城市生活污水处理中人工湿地处理后的参数研究
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2019-01-09 09:51

地表水样品在门水平的分析
        洛阳生活污水处理设备小编推荐:由图2 得出,湿地法处理后地表水环境中占主导地位的门(某一样品相对丰度>1%均列出)包括变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)。


        其中变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是样品中最丰富的门。5 000 m 样品与前3 000m 样品及对照组相比优势门有4 类,包括放线菌门(Actinobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和绿弯菌门(Chloroflexi)。由此说明,经湿地法处理后的湿地地表水达标区微生物的多样性要高于理化指标值较高的区域。某一样品相对丰度>2%在表中均列出,由表3 得出,在前600 m 地表水中优势菌属共有6 种,包括Methylotenera、黄杆菌属(Flavobacterium)、弓形杆菌属(Arcobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、
Methylophaga 和Malikia,因前期理化指标值浓度较高,这些优势菌的出现可能与污水富营养程度有关。

湿地法处理后地表水的α 多样性

        似地,5 000 m 地表水中优势菌属共有7 种,包括Albidiferax、Candidatus Planktophila、marinemetagenome、Phalacroma mitra、hgcI clade、Pseudarcicella 和Fluviicola。后期理化指标值均达到排放标准,而这些菌属的出现可能是因为污水的净化达到标准。

2.5 地表水样品间β 多样性分析

        PCOA 分析是直接将样本的群落构成差异反映在二维坐标图上,横、纵坐标表示最大程度反映群落构成差异的2 个特征值,即第一、二主成分。由图3 可知,主成分分析水体污染程度较高的J1(200)、J2(400)和J3(600 m)3 个地表水样品的距离很近,说明这3 点的微生物群落结构比较相似。J5(5 000)和JC(−2 000 m)不与任何一个样品靠近,说明与其他样品的群落构成具有一定差异,且样品根据处理状况(高浓度或达标)有聚类的趋势。
        2.6 地表水样品的相关性分析
        COD (化学需氧量)是衡量水体中好氧有机物多少的一个重要指标,可直接反映水体的受污染程度[18]。为了分析湿地法处理生活污水对湿地地表水各污染物削减效应之间的关系,采用SPSS 20.0 计算了湿地法处理生活污水对湿地地表水各污染物削减效应之间的相关系数。由表4 可知,湿地法处理后的生活污水各理化指标之间存在一定的相关性,COD 与TP、NH4
+-N 和TN 均呈极显著正相关(P<0.01),TP 与NH4+-N 和TN 均呈极显著正相关(P<0.01),NH4+-N 与TN 呈极显著正相关(P<0.01)。

3 讨论

        目前,对仙桃分洪道湿地环境方面已有的研究报道仅发现2 篇,他们主要以水文地质概况、生活污水处理效果为研究对象,而对该水域微生物多样性和菌群结构组成方面的研究基本还是空白。
        本研究采用分子生物学及高通量测序方法对湿地法处理生活污水后的地表水环境中的微生物群落进行了研究, 首次比较分析了微生物群落在生境修复过程中的变化, 分析结果显示变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是菌群中最大的门,这与窦娜莎[21]、李思敏[22]研究结果相一致。
样品在不同门水平上的相对丰度

        在原核生物多样性研究中,相关研究表明[23-24],原核微生物的16S rRNA 基因具有多拷贝,致使16S rRNA 基因菌群的多样性分析会引起一定程度的高估。Sun 等[23]研究表明16S rRNA 基因V4−V5区域在0.03 水平上显示最低的高估程度约为3.0%。本文研究针对16S rRNA 基因V4 区序列进行测序,V4 区序列多样性的高估程度相对于其他区域是最小的,因而减少了高估误差,增强了结论的可靠性。

        本研究关于湿地法处理生活污水对地表水生物群的影响,通过多样性指数、丰富度指数以及微生物类群的分布可以看出,高浓度或达标地表水中均检测到复杂菌群,但微生物群落构成有差异,5 000m 达标区样品明显表现出了更高的生物多样性(图1)。首先,5 000 m 地表水中放线菌门(Actinobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、绿弯菌门(Chloroflexi)的微生物所占比例明显比前3 000 m 要高。

        放线菌门(Actinobacteria)是一类原核生物,绝大多数属于异养好氧型,具有很强的分解能力,在甾体转化、石油脱蜡和污水处理中具有重要应用[22]。该菌门在前3 000 m 地表水中丰度(<0.97%)较低,而在5 000 m (22.07%)地表水中较高,说明该菌门更易生存在净水区,可作为生活污水净化的指示性微生物。蓝藻门(Cyanobacteria)可利用太阳光能将CO2 还原成有机碳化合物,并释放出自由氧,广泛分布于河流、湖泊、海洋等各种水体中。该菌门在前400 m 丰度为0,但在5 000 m (8.09%)地表水中丰度最高,说明可能是后期产生的新微生物,可作为生活污水净化的指示性微生物。

        疣微菌门(Verrucomicrobia)是被新分类出不久的一类细菌,可培养的种类少,目前识别的种类主要发现于水体、土壤环境和人类粪便中,其生态和代谢作用尚不清楚[25]。该菌门在前3 000 m 地表水中丰度(<0.27%)较低,但5 000 m (5.82%)地表水中较高,暗示其在地表水系统中的重要作用。绿弯菌门(Chloroflexi)常存在于污泥菌胶团絮状体内部,并以絮体骨架的形式存在,为好氧颗粒污泥的结构提供骨架支撑[26]。

        该菌门在前3 000 m 地表水中丰度(<0.23%)较低,但5 000 m (1.66%)地表水中较高。Kragelund 等[27]在对活性污泥中绿弯菌门(Chloroflexi)生态生理学的研究中发现,绿弯菌门(Chloroflexi)具有较好的生物除磷作用。从200 m 到5 000 m 绿弯菌门的丰度增加,也揭示了这一阶段TP 降低达标的原因是绿弯菌门发挥了作用。
        其次,在属水平,构成高浓度或达标地表水主要菌群丰度较高的属种类也有一定差异。值得注意的是部分菌属相对丰度与环境的互作相似。如湿地地表水环境中Albidiferax、Candidatus Planktophila、marine metagenome、Phalacroma mitra、hgcI clade、Pseudarcicella、Fluviicola 等菌属随着水体污染程度的降低其相对丰度呈上升趋势,且6 个样品中Albidiferax 的相对丰度具有显著差异(P<0.05),关于这些菌属的相关研究很少,可能是新发现的微生物体。
各理化指标之间的相关性

        Methylotenera、黄杆菌属(Flavobacterium)、弓形杆菌属(Arcobacter) 、噬氢菌属(Hydrogenophaga) 、假单胞菌属(Pseudomonas) 、Sulfurimonas 、Methylophaga 、Malikia 等菌属随着水体污染程度的降低其相对丰度呈下降趋势。黄杆菌属(Flavobacterium)为严格好养菌,有机化能营养,可将有机物氧化成无机物,同时合成新的微生物体,对于某些难降解有机物具有分解能力[28-29]。有研究发现黄杆菌属擅长降解高分子物质、蛋白质、脂类纤维素等大分子颗粒有机物,且具有一定的硝化作用和潜在的脱氮能力[30-31],可能与污水中氮的去除有关。

        假单胞菌是一种广泛分布于自然界的常见病菌,是自然界中碳、氮循环的重要一环[32],分解蛋白质和酯酶能力很强[33]。弓形杆菌属(Arcobacter)是一种人畜共患食源性和水源性病原菌[34],大量存在于各种水体中包括饮用水、地表水、地下水等。其引起胃肠炎的临床症状与弯曲杆菌病类似[35]。相关研究表明,弓形杆菌属(Arcobacter)是城市污水和城市污水化学生物絮凝池活性污泥的优势菌群,而且具有致病性[36-37]。噬氢菌属(Hydrogenophaga)具有能够编码邻苯二酚2,3−双加氧酶的功能基因[38]。

        6 个样品中的Methylotenera 和假单胞菌属(Pseudomonas)的相对丰度具有显著差异(P<0.05),且Malikia的相对丰度具有极显著差异(P<0.01)。再次,主成分分析结果表明样本根据处理状况有聚类的趋势,说明可能存在某种群落构成模式与处理后浓度是否达标相关。综上所述,湿地法处理生活污水对地表水的微生物群落多样性与微生物的量及种类有关,一些菌属的丰度变化可以间接地指示水体污染或净化程度。



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