李 清， 劉 芳， 張 哲， 王 慧， 楊樹(shù)成

(西安交通大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院， 西安 710049)

利用微電極技術(shù)研究厭氧顆粒污泥內(nèi)部的微環(huán)境

李 清， 劉 芳， 張 哲， 王 慧， 楊樹(shù)成

(西安交通大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院， 西安 710049)

文章分別以蔗糖、乙酸和丁酸為進(jìn)水唯一碳源，運(yùn)行3個(gè)UASB反應(yīng)器，當(dāng)反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，采用自制氫離子選擇性液膜微電極對(duì)3種厭氧顆粒污泥進(jìn)行內(nèi)部pH值梯度分析，并對(duì)厭氧顆粒污泥進(jìn)行了多種測(cè)試底物的產(chǎn)甲烷活性分析和16S rDNA測(cè)序分析。結(jié)果表明，采用微電極技術(shù)可以準(zhǔn)確測(cè)定厭氧顆粒污泥內(nèi)部的pH值梯度，并推斷微生物種群的空間分布，所得結(jié)果與產(chǎn)甲烷活性和16S rDNA測(cè)序分析結(jié)果相一致，說(shuō)明微電極技術(shù)可作為厭氧顆粒污泥內(nèi)部微環(huán)境分析和微生物種群空間分布研究的有力工具。

厭氧顆粒污泥； 微電極； 微環(huán)境； 產(chǎn)甲烷活性

厭氧顆粒污泥實(shí)質(zhì)上是多種微生物的聚集體，水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、同型產(chǎn)乙酸菌以及產(chǎn)甲烷菌組成了一個(gè)互營(yíng)共生的微生態(tài)系統(tǒng)[1]。在厭氧顆粒污泥中，厭氧微生物生態(tài)系統(tǒng)不斷演化的過(guò)程[2]受多種因素的影響，如廢水性質(zhì)、污泥負(fù)荷率、系統(tǒng)的選擇壓、pH值和溫度等。不同的環(huán)境條件所培養(yǎng)出的污泥的微生物種群結(jié)構(gòu)和空間分布不同，所以有機(jī)物降解途徑不同，表現(xiàn)為各個(gè)厭氧顆粒污泥的微環(huán)境差異。

厭氧顆粒污泥微環(huán)境的研究對(duì)于揭示厭氧顆粒污泥形成和結(jié)構(gòu)具有重要意義，基于分子生物學(xué)方法的PCR和熒光原位雜交(FISH)等技術(shù)常用于微生物群落和空間分布的分析，但這些技術(shù)難以提供微生物在聚集體中的原位活性信息。而微電極恰可以彌補(bǔ)不足，微電極技術(shù)是20世紀(jì)七八十年代興起的一種分析手段[3]，其尖端可低至1 μm以下，因此具有很高的空間分辨率，是測(cè)定極小體積(微米范圍)對(duì)象的微小濃度變化的特殊工具。微電極能夠原位監(jiān)測(cè)顆粒污泥內(nèi)部底物、中間和最終產(chǎn)物濃度的空間變化，進(jìn)而確定微生物活性和不同種群微生物的空間分布情況[4]。

筆者針對(duì)蔗糖、丁酸、乙酸為進(jìn)水底物培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥，基于不同有機(jī)物厭氧降解途徑差異引起顆粒污泥內(nèi)部pH值的變化，用實(shí)驗(yàn)室自制的pH值離子選擇性液膜微電極對(duì)3種厭氧顆粒污泥的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并對(duì)3種污泥進(jìn)行16S rDNA測(cè)序分析其種群結(jié)構(gòu)，同時(shí)測(cè)試污泥的產(chǎn)甲烷活性，以揭示顆粒污泥的形成、結(jié)構(gòu)與進(jìn)水組成的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用3個(gè)有機(jī)玻璃制成UASB反應(yīng)器，內(nèi)徑D為80 mm，三相分離器以下高h(yuǎn)為520 mm，有效容積約3 L。反應(yīng)器進(jìn)水管管口向下，廢水泵入后經(jīng)反應(yīng)器底部的反射作用，能較均勻的與反應(yīng)區(qū)污泥相混合，避免短流和溝流現(xiàn)象。反應(yīng)器整體置于恒溫室內(nèi)，將水溫控制在30℃±1℃。

1.2 接種污泥及進(jìn)水水質(zhì)

接種污泥為咸陽(yáng)市某造紙廠的IC反應(yīng)器底部顆粒污泥，污泥VS/TS=70.9%，3個(gè)反應(yīng)器接種相同量的污泥，反應(yīng)器內(nèi)污泥初始濃度為12.3 gVSS·L-1。

UASB反應(yīng)器進(jìn)水采用自配的合成廢水，1號(hào)，2號(hào)和3號(hào)反應(yīng)器(以下依次稱(chēng)為R1，R2和R3)分別以蔗糖、乙酸和丁酸為單一碳源，穩(wěn)定運(yùn)行后其濃度均為3 gCOD·L-1。R1用NaHCO3調(diào)節(jié)堿度，其濃度為3 g·L-1，R2和R3的酸均用NaOH中和，控制進(jìn)水pH值不低于6.5；此外，3個(gè)反應(yīng)器的進(jìn)水中均投加等量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微量元素和酵母粉[1]。

1.3 微電極測(cè)試系統(tǒng)

UASB穩(wěn)定運(yùn)行后，取污泥樣品于微型模擬反應(yīng)槽(見(jiàn)圖1)，其進(jìn)水水質(zhì)模擬反應(yīng)器條件，通過(guò)向微型槽吹氮?dú)獗３治勰嗟膮捬醐h(huán)境，用pH微電極測(cè)量污泥并采集數(shù)據(jù)。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 pH 微電極測(cè)量系統(tǒng)

1.3 分析方法

1.3.1 微電極的制作

pH微電極制備程序主要包括玻璃毛細(xì)管拉制、硅烷化、液態(tài)離子選擇性膜和膜后電解液的填充[5]。制備出的pH微電極性能如下：Nernst斜率在20℃時(shí)為-57 mV·pH-1，25℃時(shí)為-59 mV·pH-1，符合Nernst方程；響應(yīng)時(shí)間在60 s之內(nèi)；壽命在20 d左右；線(xiàn)性范圍為pH值4～11，可滿(mǎn)足微生物體系pH值測(cè)量的需求。

1.3.2 測(cè)定方法

COD采用重鉻酸鉀回流法[6]測(cè)定；顆粒污泥VS/TS采用重量法[1]；pH值采用pH計(jì)測(cè)定；污泥的最大比產(chǎn)甲烷活性采用全自動(dòng)甲烷潛力測(cè)試系統(tǒng)AMPTSⅡ(瑞典bioprocessControl公司)測(cè)定；微生物種群多樣性采用宏基因組及16S rDNA測(cè)序分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 UASB反應(yīng)器性能

控制UASB反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為8 h，以進(jìn)水濃度為1 gCOD·L-1的條件啟動(dòng)反應(yīng)器，根據(jù)COD去除率和VFA濃度，逐步提高進(jìn)水濃度，啟動(dòng)20 d時(shí)進(jìn)水濃度達(dá)3 gCOD·L-1，負(fù)荷提升至9 kgCOD·m-3d-1，認(rèn)為啟動(dòng)階段結(jié)束。后續(xù)維持該負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，其中反應(yīng)器啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行前30 d的數(shù)據(jù)如圖2所示。可以看出，在啟動(dòng)15 d后，R1，R2，R3反應(yīng)器的COD去除率一直都在90%以上，說(shuō)明反應(yīng)器運(yùn)行良好。

圖2 UASB反應(yīng)器COD去除率變化

2.2 厭氧顆粒污泥的微電極分析

UASB反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行60 d以上后，從3個(gè)反應(yīng)器中取出厭氧顆粒污泥進(jìn)行微電極分析。

2.2.1 R1反應(yīng)器(底物蔗糖)中污泥pH微電極分析

取R1反應(yīng)器中厭氧顆粒污泥，以蔗糖為底物，在微型反應(yīng)槽內(nèi)用pH微電極測(cè)試厭氧顆粒污泥內(nèi)部不同位置pH值變化，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，從顆粒污泥表層到污泥內(nèi)部200 μm處時(shí)pH值逐漸降低至最低，這可能是因?yàn)樵诖藚^(qū)域發(fā)生水解酸化和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過(guò)程，蔗糖轉(zhuǎn)

圖3 R1反應(yīng)器(底物蔗糖)中顆粒污泥內(nèi)部pH值梯度

化為單糖，VFA，CO2，H2后，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣。在200 μm～700 μm處pH值逐漸上升達(dá)到最大值7.5，說(shuō)明在此區(qū)域發(fā)生產(chǎn)甲烷過(guò)程，污泥外層產(chǎn)生的乙酸逐步被消耗，轉(zhuǎn)化為更弱的酸CO2，從而引起pH值升高。由此可以推斷在成熟的厭氧顆粒污泥中，水解酸化發(fā)酵菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌主要存在于顆粒最外層以及中間層，對(duì)于測(cè)試污泥樣品來(lái)說(shuō)，200 μm處大致為是產(chǎn)甲烷菌的分界處，產(chǎn)甲烷菌在顆粒污泥核心為優(yōu)勢(shì)菌群。

2.2.2 R2反應(yīng)器(底物乙酸)中污泥pH微電極分析

取R2反應(yīng)器中厭氧顆粒污泥，分別以蔗糖、乙酸為底物，測(cè)試厭氧顆粒污泥內(nèi)部不同位置pH值變化，結(jié)果分別如圖4所示。

圖4 R2反應(yīng)器(底物乙酸)中顆粒污泥采用不同測(cè)試底物時(shí)內(nèi)部pH值梯度

由圖4可以看出，測(cè)試底物為乙酸時(shí)，厭氧顆粒污泥內(nèi)部pH值呈逐漸上升趨勢(shì)，在核心500～800 μm處，pH值基本不變，這是由于擴(kuò)散進(jìn)入的乙酸被產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，乙酸濃度逐漸降低，到污泥核心時(shí)乙酸基本被完全降解，pH值達(dá)到最高。

由圖4可以看出，當(dāng)以蔗糖和丁酸為測(cè)試底物時(shí)，厭氧顆粒污泥內(nèi)部pH值變化很小，說(shuō)明蔗糖和丁酸在顆粒污泥內(nèi)部沒(méi)有發(fā)生產(chǎn)甲烷過(guò)程。

由上述結(jié)果可推斷，乙酸廢水培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥微生物群落相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為降解乙酸的產(chǎn)甲烷菌，降解蔗糖和丁酸的微生物相對(duì)較少。

2.2.3 R3反應(yīng)器(丁酸底物)中污泥pH微電極分析

取R3反應(yīng)器中厭氧顆粒污泥，分別以乙酸、丁酸為底物，用pH微電極測(cè)試厭氧顆粒污泥內(nèi)部不同位置pH值變化，結(jié)果分別如圖5所示。

圖5 R3反應(yīng)器(底物丁酸)中顆粒污泥采用不同測(cè)試底物時(shí)內(nèi)部pH值梯度

當(dāng)測(cè)試底物為丁酸時(shí)，與主體溶液相比，污泥表面pH值略有降低，可能與丁酸的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過(guò)程有關(guān)；在污泥內(nèi)部pH值逐漸升高，可能是丁酸降解產(chǎn)生的乙酸被產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)化為甲烷和CO2；pH值在污泥中間位置達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明丁酸和產(chǎn)生的乙酸在中間完成了降解。

當(dāng)測(cè)試底物為乙酸時(shí)，曲線(xiàn)與測(cè)試底物為丁酸時(shí)類(lèi)似，污泥內(nèi)部pH值逐步上升并趨于穩(wěn)定，說(shuō)明乙酸被產(chǎn)甲烷菌利用。

當(dāng)測(cè)試底物為蔗糖時(shí)，厭氧顆粒污泥內(nèi)部pH值變化很小，說(shuō)明蔗糖在顆粒污泥內(nèi)部沒(méi)有發(fā)生酸化和產(chǎn)甲烷過(guò)程。

由此推斷，丁酸廢水培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥具有產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌等菌群，產(chǎn)甲烷菌分布在污泥中間位置，但能夠?qū)⒄崽撬獍l(fā)酵的微生物種群含量較少。

2.3 厭氧顆粒污泥種群結(jié)構(gòu)分析

2.3.1 不同測(cè)試底物條件下污泥產(chǎn)甲烷活性評(píng)價(jià)

對(duì)于3個(gè)不同進(jìn)水的UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥，分別以蔗糖、乙酸和丁酸作為測(cè)試底物，進(jìn)行污泥產(chǎn)甲烷活性測(cè)試，測(cè)得結(jié)果如圖6～圖8和表1所示。根據(jù)圖6和表1結(jié)果，對(duì)于反應(yīng)器R1中蔗糖為底物培養(yǎng)的污泥，采用蔗糖、乙酸和丁酸作為產(chǎn)甲烷活性測(cè)試底物，其產(chǎn)甲烷積累量相近，對(duì)于產(chǎn)甲烷菌可以直接利用的乙酸，其最大產(chǎn)甲烷速率和產(chǎn)甲烷活性均稍大；根據(jù)圖7和表1結(jié)果，對(duì)于反應(yīng)器R2中乙酸為底物培養(yǎng)的污泥，以乙酸作為測(cè)試底物時(shí)產(chǎn)甲烷積累量最多，產(chǎn)甲烷活性最大，以丁酸和蔗糖作為測(cè)試底物時(shí)，產(chǎn)甲烷活性急劇下降，說(shuō)明該污泥中降解蔗糖和丁酸的微生物種群含量較少；根據(jù)圖8和表1結(jié)果，對(duì)于反應(yīng)器R3中丁酸為底物培養(yǎng)的污泥，測(cè)試底物乙酸和丁酸產(chǎn)甲烷積累量和產(chǎn)甲烷活性均較為接近，而測(cè)試底物為蔗糖時(shí)，產(chǎn)甲烷活性大幅降低，說(shuō)明該污泥中降解蔗糖的微生物種群含量較少。

圖6 不同測(cè)試底物條件下R1反應(yīng)器(底物蔗糖)中顆粒污泥的CH4積累量

因此，雖然3個(gè)UASB反應(yīng)器接種同一來(lái)源的污泥，采用不同進(jìn)水馴化培養(yǎng)，并達(dá)到穩(wěn)定后，微生物種群發(fā)生了很大變化。對(duì)于反應(yīng)器R1中蔗糖培養(yǎng)的顆粒污泥來(lái)說(shuō)，其顆粒污泥種群豐富，具備水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷種群，底物越簡(jiǎn)單越有利于底物的降解，乙酸可以不經(jīng)過(guò)水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，可直接由產(chǎn)甲烷菌降解產(chǎn)甲烷，擴(kuò)散為其限制條件。反應(yīng)器R2中乙酸培養(yǎng)的成熟顆粒污泥主要是由嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌組成，對(duì)非乙酸底物，降解受限。反應(yīng)器R3中丁酸培養(yǎng)的成熟顆粒污泥主要為乙酸和丁酸降解的主要菌群，缺乏發(fā)酵細(xì)菌，因此蔗糖降解的水解酸化為其限制條件。

圖7 不同測(cè)試底物條件下R2反應(yīng)器(底物乙酸)中顆粒污泥的CH4積累量

圖8 不同測(cè)試底物條件下R3反應(yīng)器(底物丁酸)中顆粒污泥的CH4積累量

測(cè)試底物R1污泥(底物蔗糖)R2污泥(底物乙酸)R3污泥(底物丁酸)蔗糖乙酸丁酸蔗糖乙酸丁酸蔗糖乙酸丁酸產(chǎn)甲烷速率/(mLCH4·h-1)14.5115.6615.563.7315.031.464.1418.6919.78產(chǎn)甲烷活性/(gCODCH4·gVSS-1d-1)0.440.500.470.120.490.050.140.660.68

注：取5～20 h為最大活性區(qū)間計(jì)算產(chǎn)甲烷活性

2.3.2 16S rDNA測(cè)序分析

利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)3個(gè)UASB反應(yīng)器中顆粒污泥中的細(xì)菌和古菌分別進(jìn)行16S rDNA測(cè)序，分析菌群多樣性。圖9是3種污泥中細(xì)菌在門(mén)水平上的出現(xiàn)概率，可以看出，優(yōu)勢(shì)細(xì)菌主要為綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)和變形菌門(mén)(Protecbacteria)，他們主要是水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸的功能菌群[7]，根據(jù)細(xì)菌種群的豐富程度，R1(蔗糖為底物)>R3(丁酸為底物)>R2(乙酸為底物)，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)馴化培養(yǎng)后，在較為簡(jiǎn)單的丁酸和乙酸培養(yǎng)環(huán)境中，難以適應(yīng)的很多細(xì)菌種群逐漸被淘汰，細(xì)菌種群越來(lái)越單一。

圖9 不同底物培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥中細(xì)菌分布圖

根據(jù)高通量測(cè)序的古菌的多樣性分析結(jié)果，基于97%的相似水平，蔗糖底物、乙酸底物、丁酸底物培養(yǎng)的顆粒污泥中序列數(shù)分別被分為991OUTs，855OUTs，933OUTs，與底物的易被降解程度呈正相關(guān)；同時(shí)，樣本覆蓋率對(duì)應(yīng)上上述底物依次為0.98，0.99，0.98，水平較高，說(shuō)明所測(cè)序列幾乎全部檢出。蔗糖底物、乙酸底物、丁酸底物培養(yǎng)的顆粒污泥Simpson指數(shù)分別為0.42，0.63，0.33，這表示乙酸培養(yǎng)的顆粒污泥的古菌種群多樣性水平最低，蔗糖培養(yǎng)的顆粒污泥的古菌種群多樣性水平最高。根據(jù)圖10，3個(gè)反應(yīng)器的厭氧顆粒污泥，其古菌種類(lèi)區(qū)別明顯，反應(yīng)器R1中蔗糖培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥古菌菌群較為豐富；反應(yīng)器R2中乙酸培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥古菌菌群較為單一，主要為甲烷鬃毛菌(Methanosaeta)、甲烷八疊球菌(Methanosarcina)和甲烷桿菌屬(Methanobacterium)；反應(yīng)器R3中丁酸培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥除了甲烷鬃毛菌外，優(yōu)勢(shì)菌主要為甲烷桿菌屬。

反應(yīng)器R2中乙酸進(jìn)水培養(yǎng)的顆粒污泥中甲烷八疊球菌(Methanosarcina)為特有的種群，與同樣可以降解乙酸的甲烷鬃毛菌(Methanosaeta)相比，這種產(chǎn)甲烷菌可以適應(yīng)高濃度的乙酸，因此在乙酸進(jìn)水培養(yǎng)的顆粒污泥中形成優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)。反應(yīng)器R3中丁酸進(jìn)水培養(yǎng)的顆粒污泥中甲烷桿菌屬(Methanobacterium)的含量遠(yuǎn)高于反應(yīng)器R1和R2的顆粒污泥，該種屬主要利用H2，CO2和甲酸鹽[4]，這是由于長(zhǎng)期以丁酸鹽為底物馴化的結(jié)果。

以上結(jié)果表明，厭氧顆粒污泥經(jīng)過(guò)不同進(jìn)水底物馴化后，占優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的細(xì)菌和古菌為厭氧降解途徑的功能菌、水解酸化菌和嗜氫嗜乙酸的產(chǎn)甲烷菌。

圖10 不同底物培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥中古菌分布圖

2.4 討論

由于厭氧消化涉及的水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、同型產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四大微生物種群對(duì)有機(jī)物的降解會(huì)引起周?chē)h(huán)境中pH值的改變，可以根據(jù)厭氧顆粒污泥內(nèi)部pH梯度推斷不同種群微生物的空間分布，將pH微電極的測(cè)試結(jié)果與微生物種群分析的直接結(jié)果對(duì)照，可以得出更為準(zhǔn)確的判斷。

根據(jù)表1產(chǎn)甲烷活性測(cè)試結(jié)果和圖9和圖10的16S rDNA測(cè)序分析結(jié)果，反應(yīng)器R1中以蔗糖為底物培養(yǎng)的顆粒污泥內(nèi)部微生物種群最為豐富，因此圖3微電極測(cè)試曲線(xiàn)中顆粒污泥內(nèi)部pH值從表層到核心先降低(蔗糖水解酸化和VFA產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸)，后升高(利用乙酸產(chǎn)甲烷)的趨勢(shì)，這說(shuō)明在該種污泥中，水解酸化和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌分布在污泥外層，而利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌分布在污泥核心。反應(yīng)器R2中以乙酸為底物培養(yǎng)的顆粒污泥內(nèi)部微生物種群最為簡(jiǎn)單，細(xì)菌種群類(lèi)別少，只能以乙酸鹽為底物的甲烷鬃毛菌(Methanosaeta)和甲烷八疊球菌(Methanosarcina)占古菌的近90%。由于能夠降解蔗糖和丁酸的細(xì)菌數(shù)量少，所以圖4中蔗糖和丁酸為測(cè)試底物時(shí)厭氧顆粒污泥內(nèi)部pH值梯度很小。反應(yīng)器R3中以丁酸為底物培養(yǎng)的顆粒污泥內(nèi)部微生物種群較蔗糖污泥簡(jiǎn)單，但比乙酸污泥復(fù)雜。在該種污泥中同樣能夠降解蔗糖的細(xì)菌數(shù)量少，所以圖5中蔗糖為測(cè)試底物時(shí)厭氧顆粒污泥內(nèi)部pH值梯度很小。

因此，對(duì)照產(chǎn)甲烷活性和16S rDNA的分析結(jié)果可知，通過(guò)微電極對(duì)厭氧顆粒污泥內(nèi)部pH值微環(huán)境的測(cè)試，可以得到其內(nèi)部微生物種群的空間分布信息。

3 結(jié)論

采用微電極技術(shù)測(cè)試不同進(jìn)水培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥，可得到污泥內(nèi)部微環(huán)境的pH值梯度，并推斷微生物種群的空間分布。微電極分析得到的結(jié)果與不同測(cè)試底物產(chǎn)甲烷活性結(jié)果和16S rDNA測(cè)序分析結(jié)果相一致，說(shuō)明微電極技術(shù)可作為厭氧顆粒污泥內(nèi)部微環(huán)境分析和微生物種群空間分布研究的有力工具。

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Study on Micro-environment within Anaerobic Granular Sludge Adopting Microelectrode Method /

LI Qing， LIU Fang， ZHANG Zhe， WANG Hui， YANG Shu-cheng /

(School of Energy and Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

Three UASB reactors were operated continuously with sole carbon source of sucrose, acetate and butyrate, respectively. After the reactors were operated steadily, pH gradient within the three types of anaerobic granular sludge were analyzed with self-fabricated hydrogen-ion-selective liquid-film microelectrode. Specific methanogenic activities (SMA) of granular sludges were measured under different substrates. Moreover, microbial community structures of the granular sludges were also analyzed by 16S rDNA sequencing. The results indicated that pH gradient within the anaerobic granular sludge could be measured accurately by microelectrode, through which the spatial distribution of microbial community could be deduced. The results of microelectrode analysis was consistent with the analysis results of SMA and 16s rDNA sequence, which proved that microelectrode could be a useful tool for analyzing micro-environment and microbial community spatial distribution within anaerobic granular sludge.

anaerobic granular sludge; microelectrode; micro-environment; specific methanogenic activity

2016-10-14

項(xiàng)目來(lái)源： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51308453)； 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(xjj2013078)

李 清(1991-)，女，碩士，主要從事廢物厭氧生物處理方面的研究工作，E-mail：516193241@qq.com

楊樹(shù)成，E-mail：yanyang@mail.xjtu.edu.cn

S216.4; X703

A

1000-1166(2017)02-0003-06