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1、高含盐废水的种类很多,石油、页岩气开采,电镀、制药、印染、发酵工业、海产品加工 废水等都含有较高浓度的无机盐组分如Cl-等。生物处理方法是目前广泛采用的高盐废水处理方法,虽然高含盐废水中较高的盐度会影 响生物处理的效果,但若采用其他的方法,如膜分离等技术则成本较高,所以生物处理仍是首 选的处理方法。盐度影响生物处理效果的主要原因在于：在生物处理方法中,主要是利用活性污泥或生 物膜、颗粒污泥中微生物的新陈代谢来吸附降解废水中的污染物,而高盐度会引起高渗透压, 使微生物细胞脱水,同时也会抑制微生物降解有机物的反应效率,从而影响生物处理方法的效 果.因此,在处理高含盐废水时应当选择能够耐受高盐度影响
2、的生物反应器.迄今为止,已进行过盐度影响实验研究的生物反应器有膜生物反应器、移动床生物膜反 应器、升流式厌氧污泥床(up-flowanaerobicsludgeblanket,UASB)反应器、上流式厌氧生物滤池 反应器、 EGSB 反应器等。由于颗粒污泥在盐度负荷冲击下能够体现出更高的适应能力 ,UASB 等能够培养出厌氧 颗粒污泥的生物反应器得以在处理高含盐废水时有更多的应用研究,但同时从反应器处理效 果和微生物角度分析研究较少。EGSB是在UASB基础上发展起来的第三代厌氧反应器，与UASB相比有更好的运行效果. 本次研究利用模拟的高盐度废水,从盐度影响下 EGSB 反应器的运行效果和厌
3、氧颗粒污泥两 个方面进行分析比较,并对厌氧颗粒污泥做高通量测序,以期为 EGSB 反应器应用于高含盐工 业废水的实际处理提供参考的实验数据。1 材料与方法1.1 实验装置实验用EGSB反应器由圆筒形有机玻璃制成，总高1.4m,内径0.12m,总容积为15.52L，有效 容积为15.18L回流口在距反应器底部1.19m的位置，三相分离器圆环挡板距离顶部0.16m，三 相分离集气罩呈圆锥形，底部直径0.1m,顶部直径0.03m,高0.08m,排气通道高0.07m,集气罩、 排气通道和EGSB反应器上盖密闭。投加颗粒污泥于反应器中,进水和回流分别通过蠕动泵从反应器底部进入.颗粒污泥、沼 气、废水三相
4、在反应器中混合,随着水流上升至三相分离器,沼气进入集气罩,而大部分废水通 过集气罩与挡板间的缝隙进入出水区,颗粒污泥由于重力作用,在遇到挡板和集气罩壁后,下 降至污泥层,因此能很好地实现气、液、固的三相分离。1.2 实验用水人工配置的模拟高盐废水用于本次实验,通过进水中逐渐增加的盐度对 EGSB 反应器进行驯化.人工配水主要由葡萄糖、NH4CI、KH2PO4、NaHC03、NaCI和营养液配制而成，葡萄糖、 NH4CI、KH2PO4分别作为人工配水中微生物生长代谢所必须的C、N、P源，三者的投加量比 例为C:N:P=250:5:1，后期调整为125:5:1.采用NaCI提供人工配水中的盐度，对
5、微生物进行盐度 驯化，其投加量逐渐由0增加到7500mg L-1 .营养液中包含微生物生长所需要的微量元素，其 组成成分详见表 1.表1寻养亘1组成成廿化学减分浓度 畑L理浓度F占CV7H应6. 9S5Mi熾备HQ0. 0750.価0. 1250科-4H/I0. 125皿1 妣00. 25-0CqEQa -7H2)0.4431.3 分析项目及方法COD采用快速测定法，测定仪器为5B-3(C)型COD快速测定仪(中国连华科技);湿式气体流 量计用于计量沼气产量;颗粒污泥粒径分布用湿式筛分法测定;颗粒污泥沉降速度采用重量沉 降法.厌氧颗粒污泥高通量测序：按照OMEGA公司的E.乙N.ATMMag-
6、BindSoilDNAKit试剂盒说 明书中的步骤提取厌氧颗粒污泥微生物中的DNA,用琼脂糖凝胶检测DNA完整性.细菌PCR 扩增采用引物为 341F:CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTG(barcode)CCTACGGGNGGCWGCAG,805R:GACTGGAGTTCCT TGGCACCCGAGAATTCCAGACTACHVGGGTATCTAATC古菌弓I用槽式 PCR 扩增有三轮。第一轮使用引物为 340F： CCCTAYGGGGYGCASCAG,1000R： GGCCATGCACYWCYTCTC；第二轮弓物为349F：CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTN(
7、barcode)GYGCASCAGKCGMGAAW,806R：GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCAGGACTACVSGGGTATCTAAT第三轮扩增，引入Illumina桥式PCR兼容引物.PCR结束后，将PCR产物进行琼脂糖电泳检测,DNA纯化回收，利用Qubit2.0DNA检测试剂 盒对回收的 DNA 精确定量,以方便按照 1:1 的等量混合后测序.委托生工生物工程(上海)股份 有限公司进行 IlluminaMiSeq 高通量测序,测序数据通过质量控制预处理,去除嵌合体及靶区 域外序列后，在OTU聚类结果的基础上进行RDP分析.预处理采用的软件为Prinseq(版
8、本 0.20.4）与FLASH（版本1.2.3）,去除嵌合体及靶区域外序列米用的软件为Mothur（版本1.30.1）, 分类采用的软件为RDPcIassifier.1.4实验方法实验通过调整EGSB反应器进水中Cl-的浓度来增加反应器盐度负荷，在0盐度下连续启 动反应器后分4个阶段逐步提高进水中Cl-的浓度，各阶段进水中Cl-浓度依次为2000、3500、 5000和7500mg - L-1.在每个阶段测定反应器的进出水COD值、容积产气率、厌氧颗粒污泥 的粒径分布和沉降速度.对Cl-浓度为0和5000mg - L-1两个阶段的厌氧颗粒污泥进行高通量 测序和宏基因组分析.接种的厌氧颗粒污泥来
9、自于某饮料生产企业的污水处理站UASB反应器中形成的颗粒污 泥 , 接 种 颗 粒污 泥 体积 占 EGSB 反应器 总容 积 的 50%. 反应 器水力停留时间 （hydraulicretentiontime,HRT）为24h，回流比R为6:1，反应器温度使用电阻丝温控器控制在（35 2）C,进水pH值维持在6.87.2，进水COD浓度维持在3267mg L-1,COD容积负荷为3.267kg （m3 d）-1.2结果与讨论2.1盐度对COD降解的影响EGSB 反应器在控制进水 COD 浓度、进水 COD 容积负荷、 pH 等因素基本不变的运行条 件下受不同盐度（以Cl-浓度计）影响,COD
10、降解效率的变化情况如图1所示.图 1COD 降解效率的变化图中a、b、c、d、e这5个部分的进水Cl-浓度依次为0、2000、3500、5000、7500mg L-1,在反应器启动后的114dCl-浓度曾调整为10000mg - L-1，随即停止进水,3d后又恢复到7500mg L-1（图中以虚线标示），下同Cl-浓度低于7500mg - L-1时EGSB反应器的COD降解效率受到的影响不大，适当地提高 盐度更能促进COD的降解，这一点与刘峰等的上流式厌氧生物滤池实验结果相似.反应器完成启动后,COD平均去除率为76.2%，出水的COD平均浓度为699.2mg - L-1.当进 水的Cl-浓度
11、为2000mg - L-1,COD去除率略有降低，但与前一阶段相比仍有升高,且仍然呈增长 趋势,平均去除率为79.2%,出水的COD平均浓度为678.25mg - L-1.当进水的Cl-浓度提升到3500mg - L-1，反应器的COD去除率未受到显著影响，持续升高, 平均去除率达到87.7%，出水的COD平均浓度为401.9mg L-1.反应器在2500mg L-1和 3000mg - L-1的Cl-浓度下COD去除率都能保持较快的增长速率,并且在3500mg - L-1的Cl- 浓度下去除率增长比前一阶段更快.反应器运行的第51d开始,进水的Cl-浓度增加到5000mg - L-1，反应器
12、COD去除率有所降 低，但仍然能维持在80%以上，整个阶段中COD去除率在波动中逐渐上升,COD平均去除率为 90.5%,出水COD平均浓度为307.1mg L-1;考虑到出水COD浓度波动较大,COD去除率应有进一步提高的空间，在反应器运行第91d 对进水条件做出调整，将进水中N、P浓度增加一倍，为反应器中微生物增加氮源磷源的供应.当进水的Cl-浓度进一步调整到7500mg - L-1，反应器的COD平均去除率为98.1%，没有明 显波动，出水的COD平均值为61.08mg - L-1;因为COD去除率在7500mg - L-1的进水Cl-浓度下没有受到影响，在反应器启动的第114d 曾一度
13、将进水Cl-浓度提升到10000mg - L-1，但在调整次日EGSB反应器中的厌氧颗粒污泥即 出现了严重的上浮流失现象，随即停止进水,2d后将进水Cl-浓度恢复为7500mg - L-1.由于调整及时 ,在此期间的 COD 降解并未受到很大影响 ,反应器也很快恢复如前 .在 5000mg - L-1的Cl-浓度下,EGSB反应器经过接近2个月的驯化后COD的降解能力还能进一步 提高,Cl-浓度达到7500mg - L-1时，反应器的COD去除率能够不受影响稳定维持在最高水平.2.2 盐度对容积产气率的影响 容积产气率主要反映了厌氧反应器的产沼气情况,其在很大程度上反映了厌氧反应器的 有机物降
14、解情况.当进水Cl-浓度在7500mg - L-1以下时，反应器的容积产气率随盐度的提升会在出现一定 的波动后逐渐提升,最终稳定维持在一个较高水平.从图 2 可以看出,在 a、 b 段,反应器的容积产气率都比较稳定,没有太大变化,平均为 0.91m3 - (m3 - d)-1.42d后，随着Cl-浓度增大到3500mg - L-1,容积产气率波动很尢但整个阶 段的平均值比前一阶段有增长，为1.19m3 - (m3 - d)-1;结合同阶段COD去除率的变化可见，与 整体的厌氧消化过程相比,产甲烷过程对盐度的变化更敏感.当Cl-浓度为5000mg - L-1，反应器的容积产气率在初期有下降趋势，
15、在延长驯化时间并调 整进水N、P浓度后，容积产气率又逐渐上升,整个阶段的平均值为1.39m3 - (m3 - d)-1;这个阶 段的变化趋势与COD去除率的变化相近.在图中e段，反应器的容积产气率在7500mg - L-1的Cl-浓度下略有下降，经过一段时间驯 化后,反应器的容积产气率又逐渐回复到原来的水平,维持在1.63m3 (m3 d)-1左右.2020 旳 50 6070 SO 90 100 L tO 120 130 340运拧天數闭E 2容积产弓率的变怅反应器的容积产气率受到盐度影响的变化情况与COD降解的变化情况比较相似,在盐度 提升时会受一定影响,而持续驯化一段时间后又逐渐恢复并能
16、在原有水平上进一步提高;不同 的是盐度变化对产气的影响更尢在图2中容积产气率的数据波动很尢不如COD降解率的变 化平稳.2.3 盐度对厌氧颗粒污泥的影响 在反应器运行的不同阶段分别取样测定了反应器中厌氧颗粒污泥的粒径分布与沉降速 度参数,粒径分布与沉降速度能够体现颗粒污泥整体状态与降解性能,作为反应器内厌氧污泥 的主体,EGSB反应器中颗粒污泥的状态是反应器运行效果的关键，颗粒污泥的状态与特性影 响着厌氧反应器的处理效率、体系活性及系统稳定性等.从图3及表2可以看出,在盐度冲击下,大颗粒污泥受到影响解体为小颗粒污泥,使小颗粒 污泥所占的比重上升.当Cl-浓度增加到7500mg L-1且短暂调至lOOOOmg L-
