论文：填料对HBF工艺处理生活污水的影响及其机制研究

1.5.2Miseq文库构建和Miseq测序

利用NEBNextDNA文库制备试剂盒（NewEnglandBiolabs公司，USA）在PCR产物两端加上短接头，构建出DNA文库。经MiSeqreagentkitV2试剂盒（Illumina公司，USA）处理后，委托美吉生物采用MiSeq测序仪进行测序。

1.5.3功能基因的荧光定量

使用实时荧光定量PCR（real-timeqPCR）中SYBRGreen方法对AOB的amoA及NOB的NSR基因进行定量分析。试验中设置阴性对照，每个样品做3个平行，同时以梯度稀释的质粒DNA和样品DNA进行定量PCR反应。AOB及NOB定量所用引物参见上述普通PCR扩增。扩增体系均为20μL：SYBRGreenPremixEXTaq酶（Takara，大连）10μL，浓度为10pmol/LAOB及NOB正反向引物各0.8μL，DNA模板1μL，用超纯水补足至20μL。采用IQ5Thermocyler扩增仪（RG65HD，Corbett，Australia）进行定量PCR。定量PCR扩增程序如下：95℃预变性3min；95℃变性30s，53℃退火60s，72℃延伸20s，共40个循环；最后在72℃延伸10min。

2结果与讨论

2.1填料对HBF反应器的污水处理效率的影响

按试验方法，开展了填料对HBF反应器污水处理效率的影响试验，结果如图3所示。由图3(A)可知，不同填料反应器的CODMn去除效率均大致呈“升高-下降-平稳”的趋势，以MT反应器为例，在第7~19d，CODMn去除率从75.65%提高到97.32%；随着HRT的下降（从12h到8h，第21~35d），CODMn去除率先小幅下降后回升，该阶段平均去除率达95.40%；随着HRT的持续降低（从8h到4h，第36~50d），CODMn去除率从最高98.58%下降到最低77.76%，后逐渐回升至80%以上，该阶段测试期间平均去除率为87.16%。当HRT维持在4h时，即使进水NH4+-N浓度提高（从50mg/L到70mg/L（51~65d）再到90m/L（65~80d）），对CODMn去除率的影响较小，两个阶段测试期间CODMn的平均去除率分别为90.07%、88.44%。

HRT减少导致CODMn去除率下降的主要原因可能是水力负荷加大，一方面造成反应器的有机负荷增加，另一方面过大的水力负荷对填料表面的生物膜产生了冲击[14]。反应器成熟后，即使进水NH4+-N浓度加大，CODMn去除率比较稳定，可能原因是好氧反应器内异养菌活性较大，受进水NH4+-N浓度影响不是很大[15]。

总体来看，测试期间各填料反应器CODMn平均去除效率介于79.35%~91.72%，其排序为MT＞JT＞ZT＞DT＞RT＞TT；填料对CODMn的去除影响差异并不显著（P＞0.05）。

由图3(B)可知，不同填料反应器的氨氮去除效率变化规律整体呈上升的趋势，中间有波动，整体平稳，后期去除率有所下降。以MT反应器为例，从第7~22d的NH4+-N去除率呈上升趋势，最高达96.27%。随着HRT的持续降低（从8h到4h，第36~50d），NH4+-N去除率有所下降，该阶段测试期间NH4+-N平均去除率为92.65%。当HRT维持在4h时，进水NH4+-N浓度从50mg/L提高到70mg/L，再到90mg/L，反应器对NH4+-N去除率影响不大，两个阶段测试期NH4+-N平均去除率为90.25%、89.57%。

HRT减少导致NH4+-N去除率下降的主要原因可能是系统水力负荷加大，硝化菌没有足够的时间完成对NH4+-N的降解，使各反应器NH4+-N去除率存在波动。Liu等[16]研究表明，当NH4+-N负荷一定时，HRT的减小将造成NH4+-N转化效率下降。第四、第五阶段，HRT维持4h而NH4+-N浓度升高，导致NH4+-N去除率也有所降低，但变化并不明显，其主要原因可能是进水C/N比降低，有机碳源量要求较高的异养细菌部分被淘汰，降低了种群的多样性。据报道[17]称当进水C/N比减小时，自养菌会代替异养菌在生物膜外层生长繁殖。总体来看，测试期间各填料反应器的NH4+-N平均去除效率约67.12%~88.12%，其排序为MT＞JT＞ZT＞DT＞RT＞TT；填料对NH4+-N的去除影响差异显著（P＜0.05）。

综上可知，在不同工况下应用HBF工艺处理不同负荷的生活污水时，不同填料反应器对CODMn去除效率差异较小（P＞0.05），而NH4+-N去除效率差异显著（P＜0.05）。

2.2生物膜量及微生物活性分析

生物膜的形成与生长是实现污水处理的前提，生物膜量及活性是评价生物膜质量的重要依据[18-19]。在废水生物处理中，生物膜脱氢酶活性可反映处理体系中活性微生物量及其对有机物的降解活性，因而成为评价生物膜活性的指标[20]。因此，为揭示不同填料反应器的去除效率差异较大的原因，按试验方法测定了生物膜量及单位质量生物膜的脱氢酶活性，结果如图4所示。

由图4(A)可知，不同填料的生物膜负载量及脱氢酶活性均差异显著（P＜0.05）。MT负载的生物膜量最大，其干质量达8.11g，而RT负载的生物膜量最小，其干质量为6.07g；该指标大小顺序为：MT＞DT＞JT＞ZT＞TT＞RT。图4中脱氢酶的活性结果表明：活性最高的是JT（208.55μgTF/(g生物膜•h)），活性最低的是RT（180.43μgTF/(g生物膜•h)）；填料的生物膜活性大小顺序为：JT＞MT＞ZT＞TT＞DT＞RT。由于不同反应器的NH4+-N的去除效率差异显著而对CODMn的去除效率差异较小，为定量评价两指标对污水处理性能的影响差异，分析NH4+-N去除率与生物膜量及单位质量生物膜的脱氢酶活性的相关性，结果如图4(B)、图4(C)所示。

由图4可知，NH4+-N去除率受生物膜量及单位质量生物膜的脱氢酶活性影响显著，其相关系数均大于0.50，微生物组成决定了微生物脱氢酶活性。为此，本研究进一步分析了生物膜中的微生物群落结构。

2.3生物膜中微生物群落结构分析

按试验方法分析了生物膜的微生物群落。由样本的层级聚类分析（图5(A)）可知，六个样品中的微生物群落可以分为三个不同的类群：第一类包括样本S3、S5及S6；第二类为样本S2；第三类包括样本S1及S4。层级聚类分析结果与对生物膜样本的PCoA主坐标分析（图5(B)）结果一致。主坐标分析（Principalcoordinatesanalysis，PCoA），可用来研究微生物群落组成的相似性或差异性。由图5(B)可知，样本S3、S5及S6聚集在一起，S1与S4聚集在一起，且均与S2相距较远。以上结果说明不同填料上微生物组成存在差异。