耐盐复合菌剂强化生物工艺处理高盐废水的快速启动

2. 2 复合菌剂对SBR 启动的影响

反应器启动共分为3 个阶段｡第一个阶段图2 不同的复合菌剂投加量对TOC 去除的影响Fig. 2 Effect of different dosages on TOC removal（1 ~ 15 d），反应器中接种城市污水处理厂活性污泥，接种量约为2 000 mg MLVSS·L - 1，并采用普通生活污水作为进水，直到3 个SBR 的TOC 去除率均稳定达到85%以上；第二个阶段（16 ~ 25 d），采用高盐生活污水作为进水，进行复合菌剂与投加，对R1和R2 每隔1 d 各自投加10% × MLVSS 的复合菌剂和菌填料，共投加5 次；第三个阶段（26 ~ 45 d），保持SBR 的正常运行直到R1 和R2 的TOC 去除率再次稳定达到85%以上｡

从图3 可以看出，在SBR 处理高盐生活污水启动期，投加复合菌剂及菌填料对SBR 的TOC 去除率图3 SBR 快速启动过程中TOC 的去除效果Fig. 3 Efficiency of TOC removal during SBR start-up period有非常显著的提高[7，12-13]，第15 天到25 天，复合菌剂投加过程中，R1､R2 的TOC 去除率能够稳定在80%左右，而R3 的TOC 去除率仅仅从25% 提升至40%；第26 天至45 天，SBR 运行过程中，R3 的TOC去除率并没有显著的提高，直到40 d 才出现缓慢提高的趋势｡第35 天以后，R1 和R2 的TOC 去除率均可以稳定在85% 左右，可认为SBR 处理高盐生活污水启动完成[5]，而直到65 d，R3 的TOC 去除率仅为图4 SBR 快速启动过程中MLSS 和MLVSS 的变化Fig. 4 Change of MLSS&MLVSS during SBR start-up period65. 3%｡此外，对比R1 和R2，在第二阶段的出水TOC 呈现出一致性，而在第三阶段，R2 的运行状况明显更加稳定，这也说明投加负载菌填料能够为复合菌剂提供更加稳定的环境[16-17]，悬浮填料表面即可观察到一层褐色黏膜附着，证明微生物开始附着生长，生物膜逐渐形成｡

SBR 快速启动过程中MLSS 及MLVSS 的变化规律如图4 所示｡R1､R2 和R3 的MLSS 及MLVSS 整体均呈现出先下降，后上升的趋势｡这是由于起初活性污泥微生物受到高盐度的抑制甚至毒害，导致生物量降低，而随着污泥的驯化，嗜盐微生物逐渐开始增殖[7-8]｡值得一提的是R2 的MLSS 剧减，可能是由于投入填料后，部分微生物附着在填料上，从而导致反应器内悬浮固体浓度减少｡此外，R1､R2 和R3 MLVSS/MLSS 的值由0. 068 5 分别降低至0. 623､0. 624 和0. 561，有研究证明高盐废水下的活性污泥絮体致密､沉降性能好，这可能是盐在嗜盐微生物体内富集导致的[7，10]｡

2. 3 SBR 群落结构分析

对SBR 中活性污泥进行了高通量测序用于揭示反应器菌群结构演替以及复合菌剂的存留状况｡群落结构分析的4 组实验包括配入高盐废水前期（R1､R2 和R3 完成接种后在相同条件下运行，样品编号Rday15），连续投加复合菌剂的R1 组（样品编号R1 day25､R1 day35､R1 day45），连续投加复合菌剂的固定化填料的R2 组（样品编号R2 day25､R2 day35､R2 day45）；连续投加活性污泥的R3 组（ 样品编号R3day25､R3 day35､R3 day45）｡不同处理组及采样阶段，菌门水平变化如图5 所示｡活性污泥微生物中含量最多的为变形菌门（ Proteobacteri） 和拟杆菌门（ Bacteroidetes），其所占比例最高，分别达到40. 45%､27. 05%､4. 69%和4. 22%｡在整个生物处理启动过程中，高盐废水对活性污泥的驯化以及复合菌剂的投入使活性污泥微生物群落结构发生了明显的改变[18]｡活性污泥中主要微生物比例发生了明显改变，R1､R2 和R3 中变形菌门所占比例均出现骤增，分别达到56. 24%､56. 22% 和63. 72%，拟杆菌门所占比例则分别降低至16. 11%､19. 40%和17. 68%｡对于R1 和R2，从运行第10 天至15 天连续投加了复合菌剂和负载复合菌剂的填料，所以R1 和R2 中厚壁菌门所占比例从1. 31% 分别升高至6. 13% 和4. 54%；对于R3，由于仅投入活性污泥种泥，其中的厚壁菌门所占比例在运行45 d 仅有0. 95%｡这说明地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis） O1 和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis） Y5 所属的厚壁菌门虽然具有较强的耐盐性，但不具备竞争优势，通过复合菌剂投加，可以在活性污泥总富集，并成为优势种属[19]｡

4 组实验的微生物群落结构热图和主成分分析是基于各样品中含量前10 位菌属共计34 种菌属（ 如图6 和7 所示）｡根据主成分分析的聚类结果，可以将R1 和R2 的启动分为3 个阶段，这与反应器运行的状况相吻合｡第一阶段（1 ~ 15 d），反应器中活性污泥还处于适应期，进水为普通生活污水，主要以变形菌门中，如不动杆菌属（Acinetobacter）､布兰汉氏菌属（Alkanindiges）､嗜门菌属（Methylophius） 和生丝微菌属（Hyphomicroblum）等占优势；第二阶段（15 ~ 25 d），开始以高盐废水为进水，此时盐度的冲击负荷使得微生物群落结构反生改变，变形菌门中的微生物丰度进一步增加，并达到最大丰度；第三阶段（25 ~ 45 d），经过一段时间的运行和驯化，拟杆菌门中，如鸟杆菌属（Gelidibacter）､黄杆菌属（Flavobacterium）､碳酸噬胞菌属（Aequorivita）等逐渐成为优势种属，而变形菌门中的微生物丰度下降｡

有趣的是，由于复合菌剂和菌填料的投加，第二阶段芽孢杆菌属（Bacillus） 的丰度上升，并在之后的运行中逐渐成为优势种属，而这一阶段R1 与R2 对TOC 的去除率也远高于R3，因此，复合菌剂的投加对改善生物工艺有机物去除效果，缩短启动时间具有显著的效果[11-12，14-15，19]｡

3 结论

1）O1 和Y5 两株菌均具有很强的耐盐能力，能够在高盐环境下生存，并且通过复配能够获得较高的有机物降解率｡投菌量由10% 增加至15%，达到相同TOC 去除率的时间没有大幅度缩短，最大去除率也没有提高，说明投加量增加到一定程度后，对系统降解速度和降解效果影响变化不大｡

2）实验组经连续多次投加耐盐高效菌制备的复合菌剂的SBR 能够在30 d 完成快速启动，并且在启动过程中，TOC 的去除率都能够稳定保持在80% 左右｡此外，通过投加负载复合菌剂的菌填料进行生物强化，能够获得更长的时效行，并且具备更强的抗冲击负荷的能力｡基于较好的有机污染物出去效果和较强的抗盐度冲击能力，本研究制备的复合菌剂用于改善生物处理工艺启动期TOC 的去除率，缩短生物处理工艺的启动时间具有显著的效果｡若能够进一步与耐盐硝化菌和耐盐反硝化菌复合，制备多种功效的复合菌剂，在强化TOC 去除的基础上，强化生物工艺的总氮去除效果，将更具有实际应用价值和工程意义｡

3）实验结果表明复合菌剂的引入导致系统内菌群竞争优势的变化，使整个系统快速适应水质变化，处理效率提高，而通过启动完成后的生物群落结构分析可以看到所投加的耐盐高效菌O1 和Y5 在活性污泥微生物总量中所占比例由1. 31%升高至6. 13%，说明O1 和Y5 能够在小试SBR 中长期存留，并逐渐成为优势种属之一｡

本文转自“乾来环保”