摘要
目前对于分段进水多级AO工艺处理废水的应用和研究大多集中在多级AO工艺处理城市生活污水方面，和对工艺的设计参数控制和操作技术等方面，对多级AO工艺处理酿造废水和其过程中的微生物功能菌群的研究值得进一步探索。本试验采用多级AO工艺处理模拟酿造废水，在保持进水COD为650mg/L，TP为35mg/L，氨氮为60mg/L，总氮为100mg/L，溶解氧缺氧池（A池）为0.1~0.3mg/L，好氧池（O池）为2.5~4.5mg/L的条件下，考察水力停留时间（8、11和14h）、进水配比（40：40：30、55：35：10和65：25：10）以及不同原水占比（0%、30%、70%和100%）对多级AO工艺处理效果的影响；同时，采用高通量测序技术，基于16SrRNA基因测序技术分析了不同原水占比情况下微生物群落结构的差异性；最后，采用宏基因组测序技术对100%酿造废水原水进水时反应器的功能基因进行统计，并分析了该进水模式下的氮素代谢通路。 通过小试单因素试验考察多级AO工艺运行特性，探讨各工艺参数对多级AO工艺污染物去除效果的影响，根据水质指标检测结果可知，不同的水力停留时间对酿造废水的影响不同，随着HRT的降低，平均出水COD浓度呈现出逐步升高的趋势，出水平均浓度分别为35.71、39.08和202.49mg/L，当HRT为8h时，水力停留时间对COD的影响效果最显著，此时COD去除率为68.91%，出水浓度为202.49mg/L，出水不能满足《GB27631—2011发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》中COD排放小于100mg/L的标准；TP、NH4+-N、TN的浓度变化随着HRT的降低均呈现出先降低后升高的趋势，该进水模式下HRT=11h是最佳的水力停留时间。不同配水比例（40：40：30、55：35：10和65：25：10）对多级AO系统去除酿造废水中COD和TP影响程度较小，对氨氮和TN的去除效率有较大影响，最佳进水分配比为55：35：10；此时其去除率可达到94.02、90.38、81.93%和81.10%左右。原水进水比例增加，会使反应器各出水指标均呈现出不同程度的增加，但随着原水的进一步增加，其去除效果受影响程度减弱，反应器抗冲击能力较强，出水较稳定。 根据16SrRNA基因测序，实验中24个样品覆盖率均在99%以上，该结果表明本次测序数据可靠性高。随着原水的添加，在四种不同进水模式下，反应器总细菌数目改变不大，物种总丰富度大致相同，但在物种种类上出现了差异性。门水平下四种进水模式的微生物组成大致相同，其中Proteobacteria、Patescibacteria和Actinobacteriota数量最多，在水处理工艺中占主要地位；而Acidobacteriota是原水进水比例为0%时独有的门类，有利于单碳化合物降解，原水添加后生态环境改变，其不再属于优势菌门。Gamma-proteobacteria、Alpha-proteobacteria是纲水平上的优势菌纲。原水比例增加至30%时，出现了新的微生物种群Gracilibacteria，其在宿主共生和寄生方面具有重要意义；进水比例增至70%时，Parcubacteria菌纲丰度减少至小于1%的水平，不再被单独分类展示；100%原水进水时，出现新的菌纲Kapabacteria，其参与相关硫酸盐还原和细胞色素代谢氧化的过程，同时可以适应一定范围内的氧浓度和电位波动。属水平上，Candidatus-competibacter、Propionicicella、Terrimonas、Hyphomicrobium为四种进水模式下的主要菌属，不同原水占比中微生物菌群种类类似，丰度差异较大，说明微生物菌群结构受水质冲击影响较大。 通过对100%原水进水时的功能基因进行统计分析，结果表明，功能基因共分为8个大类。其中，与代谢机制类相关基因丰度最显著，占比分布在59.58%~60.28%之间。根据KEGG次层级统计结果，和代谢机制类有关的功能基因数最多，证明多级AO反应器样品中存在着大量和多级AO反应器中微生物的生长代谢及污染物的降解密切相关的功能基因。在氮代谢通路中，发现硝化和反硝化在多级AO工艺氮代谢途径中占据了主导地位，其中，NO3-N转化为NO2-N的功能基因酶（EC1.7.99.4）丰度水平较高，有利于反硝化的进行。负责编码EC:1.14.18.3、1.14.99.39硝化酶、EC:1.7.2.6硝化酶的AmoCAB、Hao和NxrAB基因含量较少这可能是本次试验氨氮去除率较低的原因之一。 本研究考察了不同工艺参数对出水水质的影响，分析了酿造废水处理过程中微生物群落结构特征及其对相关环境因子的响应机制，揭示了酿造废水多级AO工艺中微生物群落结构与出水水质变化之间的关系，为应用多级AO工艺处理酿造废水进行参数优化提供了理论依据和数据支撑。
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