污水脱氮中的N2O 排放是微生物与其周围环境共同作用的结果, 环境条件和微生物之间是内外因关系,环境因素通过微生物影响N2O 排放｡研究表明,参与污水脱氮的微生物(如硝化菌､反硝化菌等)在N2O 的产生能力上存在较大差异〔2-3〕｡如果某污水脱氮系统中微生物群落由N2O 产生能力强的菌组成,那么该系统的N2O 排放量就可能高,反之亦然｡这是污水脱氮中微生物群落影响N2O 排放的可能途径｡近年来, 为了有效控制污水脱氮中N2O的排放,国内外学者围绕pH､DO､C/N､泥龄､底物浓度等不同环境因素对N2O 排放的影响进行了一些研究〔4-5〕｡但迄今为止,很少涉及到污水脱氮中微生物群落对N2O 排放的影响｡
笔者在不同NH4+浓度下研究了系统氮素转化效率与微生物群落对N2O 排放的影响,以期为有效控制污水处理中N2O 的排放提供参考｡
1 材料与方法
1.1 实验装置及工艺
实验采用内径260 mm､高360 mm 的圆柱形SBR 反应器,其有效容积为15 L｡以黏砂块作为微孔曝气器, 采用鼓风曝气, 以转子流量计控制曝气量｡
1.2 种子污泥及实验用水
种子污泥取自当地某制药厂污水处理池｡研究采用模拟污水, 模拟污水由葡萄糖､(NH4)2SO4､NaHCO3､NaCl､CaCl2､KH2PO4､MgSO4˙7H2O 配制而成｡模拟污水的pH 为7 左右, 反应过程中不再调pH｡
1.3 污泥驯化及实验方法
将2 000 mg/L 的种子污泥置于SBR 反应器,在室温条件下进行驯化, 实验期间水温为25~28 ℃｡SBR 系统的实验工序为瞬时进水0.5 h､曝气搅拌5 h､缺氧搅拌2 h､沉淀排水1 h 及闲置,每天运行1~2 个周期｡曝气阶段的曝气强度为2.5 L/min｡污泥驯化阶段,好氧硝化段进水NH4+为40 mg/L,COD 为400 mg/L,缺氧反硝化段补充加入COD 200 mg/L｡经过40 d 左右的驯化,当污泥品质浓度达到4 000mg/L 左右, 总氮和COD 去除率稳定达到95%以上时,认为污泥驯化结束｡
当系统稳定运行时,在NH4+品质浓度为20､40､60 mg/L 的条件下, 分析了氮素转化过程中的N2O排放及微生物群落特征｡其他条件和污泥驯化时的工艺条件相同｡
1.4 反应气采集及N2O浓度测定
SBR 工艺曝气阶段, 从气体排放口中直接采集反应气;缺氧反硝化段,以吹出的方式采集反应器中液体表面的反应气｡
气样中N2O 的浓度用气相色谱仪电子捕获检测器(ECD)进行检测｡检测条件:柱温40 ℃､进样口温度60 ℃､检测器温度330 ℃,柱子采用Porapak Q毛细管柱, 载气为纯氮｡实验中,N2O 标准气(5.27μmol/mol)由南京麦克斯公司提供｡
1.5 其他化学指标分析
污水COD､NH4+-N､NO3--N､NO2--N 等指标的测定采用国家环境保护总局发布的标准方法〔6 〕｡1.6 微生物群落分析实验采用PCR-DGGE(Polymerase Chain Reaction-Denaturing Gradient Gel Electrophoreses)方法,分析不同NH4+-N 浓度下的微生物群落特征｡污泥样品前处理､总DNA 提取及纯化按文献〔7〕的方法进行｡使用通用引物P2(5’-ATTACCGCGGCTGCTGG-3’) 和P3 (5’ -CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGGGGGGGGGCACGGGGGGCCTACGGGAGGCAGCG-Ag-3’)扩增基因组总DNA 16S rDNA V3 区,PC 扩增体系和程序见文献〔8〕｡聚丙烯酰胺的变性梯度范围为35%~60%,DNA 扩增产物上样量为200 ng 左右｡200 V 电压下,1×TAE 缓冲液中电泳240 min｡电泳完毕后,用0.5 mg/L 的溴化乙锭染色,上UVI 成像系统成像｡所得图像用BIO-RAD QUANTITYONE 4.0 软件进行分析｡
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