呂 金，張 丹

（1.青島市生態(tài)環(huán)境局西海岸新區(qū)分局，山東 青島 266555；2.遼寧省鐵嶺市生態(tài)環(huán)境局開原市分局，遼寧 鐵嶺 112300）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及技術(shù)升級，我國的皮革生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入到了全新的發(fā)展時(shí)期，這一生產(chǎn)過程中廢水的大量排放給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重影響人類的正常生活[1]。污水生物處理技術(shù)是利用生物的特性和代謝作用吸收和降解污水中的污染物。污水處理技術(shù)在處理皮革廢水中有廣泛的應(yīng)用，通過研究生物脫氮的污水生物處理技術(shù)，建立皮革廢水處理良好的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、多樣性以及功能性和代謝性的環(huán)境，具有處理成本低、廢水利用率高的優(yōu)點(diǎn)。本文對皮革廢水生物處理中的細(xì)菌多樣性以及生物強(qiáng)化脫氮進(jìn)行研究，評估廢水生物處理技術(shù)在廢水實(shí)際處理中的實(shí)際應(yīng)用效能，給出改善和推廣的建議，助力皮革工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，及皮革生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)向清潔生產(chǎn)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)型。

1 皮革廢水生物處理過程中細(xì)菌的多樣性

皮革廢水的本質(zhì)是含脂廢水，生物廢水處理技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境為污水的pH值介于6.28～7.73，保證多數(shù)微生物可以維持正常的生長以及代謝活動(dòng)，A/O技術(shù)可以將廢水中的有機(jī)污染物去除，同時(shí)達(dá)成去除氨氮的目的[2]，好氧池和終沉池去除氨氮，去除率可以達(dá)成89.78%和90.91%，通過COD的操作以及處理能夠?qū)⒋蟛糠值陌钡M(jìn)行去除，達(dá)到國家一級排放的標(biāo)準(zhǔn)。

使用PCR產(chǎn)物的DGGE圖譜進(jìn)行皮革廢水中生物菌群分析，細(xì)菌群落具有多樣性，細(xì)菌的結(jié)構(gòu)變化也較大。DGGE凝膠中一共切下33個(gè)不同的條帶，不同的樣品條帶中存在細(xì)微的不同，污水處理中環(huán)境變化也影響細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)[3]。

結(jié)合DGGE圖譜分析廢水中細(xì)菌基因序列，皮革廢水中基因序列分別是變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、綠菌菌門，其中變形菌門為廢水多樣性菌群中的優(yōu)勢菌群，廢水中的細(xì)菌多樣性得到驗(yàn)證。除了優(yōu)勢菌群，皮革廢水中還能夠檢驗(yàn)到后壁菌門、綠彎菌門、綠菌門、硝化螺旋菌門和酸桿菌門的細(xì)菌群落，因?yàn)槠渌涞呢S富度較低，樣品分析中利用PCR擴(kuò)增偏好性以及基因組提取的方式驗(yàn)證細(xì)菌的基因信息，以此來跟蹤微生物的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化，最終利用DGGE圖譜的方式將皮革廢水的細(xì)菌群落豐富度用豐富度圖的方式呈現(xiàn)出來，如圖1。

圖1 基于DGGE圖譜的細(xì)菌群落豐富度

不同處理階段水質(zhì)以及細(xì)菌菌群的變化也是多種多樣的。缺氧階段是污染物去除最為關(guān)鍵的階段，此階段COD的去除效率能達(dá)到72.61%，到了好氧階段，氨氮的去除效率為整個(gè)污水處理階段最高的。處理后污水的排放可以達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，對于皮革廢水的處理以及后續(xù)的排放比較有利，皮革廢水經(jīng)過處理后達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)對于周邊的生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及綠色生態(tài)的建設(shè)有積極的作用，通過對皮革廢水的生物細(xì)菌構(gòu)成的情況進(jìn)行分析，了解細(xì)菌的豐富度，針對性地進(jìn)行廢水處理，出臺相應(yīng)的皮革廢水處理方式[4]。

細(xì)菌群落一直處于結(jié)構(gòu)多樣性的階段，其中變形菌門一直活躍在污水處理的各個(gè)階段，基于樣品的活躍性將細(xì)菌群落的處理過程分為預(yù)處理階段、缺氧處理階段以及好氧處理階段。

2 皮革廢水生物處理過程中細(xì)菌多樣性及生物強(qiáng)化脫氮研究

生物脫氮是污水處理中最為重要的環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)利用異養(yǎng)硝化-好氧反硝化的處理技術(shù)，將硝化與反硝化作用凝結(jié)在一起，脫氮的效率最高，這一反應(yīng)中硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累較少，反硝化過程中產(chǎn)生的堿度能夠彌補(bǔ)硝化過程中消耗的堿度，為脫氮技術(shù)的運(yùn)用奠定了基礎(chǔ)。

在對皮革廢水進(jìn)行脫氮處理時(shí)將高通量的測序數(shù)據(jù)作為參考的依據(jù)，對異養(yǎng)硝化和好氧反硝化的細(xì)菌群進(jìn)行富集篩選，采用腹肌培養(yǎng)基的方式對活性污泥中的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化細(xì)菌進(jìn)行富集處理，通過梯度稀釋和稀釋涂布分離的方式對皮革廢水中的細(xì)菌群進(jìn)行處理，從得出的檢驗(yàn)結(jié)果可以看出皮革廢水中含有的變形菌門多是假單胞菌屬，氮氧化效率為70%，硝態(tài)氮去除效率達(dá)到了85%[5]。

分析皮革廢水處理環(huán)境對于異養(yǎng)硝化-好氧反硝化特性的影響，最佳的處理環(huán)境為pH=7，溫度為30℃，C/N為10，轉(zhuǎn)數(shù)為160 rpm，最適合的碳源為丁二酸鈉。在這一生物處理的環(huán)境下能夠?qū)ζじ飶U水中氨氮和硝態(tài)氮達(dá)到最佳的去除效率，同時(shí)基于這一生物處理環(huán)境的構(gòu)建，異養(yǎng)硝化過程中亞硝酸鹽的累積基本沒有，特殊情況下也僅僅會有小部分的硝酸鹽產(chǎn)生，硝態(tài)氮講解過程中很少能夠檢測到亞硝酸鹽的累積。

傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)工序復(fù)雜，執(zhí)行成本較高，使其在實(shí)際廢水處理中運(yùn)用非常少。為了強(qiáng)化生物脫氮技術(shù)的實(shí)用效率，在使用的過程中會在外源添加具有脫氮特性的微生物，使得污水處理中系統(tǒng)脫氮的能力大大提高，提升整個(gè)廢水處理中的系統(tǒng)脫單效率，節(jié)約廢水處理成本。

未避免A2菌體的流失，使用海藻酸鈉固定前，加入陽離子型聚丙烯酰胺增加菌體之間的絮凝程度。因?yàn)榧?xì)菌菌體表面都帶有負(fù)電荷，陽離子型聚丙烯酰胺的加入可以增進(jìn)菌體之間的絮凝程度，快速形成污泥顆粒，增加假單細(xì)胞菌A2在生物處理反應(yīng)系統(tǒng)中的停留時(shí)間以及作用時(shí)間[6]。

通過上述脫氮操作以及處理，檢測處理后的廢水COD和氨氮的去除效率也能夠保持在90%以上，減少異養(yǎng)型微生物間的營養(yǎng)競爭關(guān)系，影響假單細(xì)胞脫氮效率。為了提升脫氮的效率，可以在廢水中添加消化細(xì)菌富集物，提升一倍左右的氨氮去除效率。

為了更準(zhǔn)確地探究活性污泥中微生物群落的豐富度、多樣性以及動(dòng)態(tài)變化，可以結(jié)合三代測序技術(shù)在日后的處理技術(shù)改良中對廢水中細(xì)菌群及陰虛率進(jìn)行高通量的測量，結(jié)合宏轉(zhuǎn)錄組技術(shù)研究細(xì)菌群落之間的互相作用，以此能夠更準(zhǔn)確地處理污水系統(tǒng)中的微生物代謝活性，增強(qiáng)對于皮革廢水的處理效果。

為了更好地進(jìn)行脫氮處理，在進(jìn)行皮革廢水脫氮處理時(shí)，可以對廢水中含氮元素進(jìn)行同位素標(biāo)記，深入進(jìn)行脫氮研究，結(jié)合異養(yǎng)硝化的過程對亞硝態(tài)氮和氣態(tài)終產(chǎn)物進(jìn)行定性與定量的研究分析，并利用氨氮加氧酶、酒亞硝酸鹽還原酶以及硝酸鹽還原酶進(jìn)行活性測定，基于活性的測定情況進(jìn)一步優(yōu)化假單胞菌A2的脫氮途徑分析。為了能夠顯著提升假單胞菌A2的脫氮效率，可以提升SBR系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從DNA和RNA的基因測序情況進(jìn)行廢水中細(xì)菌群落的細(xì)微差異對比，基于優(yōu)勢群眾的判定以及處理來強(qiáng)化廢水中脫氮機(jī)制的運(yùn)用，以此來保障皮革廢水最佳的生物處理效果。

3 結(jié)論

皮革加工是以動(dòng)物皮毛為原材料，經(jīng)過脫毛、鞣制等物理和化學(xué)加工之后完成的工藝[7]。在皮革生產(chǎn)以及加工的過程中，化學(xué)品和動(dòng)物原有的物料溶于水溶液中會產(chǎn)生大量的有機(jī)廢物，形成皮革廢水，會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，影響了整個(gè)皮革生產(chǎn)加工的過程。不經(jīng)處理就直接排放的皮革廢水對于生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的危害是極大的。利用生物處理技術(shù)對廢水中的細(xì)菌多樣性進(jìn)行分析，針對性地采用脫單技術(shù)強(qiáng)化對皮革廢水的處理效率，提高廢水資源的有效率利用，減少對環(huán)境的破壞，助力和諧社會的建成及推廣，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處。