废水SBR工艺对污泥有机毒性的影响

从图 4看出，原工况稳定阶段，空白组与BPA对照组水相COD在单个SBR周期内随时间变化趋势相似，具体为：水相COD到第4 h已降至50 mg  ˙L-1以下; 但第8 h开始，两组SBR水相COD略有回升，但仍维持在50 mg  ˙L-1左右.缩减HRT和SRT到稳定阶段后，在1个SBR运行周期内，空白组与对照组SBR水相COD下降趋势与改工况前类似，在第4 h降至最低并一直稳定在35  mg ˙L-1左右; 且空白组水相COD下降速率和幅度更显著，这说明改变工况更利于空白组SBR系统处理废水效能.

2.3.2 不同工况下BPA对照组单周期内BPA浓度变化

对比两个工况条件稳定时BPA对照组水、 泥相中BPA含量在1个SBR周期内的变化趋势，如表  3所示.

从表 3可知，两种工况稳定阶段，对照组泥相BPA含量均低于检测限; 水相BPA在3 h内可被完全降解;  改变工况后BPA在水相中的降解速率低于原工况，但不影响出水效果.分析认为，原工况条件经高浓度BPA驯化，对照组污泥相已存在大量可有效降解BPA的优势菌群，因HRT和SRT较长，大量代谢速度慢，世代周期长的菌群可以存活，故污泥相菌群组成较为丰富、  生物相较完善;  而缩短HRT和SRT后，污泥相中微生物菌群结构发生改变，主要以代谢速度快，世代周期短的微生物为主[23,24,25,26]，因缺乏不同菌群间“产物抑制”的消除效应，形成较多中间降解产物，一定程度上抑制了BPA总体去除速率，故BPA在系统中降解去除速率较原工况条件稍慢.

2.3.3 不同工况条件稳定期BPA对照组单周期内的污泥毒性变化

图 5所示，原工况条件当活性污泥系统达到稳定阶段，由于系统内已大量存在有效降解BPA优势菌群，因此污泥总毒性抑制率在2 h处较低，为36.97%;  通过BPA优势降解菌作用，第2~6 h污泥总毒性抑制率持续下降至最低点不足30%; 随后污泥总毒性波动上升，在周期末第12 h达42.75%，高于周期初始第2  h时的毒性值.经分析，认为污泥总毒性在6  h后出现波动且重升至高点的原因是：一方面由于进水BPA含量较高，微生物降解过程中产生有毒副产物量多，毒性大，不能被微生物吸收和进一步降解为无毒物质，因此毒性有累积;  另一方面由于系统在第6 h后停止曝气，系统溶解氧降低，微生物降解BPA及其有毒副产物速度减慢，效率降低，且产生大量SMP等难降解物质造成毒性升高.

调整工况条件缩短HRT和SRT后，系统内污泥总毒性抑制率从第0. 5 h开始逐渐增加至第1.5 h，随后又单调下降且在第4  h处达到稳定，直至周期结束维持在30%附近.同时对比第2 h时的污泥总毒性抑制率改工况后为45.7%，高于原工况时的36.97%;  分析认为，由于HRT缩短，并保持进水COD和BPA含量不变，污泥负荷升高，因此相同2 h内降解BPA所产生的污泥毒性有所增加.改变工况后周末第8  h系统内污泥总毒性抑制率为32.56%，明显低于原工况第12  h时的42.75%.说明处理高浓度BPA模拟废水的SBR污泥系统，缩短HRT和SRT不仅筛选了代谢速率快，世代周期短的BPA降解菌，且微生物活性也显著增强，加快了系统中毒性残留物质的消耗，污泥总毒性削减明显，从而降低剩余污泥后续处理处置及资源化利用的成本和环境风险.

2.4 污泥总毒性与微生物群落之间的相关性分析

有机物对微生物菌群的生物多样性和变异特性的影响是复杂的[27].活性污泥降解BPA及其有毒副产物过程中产生了污泥毒性，势必导致污泥相微生物菌群发生变化.通过PCR-DGGE分析技术，对两SBR污泥相微生物群落结构的多样性和相似性进行研究，得出菌群多样性与污泥总毒性间的相关性信息，分述如下.

2.4.1 香农-威尔指数(Shannon-Weaver diversity index)与污泥总毒性之间的相关性分析

Shannon-Weaver diversity index (H)是一种常用的评估微生物多样性的指标[28]，公式为：

由表 4可知，原工况条件稳定阶段40 mg ˙L-1 BPA对照组(3号)污泥系统微生物多样性(H=3.72)大于空白组(1号)污泥系统(H=3.59);  说明相对于空白组污泥，BPA对照组由于进水中含有高浓度BPA，污泥系统内微生物受到BPA驯化而产生降解BPA的优势菌群，同时对照组污泥中含有蛋白胨降解菌，故BPA对照组内的微生物多样性高于同时期的空白组污泥.而改变工况条件并重新到达稳定期后，空白组(2号)污泥微生物菌群多样性明显增加(H=3.88)，而40  mg  ˙L-1BPA对照组(4号)则有所降低(H=3.67).结合2.2节中所得污泥毒性抑制率的变化趋势，即缩短HRT和SRT后，空白组和BPA对照组的污泥总毒性均明显降低.试验说明，新工况条件下空白组污泥微生物多样性增加，对降解有机物过程中产生的污泥毒性进行消耗，因此空白组污泥总毒性与微生物菌群多样性呈负相关关系，即污泥毒性抑制率随菌群多样性的增加而降低.40  mg ˙L-1BPA对照组改变工况条件后，污泥总毒性和微生物菌群多样性都出现降低，即二者呈正相关性关系.分析原因为改变工况条件筛选了40 mg  ˙L-1BPA对照组污泥中谢速率快、  世代周期短的降解蛋白胨和BPA的优势菌，而部分代谢速率慢且世代周期长的BPA及其中间产物降解菌被淘汰，由此降低了系统内微生物的物种均匀度.且由于缩短了HRT和SRT，污泥负荷增加、  污泥活性也相应增强，筛选所得优势菌群对BPA及其降解过程中产生毒性物质的消耗速率较快，致使污泥毒性的消减.