耐盐染料降解菌群驯化及其微生物群落分析

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0459

摘要/Abstract

摘要：

为进一步提升对含盐染料废水的处理效率，在3组SBR反应器（R1、R2、R3）中分别投加NaCl、还原蓝4（VB₄）、NaCl+VB₄，并逐步提高其投加浓度，探究在不同盐度和染料浓度的驯化条件下，活性污泥对模拟废水的处理效果以及微生物群落的组成结构。结果表明：盐度增加至3%时，R1和R3的COD去除率开始大幅降低；在仅投加染料的反应器R2中，COD的平均去除率为95.5%；各反应器的氨氮平均去除率在90%以上。随着盐度和染料浓度的提升，系统稳定性下降。盐度和染料质量浓度分别达到1%、40 mg/L时，污泥对染料的脱色性能开始下降。高通量测序分析结果表明，随着盐度和染料的增加，活性污泥的微生物群落多样性降低，降解 COD及染料的功能菌群主要受系统含盐量的影响，氨氮降解菌群受环境变化的影响不大。在各反应器运行过程中，norank-f-norank-o-saccharimonadales、Propioniciclava、Micropruina3个菌属的丰度最高，对盐和染料表现出较好的耐受性，为含盐印染废水处理系统的优势菌群。

关键词: 染料降解, 耐盐, 活性污泥, 驯化, 微生物

Abstract:

In order to further improve the treatment efficiency of salinity dye wastewater， NaCl， reduced blue 4 （VB4） and NaCl+VB4 were added into three groups of SBR reactors （R1， R2 and R3）， and their concentration was gradually increased. The treatment effect of activated sludge on simulated wastewater and microbial community structure were investigated under different conditions of salinity and dye concentration. The results showed that the COD removal rate of R1 and R3 started to decrease significantly when the salinity increased to 3%. The average COD removal rate was 95.5% in R2， where only dye was added. The average removal rate of ammonia nitrogen was above 90% in all reactors. The stability of the system decreased with the increase of salinity and dye concentration. The decolorization performance of sludge on dyes began to decline when the salinity and dye mass concentration reached 1% and 40 mg/L， respectively. The results of high-throughput sequencing analysis showed that the diversity of activated sludge microbial community decreased with the increase of salinity and dye， and the functional bacteria for degrading COD and dye were mainly affected by the salinity of the system， while the ammonia-nitrogen degrading bacteria were not affected by environmental changes. During the operation of each reactor， norank-f-norank-o-saccharimonadales， Propioniciclava and Micropruina had the highest abundance and showed better tolerance to salinity and dye， and were the dominant bacteria in the treatment system of saline printing and dyeing wastewater.

Key words: dye degradation, salt tolerance, activated sludge, domestication, microorganism

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I4/78

图/表 10

表1 R1中活性污泥的SV₃₀、MLSS、SVI

Table 1 SV₃₀，MLSS and SVI of activated sludge in R1 reactor

盐度/%	0	0.5	1.0	2.0	3.0
SV₃₀/%	78.4	75.9	68.9	63.8	54.2
MLSS/（g·L^-1）	7.82	7.59	6.83	7.12	9.76
SVI/（mL·g^-1）	100.22	99.97	100.78	89.72	68.91

表2 R2中活性污泥的SV₃₀、MLSS、SVI

Table 2 SV₃₀，MLSS and SVI of activated sludge in R2 reactor

染料质量浓度/（mg·L^-1）	0	20	40	60	80
SV₃₀/%	76.4	70.9	71.7	68.2	62.5
MLSS/（g·L^-1）	7.65	7.92	7.23	7.54	9.35
SVI/（mL·g^-1）	99.82	89.55	99.24	90.51	70.13

表3 R3中活性污泥的SV₃₀、MLSS、SVI

Table 3 SV₃₀，MLSS and SVI of activated sludge in R3 reactor

盐度/%	0	0.5	1.0	2.0	3.0
染料质量浓度/（mg·L^-1）	0	20	40	60	80
SV₃₀/%	78.4	70.33	62.35	45.75	30.83
MLSS/（g·L^-1）	7.03	7.09	6.34	6.03	5.63
SVI/（mL·g^-1）	111.57	99.17	98.46	75.42	54.66

图1 不同驯化条件下的废水处理效果

Fig. 1 Wastewater treatment effect under different acclimation conditions

图2 Rank-Abundance曲线

Fig. 2 Curves of Rank-Abundance

表4 Alpha多样性分析

Table 4 Alpha diversity analysis

样品	OTUs/个	覆盖度/%	物种丰富度		物种多样性
样品	OTUs/个	覆盖度/%	Ace指数	Chao指数	Shannon指数	Simpson指数
Y0R0	1 239	99.70	1 312.41	1 313.10	5.42	0.01
Y3R0	940	99.60	1 142.03	1 133.61	4.65	0.02
Y0R8	867	99.50	1 048.44	1 058.70	4.03	0.05
Y3R8	977	99.50	1 175.78	1 166.73	4.81	0.02

图3 Venn图

Fig. 3 Venn diagram

图4 门水平上的群落丰度

Fig. 4 Community abundance at phylum level

图5 属水平上的群落丰度

Fig. 5 Community abundance at genus level

图6 属水平群落热图

Fig. 6 Community heat map at genus level

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