicbaffledreactorwasdevelopedforthetreatmentofanilineaerofloatwastewater,arefractoryflotationregent.Scanningelectronmicroscopyrevealedtheshapeandpropertiesofgranulesludgefromdifferentcompartments.ThemicrobialcommunitiesthatmighthavepromaryfunctionswerefurtheranalyzedbyapplyingMiseqhigh-throughputsequencingapproaches.TheresultsshowedthattheremovalefficiencyofanilineaerofloatandC0DCrincreasedineachstagedespitetheirgreatfluctuationintheinfluent.Atahydraulicretentiontimeof24h,anilineaerofloatandC0DCrremovalreached67%-71%and68%-73%after100days'operation,respectively.Alargeamountofgranularsludgeformedinthereactor,andtheparticlessizedistributionwasreducedinthedirectionofflow.Thesludgewasregular,close-grainedandnotlost.Miseqhigh-throughputsequencingresultsshowedthatChloroflexiaccountedformostofthesequence(24.73%and33.60%),followedbyFirmicutes(24.17%and20.92%)andProteobacteria(18.93%and20.88%)atthephylumlevels.Atthegenuslevels,Caldisericum,Leptolinea,LeuconostocandBacilluswereidentified,whichmeantthereactorhadgoodresistancetoimpactloadandgooddegradationeffect.ThestudyindicatedthatABRmaybeaneffectiveremoverofanilineaerofloat.Keywords：ABR；anilineaerofloat；granularsludge；Miseqhigh-throughputsequencingABR(厌氧序批式折流板反应器）是一种高效厌氧处理工艺，在工业废水处理领域应用前景广阔.该收稿日期：2016-12-17修订日期：2017-05-09基金项目：广东省科技计划项目（2014A020209077)作者筒介：杨梓亨（1992-^男，广东汕头人^54284669@qq.⑶m.*责任作者，宋卫锋（1972-)，男，河南郏县人，教授，硕导，主要从事水污染控制理论与技术研究，[e-mail]工艺使用一系列垂直放置的折流板使反应器分隔成多个连续的隔室，水流速度较慢，通过折流板的阻挡及污泥自身的沉降作用，使活性污泥颗粒被有效地截流在反应器内，从而明显提高了反应器的处理效率[1_2].ABR有利于产酸段和产甲烷段在不同的隔室内进行，减缓了高负荷条件下低pH对甲烷菌的抑制作用，在不同隔室形成性能稳定的微生物群落，使第9期杨梓亨等：ABR反应器处理苯胺黑药废水及其微生物种群结构1449反应器具有抗冲击负荷的能力[3].ABR较好地实现了SMPA(分相多阶段）的工艺思想，具有优异的去除有机污染物的能力.目前对ABR中微生物种群的研究主要集中在不同种类的甲烷菌上，而对酸化过程中起关键作用的其他种类的微生物在不同格室中的分布情况则研究较少.苯胺黑药（二苯胺基二硫代磷酸盐）被广泛用作铅锌硫化矿浮选过程的捕收剂，是选矿废水中的主要污染物.作为矿区水体环境优先控制污染物，苯胺类化合物对生物具有一定的毒性，是一种难生化降解浮选药剂，直接外排对自然环境有很大危害，在工业排水中被严格控制[4_6].目前对苯胺黑药的降解研究主要集中在物理化学法（如混凝法、酸碱中和法、化学氧化法、电化学催化法[7_9])，对其厌氧降解研究甚少，只是初步研究其厌氧降解的机理，并未深人.相较于好氧生物处理，厌氧生物法由于能耗低和产泥少等特点得到了广泛应用，应用ABR处理苯胺黑药废水有现实必要性.该研究采用由4个隔室串联组成的容量为17.5L的厌氧折流板反应器处理苯胺黑药废水，着重考察了ABR工艺处理废水中苯胺黑药的效果，研究了不同隔室中颗粒污泥的性状，分析了起主要作用的隔室的微生物群落组成，得到苯胺黑药的厌氧降解的最佳条件，以期为有色金属金属选矿废水的处理提供新的方法和途径.1材料与方法1.1试验装置试验装置如图1所示，反应器由有机玻璃制成，有效容积17.5L，由4个隔室组成，上下流室宽度比为5:1.沉淀池有效容积为1.55L，上清液外排.在反应器启动初期投加活性炭促进颗粒污泥的形成[1°].1.2试验用水和运行方案试验用水为人工配制的模拟废水，p(CODQ.)及P(苯胺黑药）的选取以实际矿山企业长期循环使用的选矿废水水质为依据.p(CODQ.)在450〜600mg/L之间，苯胺作捕收剂时，累积浓度约为200〜300mg/L.P(苯胺黑药）从25mg/L分阶段逐步增至250mg/L，按进水p(CODQ.)的要求增减葡萄糖的添加量.加人NH4C^PKH2P04调节CODCi.:N:P(质量比）为200:5:1，最后按1mL/L的量添加微生物生长所需的Ca、Mg、Fe、C〇、Ni、Zn、B等微量元素，以保证微生物细胞合成的需要.此外，配水时投加一定量的NaHC03保证反应器内的缓冲能力.注：1一调节池;2—水泵;3—沼气收集管;4一ABR;5一沉淀池;6—排水阀.图1ABR试验装置示意Fig.1SchematicdiagramoftheABRexperimentalequipmentABR反应器接种污泥取自广州沥滘污水厂的厌氧池，启动初期投加粒径为0.2〜0.4mm的活性炭促进颗粒污泥的形成，投加量为3g/L.待反应器出水苯胺黑药去除率达到50%以上时，提高进水p(苯胺黑药），HRT为24h，反应器温度通过加热棒控制在33〜35°C.定期（2〜3d)取样测定反应器进水、出水的p(C0DQ.)和P(苯胺黑药）.所有的水样均过滤后再进行分析.反应器运行稳定，取污泥样品进行微生物种群结构解析.1.3分析方法通过瑞利UV-2100紫外/可见分光光度计对苯胺黑药进行扫描，发现苯胺黑药在A=230nm处有特征吸收峰.配制苯胺黑药标准溶液系列，在A=230nm处依次测定吸光度，得到标准工作曲线（y=19.06%-4.418，/?2=0.998)，通过水样的吸光度值和标准工作曲线计算p(苯胺黑药），然后计算苯胺黑药降解率[U].p(C0DQ.)采用标准方法[12]进行测定.颗粒污泥粒径采用湿式筛分析法测定，通过日立S-3400N(n)扫描电镜观察颗粒污泥形态.采用Miseq高通量测序解析微生物种群结构[13].污泥样品经DNA提取和纯化，对提取到的DNA进行琼脂糖电泳检测，查看基因组DNA的完整性与浓度.利用Qubit2.0DNA检测试剂盒对基因组DNA精确定量，以确定PCR反应应加人的DNA量.PCR所用的引物已经融合了Miseq测序平台的通用引物.PCR结束后，对PCR产物进行琼脂糖电泳，采用生工琼脂糖回收试剂盒（cat:SK8131)对DNA进行回收.回收产物用Qubit2.0定量，根据测得的DNA浓度，将所有样品按照1:1的比例进行混合，混合后充分振荡均勻.用Miseq平台测序（Illumina公司），1450环境科学研究第30卷0102030405060708090100时间/d图2反应器进出水苯胺黑药质量浓度及其去除率随运行时间的变化Fig.2Variationofanilineaerofloatconcentrationintheinfluentandeffluentandanilineaerofloatremovalefficiencywithoperationtime由图3可见，运行阶段p(CODCi.)控制在500.00〜700.00mg/L，0〜22d出水p(COD()不断下降，直至50.43mg/L，C0Dei.去除率达到90.27%，这是因为在驯化初期接种污泥密闭24h后大部分有机物已经消耗，0〜10d进水碳源仅为微生物易于利用的葡萄糖，在厌氧反应器内C0DQ.满足了微生物生长；11〜22