硫酸鹽型高鹽廢水一方面因其鹽度較高，具有較大的滲透壓，易使微生物細胞脫水死亡或受到抑制，進而影響生化系統的代謝活性；另一方面，在厭氧時，廢水中的SO42-在硫酸鹽還原菌（Sulfate Reducing Bacteria,SRB）的作用下產生HS-、S2-或H2S，硫化物具有較強生物毒性作用（尤其是呈分子態的硫化氫），極易抑制生化反應過程。因此，為更好地處理含硫酸鹽廢水，需明確硫酸鹽含量對于生化系統的影響。本研究便從此點出發，擬設計不同組別的活性污泥有機物降解試驗，重點研究硫酸鹽含量對生化系統有機物降解及污泥生長的影響，并采用16SrRNA基因高通量測序方法，從活性污泥種群變化角度進行深入剖析，以期探明硫酸鹽含量對于生化系統有機物降解過程及結果的影響，進而為此類廢水的處理過程提供理論指導及借鑒。
1、材料與方法
1.1 實驗材料
接種污泥：本研究選取富集培養后的市政污水廠消化污泥、安徽省某工業園區生化段污泥（該園區廢水中含有較高含量的硫酸鹽）進行不同濃度硫酸鹽條件下的微生物降解試驗。
試驗藥劑：硫酸鈉Na2SO4：分析純；氯化銨NH4Cl：分析純；磷酸氫二鉀K2HPO4：分析純；葡萄糖C6H12O6：分析純。以上藥劑均購自國藥集團化學試劑有限公司。
1.2 不同濃度硫酸鹽模擬廢水配制
使用硫酸鈉配制不同濃度的硫酸鹽模擬廢水，其pH調節至7~8，初始COD約為250mg/L，廢水C:N:P為100:5:1。
1.3 試驗設計
如表1所示，使用市政消化污泥及含高濃度硫酸鹽廢水的工業園區生化段污泥進行不同組別的微生物降解試驗，其中G6組為無曝氣對照組。定期取樣測定溶液pH、MLSS及COD濃度。
1.4 測試方法
pH使用PHS3C酸度計進行測試，SO42-使用水質硫酸鹽的測定——鉻酸鋇分光光度法（HJ/T342-2007）進行測定，COD參照水質化學需氧量的測定——重鉻酸鹽法(HJ828-2017)進行測定，MLSS使用混合液污泥濃度的測定——重量法（CJ/T221-2005）進行測定。
1.5 樣品
16SrRNA基因高通量測序本研究選擇擴增區域為16SV3-V4，樣本來源為試驗結束后G1~G5中的污泥樣品，使用Mag-BindSoilDNAKit提取試劑盒進行污泥樣品的DNA提取。本次宏基因組測序采用兩步法PCR擴增：第一輪擴增中利用Qubit3.0DNA檢測試劑盒對基因組DNA精確定量；第二輪則引入Illumina橋式PCR兼容引物進行擴增。之后對PCR產物進行凝膠純化，純化后的產物16SrRNA基因測序。
2、結果與討論
2.1 不同硫酸鹽含量下溶液pH的變化
圖1為不同硫酸鹽濃度下溶液pH的變化，由圖可知，G1~G7組實驗中溶液初始pH值均約為8，反應進行中7組試驗溶液pH值基本穩定（略降至7.5，此pH條件仍為微生物生長代謝，適宜pH條件），表明好氧及厭氧條件下，微生物均可在較穩定的pH環境下生長，而不同硫酸鹽濃度條件下微生物的代謝產物亦未對溶液pH產生顯著影響。
2.2 不同反應體系中COD濃度的變化
圖2為不同硫酸鹽含量下反應體系COD濃度的變化，圖中，在0d~2d時，G1~G5組（市政消化污泥接種）中COD的降解效率相近，2d后（再次添加碳源），五組反應體系的COD呈現遞減規律，即隨著硫酸鹽含量的減小，COD的降解效果有所增強，表明較高含量的硫酸鹽濃度對微生物代謝存在抑制作用。進一步分析可知，G6組為厭氧組，該組別COD降解效果較好氧組差，G7組接種污泥為含高濃度硫酸鹽廢水的工業園區生化段污泥，其對COD的去除效果與G1組相近，表明此種污泥較易馴化，在充足碳源條件下，普通活性污泥即可正常代謝，無需進行特效菌種篩選。
2.3 不同反應體系中MLSS濃度的變化
圖3為不同硫酸鹽濃度下反應體系MLSS濃度的變化，分析可知，G1~G5組中，0d~2d時，隨著硫酸鹽含量的降低，污泥濃度呈現逐漸增大趨勢，硫酸鹽含量較高的G1、G2組中MLSS濃度受到明顯抑制；但2d時后（再次添加碳源），G1、G2組中污泥濃度快速增長，與G3~G5組中污泥濃度相差較少，表明反應初期，接種污泥進入適應期，不同硫酸鹽濃度對其生長影響較大（本試驗中，硫酸鹽<4000mg/L時，其影響作用已較小），但隨著反應的進行，微生物適應了新的生長環境后，其代謝活動與低硫酸鹽條件下的代謝活性相近。厭氧條件下（G6組），微生物的生長與COD的降解相似，均低于好氧代謝條件。G7組與G1組相比，MLSS濃度更高，這主要是由于G7組接種污泥來自含高濃度硫酸鹽廢水的工業園區生化段，其對于硫酸鹽的適應性更強造成的。
2.4 不同硫酸鹽濃度下微生物群落變化分析
圖4為G1~G5組試驗樣品的微生物群落分析，分析可知，污泥樣品中微生物群落種類與典型市政污泥群落相近，主要由變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）及浮霉菌門（Planctomycetes）構成。進一步分析可知，隨著硫酸鹽含量的降低，Proteobacteria和Firmicutes含量逐漸增大，G1組中期含量分別為35.12%和5.17%，而G5組中的含量分別達到了56.04%和17.31%。結合圖2數據，可推測出高含量的硫酸鹽對有機物降解的抑制作用主要是通過抑制Proteobacteria和Firmicutes菌群的生長引起的。G1中Planctomycetes菌群含量明顯高于其它組別（18.56%），較高含量硫酸鹽促進了該菌群的生長，而有研究表明，該菌群具有較強的碳水化合物分解能力，因此可推測出G1組別Proteobacteria菌群的生長雖受抑制，但其可通過促進其它菌群的繁殖進而彌補有機物的降解速率，硫酸鹽的存在改變了活性污泥有機物代謝的途徑。此外，由于G1~G5組均在好氧條件下進行，因此未觀測到常見的硫酸鹽還原菌群——Desulfovibrio(脫硫弧菌)。
3、結論
3.1 不同硫酸鹽濃度條件下微生物的代謝可正常進行，且其代謝產物亦未對溶液pH產生顯著影響。
3.2 隨著硫酸鹽含量的減小，模擬廢水COD的降解效果有所提升，表明較高含量硫酸鹽對微生物代謝存在抑制作用，且硫酸鹽含量對于污泥接種初期的微生物代謝影響更大。
3.3 高濃度硫酸鹽主要通過抑制Proteobacteria和Firmicutes菌群的生長來影響生化系統的有機物去除效果，但硫酸鹽也可通過促進Planctomycetes菌群的繁殖來進行有機物的降解，硫酸鹽的存在改變了活性污泥有機物代謝的途徑。（來源：安徽環境科技集團股份有限公司，廣州賽寶認證中心服務有限公司）
