苯酚梯度驯化过程中厌氧折流板反应器微生物群落演替特征

摘要

厌氧消化是工业废水和城市废水处理过程中常用的技术之一.由于废水中的苯酚会影响厌氧消化系统的稳定性，因此在使用厌氧消化工艺前需要使用苯酚对活性污泥进行驯化，从而降低其抑制作用.本文考察了厌氧折流板反应器在进行苯酚梯度驯化时各隔室出水的化学需氧量（COD）、pH、苯酚及沼气中氢气分压的变化情况.运用Illumina高通量测序平台分析了细菌和古菌群落的演替过程，并使用气相色谱与质谱联用仪（GC–MS）和高效液相色谱仪（HPLC）对苯酚厌氧降解产物分别进行了定性和定量分析.结果表明，使用葡萄糖作为唯一进水碳源时第1隔室出水的pH在5.0～6.8之间波动.当进水中加入苯酚后该隔室出水pH有所上升.约90%的COD和苯酚在前两个隔室内降解，但后续隔室的COD始终保持在100 mg·L-¹左右，因此推测最终出水中含有未降解物质.使用葡萄糖和苯酚作为进水碳源时细菌和古菌群落的α生物多样性指数高于使用单一进水碳源.苯酚的加入导致细菌群落的优势菌科Streptococcaceae和Enterobacteriaceae被Syntrophaceae取代；古菌群落的优势菌科Methanobacteriaceae则被Woesearchaeales取代.冗余分析显示，细菌Syntrophaceae科和古菌Woesearchaeales科分别与苯酚和乙酸的相关性较高.产物定性分析确认了最终出水中的难降解物质为丙酸.热力学计算表明反应器内过高的氢气分压是导致丙酸难以降解的原因.

关键词

苯酚废水 / 厌氧折流板反应器 / 微生物群落演替 / 梯度驯化 / 厌氧降解

基金资助

国家“十三五”重大科技专项资助项目（2017ZX07402001）