淺淡DGGE技術在剩余污泥減量機理研究中的應用

余小玉

（廣東環境保護工程職業學院 廣東佛山 528216）

目前，活性污泥法廣泛應用于城鎮污水處理中，具有效率高能耗低等眾多優點。然而，該法在去除水中污染物的同時產生了大量污泥。而目前剩余污泥的處理處置手段主要是填埋和焚燒，但無論如何處理，均會引起二次污染。因此，剩余污泥減量化研究始終是個熱門的話題。本文從生物的污泥減量化機理研究方面，淺談DGGE技術在剩余污泥減量機理研究中的應用。

1 減量化機理研究進展

以OSA工藝為代表的污泥減量化工藝是從生物的層面，通過改變工藝的運行方式從而達到污泥減量化效果。眾多學者的研究結果表明，OSA工藝具有良好的污泥減量化效果，不僅如此，采用該工藝后，污水處理效率不變甚至提高，出水水質甚至更好。然而，在機理研究方面，成果不多，而且存在很多不同的觀點，其中比較典型的是解耦聯代謝與能量濺溢理論、隱性增長與污泥消化理論以及胞外聚合物離解理論。近年來，美國有學者提出胞外聚合物金屬絡合物離解理論，還有慢性生長優勢菌種理論，可溶生物產物毒性理論等。

2 DGGE在剩余污泥減量機理研究中的應用

2.1 DGGE技術的簡介

DGGE(denaturinggradientgelelectrophoresis)技術全稱為變性梯度凝膠電泳，原理是：DNA在不同濃度的變性擠中解鏈，而不同的解鏈行為會導致電泳遷移率發生變化，從而使片段大小相同而堿基組成不同的DNA片段分開。該技術不依賴于培養，能夠快速有效地分析出微生物的群落結構及種類，因此優越于傳統分離鑒定技術。DGGE電泳凝膠上的每一個條帶對應某一種微生物，而條帶的數量和多寡則反映了微生物種群的豐富程度，條帶的明亮代表著該條帶所對應的細菌種或屬的豐度。

2.2 多樣性和結構的動態變化研究

DGGE技術在生物法的污水處理工藝機理研究中的應用發展于21世紀以后。2003年，就有學者采用DGGE技術分析了不同污水處理廠活性污泥微生物群落多樣性以結構差。殷峻等[1]在研究基于生物膜法的生物濾池中的生物種群時，采用了DGGE技術，結果表明，在環境條件改變的時候，微生物的種群結構發生了巨大的變化。利用DGGE技術，還可以通過比較微生物種群的相似性，從而找出適合工藝運行的最佳條件。如在2005年，劉新春等[2]設計了兩個不同的活性污泥污水處理系統，他們利用DGGE技術分析兩個系統中微生物群落結構的變化，指出只要操作條件一致，兩系統最后都會形成相似度很高的微生物群落結構。因此，DGGE技術用于污泥減量化工藝系統有充分的理論和實踐依據，是完全可行的。

2.3 特定功能微生物群落分析和跟蹤

在污泥減量化系統中，從污泥的產生至減量，實質是微生物的生長與消亡的過程，并且，這是一個動態的過程，那么在這個動態過程中，微生物群落是如何演變的，以及哪些特定功能微生物在其中起著“推波助瀾”的作用，傳統的生物研究方法無法獲得令人滿意的結果，而DGGE技術用于特定功能微生物群落的動態演變的分析具有不可比擬的優越性，并且與傳統技術比起來更具技術可行性。一般以OSA為典型代表的減量化工藝均與A2/O、SBR等污水處理工藝相連，不僅可以利用DGGE技術分析對污泥減量起著特異性功能的細菌在系統中的分布情況，還可以對微生物群落進行跟蹤，結合宏基因組技術就可以對微生物群落結構的演變描繪出一個動態的演變過程。

3 PCR-DGGE用于環境微生物分析的優點和不足

綜上所述DGGE技術在活性污泥法剩余污泥減量化機理的研究中具有很多優點，如DGGE技術操作簡單、快速、分辨率高，而且重現性好；能夠快速地估算出樣品中優勢菌的種類和相對豐度；結合宏基因組或FISH等技術，還可以精確定量分析，獲得微生物的組成及多樣性。然而，該技術也有不足之處：（1）DGGE技術是以條帶的多寡和顏色的深淺來反映物種的豐富程度的，但有些豐度值較低卻作用重大的微生物對應的條帶卻有可能無法顯示，造成檢測結果的偏差。（2）DGGE最為突出的問題是由于操作的偏差或環境條件的微小變化，導致條帶的數量和強度跟微生物種群中對應的菌屬的數量和豐度無法一一對應。因此，為了彌補這類型的缺陷，DGGE技術要與FISH或是環境基因組等分子生物學方面的技術相結合，分析污泥減量化系統中微生物的群落結構和多樣性。

當今的污水處理中活性污泥法應用最多，范圍最廣，研究污泥減量的機理是一項重要的課題。DGGE技術與傳統的生物培養方法相比具有快速、準確和簡便等優點，能夠快速分析污泥減量工藝系統中的微生物群落結構及種群多樣性，可以結合宏基因組等分子生物學技術實現對微生物群落的動態監測，從而探討污泥減量的機理，對污泥減量機理的研究具有重大的意義。

[1]殷峻,陳英旭,劉和,王遠鵬.應用PCR-DGGE技術研究處理含氨廢氣的生物濾塔中微生物多樣性.環境科學,2004,(06),11-15.

[2]劉新春,吳成強,張昱,楊敏,李紅巖.PCR-DGGE法用于活性污泥系統中微生物群落結構變化的解析.生態學報,2005,(04),842-847.