2019, Vol. 39
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2. 华南理工大学环境与能源学院, 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室, 广州 510006
2. The Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Cluster, Ministry of Education, South China University of Technology, Guangzhou 510006
污泥厌氧消化(Poland et al., 1971; Ponsa et al., 2008)是一种较为常见的污泥稳定处理工艺, 由于其能同时实现污泥减量和生物质能的回收(CH4), 目前在世界范围内被视为处理剩余活性污泥最有效、最经济的方法.污泥两相厌氧工艺是较单相厌氧更高级的厌氧生物处理工艺, 其启动速度和稳定性要优于单相厌氧.然而, 两相厌氧消化的处理效果较单相厌氧消化提高的幅度并不大, 原因是污泥细胞难以水解破壁.污泥水解是污泥厌氧消化的控制步骤(Li et al., 1992), 而污泥预处理(碱水解(Li et al., 2012)、热水解(Gianico et al., 2013)、超声破解(Shao et al., 2010))能加速污泥水解, 大大提升厌氧消化系统的产气效率.Wu等(2008)用超声破解法促进污泥两相厌氧消化, 发现产气量提升了67.5%~107.8%.Zhang等(2008)用超声-石灰联合破解法强化污泥两相厌氧, 总VS去除率可达40.8%.相对于单相厌氧而言, 两相厌氧有着更短的固体停留时间(SRT)和更高的稳定性, 其应用前景较好.因此, 对于剩余污泥的两相厌氧消化或预处理+两相厌氧消化技术, 有必要进行深入研究.
近年来人们对滥用抗生素的担忧与日俱增.抗生素的大量使用导致细菌耐药性增加, 微观表现为抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)的种类和丰度大量增加.ARGs稳定性强、不易分解, 可以在不同区域之间迁移及在不同物种之间交换、传播, 因而成为新型环境污染物, 并引起全球范围内的广泛关注.而城市污水处理厂就是ARGs的一个重大储存库(Auerbach et al., 2007; Zhang et al., 2009; Lapara et al., 2011; Bouki et al., 2013).而经检测, 污水处理厂排放的剩余污泥中含有高浓度的ARGs(Munir et al., 2011a), 如四环素类抗性基因(TRGs), 出水中浓度约为102~106 copies·mL-1, 而污泥中的含量可达108~109 copies·g-1.剩余污泥在后续处理处置中有可能释放大量ARGs, 从而带来比水厂出水更大的环境风险.
Munir等(2011b)研究表明, 高级污泥处理法(厌氧消化和石灰稳定)相比于传统处理法(脱水和重力浓缩)能更好地降低ARGs丰度.Ma等(2011)研究发现, 延长固体停留时间(SRT)有利于大部分ARGs(sul1、sul2、tetX、tetG、tetC)的削减, 而小部分抗性基因(tetW、ermF、ermB)的丰度有所回升.Diehl和Lapara研究了不同温度(22、37、46、55 ℃)对四环素类ARGs(tetO、tetA、tetW、tetX、tetL)及Ⅰ类整合子整合酶基因(intI1)的影响, 发现随着温度升高, ARGs的削减效果增加(Diehl et al., 2010).Ghosh等(2010)也得到了相似的结论.
目前有关污泥两相厌氧技术的研究多集中在污泥的产气量、挥发性固体(VS)、挥发性脂肪酸(VFA)等常规指标的变化上, 而对于其中ARGs的丰度变化鲜有报道, 有关预处理的加入对污泥两相厌氧处理效果和ARGs的影响也少有研究.热碱解是碱水解和热水解的联用技术(Li et al., 2010), 具有操作简便、破胞效率高等特点; 且预处理后的污泥呈碱性, 增加了上清液中溶解性蛋白质的含量, 并能为厌氧系统提供一定的碱度.鉴于此, 本文选取热碱解作为污泥中温两相厌氧消化的预处理手段, 研究不同操作条件(pH、温度)及在两相厌氧的不同总水力停留时间(tHRT)下, 各常规指标(VS、COD、pH等)的变化情况, 并采用定量PCR技术, 检测热碱预处理及两相厌氧处理前后四环素类ARGs(tet)、磺胺类ARGs(sul)和Ⅰ类整合子整合酶基因(intI1)相对丰度的变化.旨在对“热碱解+两相厌氧”工艺的生态风险进行评价, 并为ARGs的污染防治提供理论依据.
2 材料与方法(Materials and methods) 2.1 污泥的来源剩余污泥取自日处理量为50万t的广州市沥滘A2/O工艺污水处理厂污泥浓缩池, 每周取1次, 污泥性质如表 1所示.
| 表 1 污泥样品性质 Table 1 Characteristics of waste activated sludge |
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本试验考察3个温度(常温、中温(70 ℃)、高温(120 ℃))和两个pH(10、11)条件下污泥的破解情况及抗性基因变化情况.常温、中温和高温的反应装置如图 1所示.常温碱解是将污泥调至指定pH后, 置于烧杯中, 用机械搅拌机搅拌反应1 h; 中温碱解是将污泥置于3 L三口烧瓶中, 调至指定pH后, 将三口烧瓶置于恒温水浴锅中, 温度调至70 ℃, 用机械搅拌机搅拌反应1 h; 高温碱解是将调至指定pH的污泥放入水热反应釜中, 再将反应釜置于烘箱中, 调温至120 ℃, 定时反应1 h.
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| 图 1 两相厌氧试验装置示意图(1.产酸相, 2.产甲烷相, 3.搅拌机, 4.水封瓶, 5.进出泥口, 6.集气袋, 7.恒温水浴锅) Fig. 1 Schematic diagram of two phase anaerobic digestion experiment |
中温两相厌氧反应装置如图 1所示, 反应装置由分置于两个恒温水浴锅中的两个三口烧瓶组成.其中, 1 L的三口烧瓶作为产酸相, 有效容积为0.8 L, 30 ℃水浴保温; 2 L的棕色三口烧瓶作为产甲烷相, 有效容积为1.5 L, 37 ℃水浴保温.
本试验以热碱预处理后的污泥作为基质, 以总水力停留时间(tHRT)作为变量, 考察不同tHRT下中温两相厌氧反应器运行效能及厌氧前后污泥中ARGs变化情况.产酸相和产甲烷相都采用半连续运行的方式, 每日进出一定体积的污泥, 以每日进出一定体积的污泥控制HRT.基质泥进入产酸相, 产酸相出泥为产甲烷相进泥, 两相换料方式都是先出后进.选取的3个tHRT分别为20、16、10 d, 对应的有机负荷(OLR)分别为0.82、1.04和1.68 kg·m-3·d-1.产酸相和产甲烷相之比为1:3, 其中, 产酸相工作体积为800 mL, 对应的HRT(Acidogenic Hydraulic Retention Time, aHRT)和每日进出泥量分别为5、4、2.5 d和160、200、320 mL·d-1; 产甲烷相工作体积1500 mL, 对应的HRT(Methanogenic Hydraulic Retention Time, mHRT)和每日进出泥量分别为15、12、7.5 d和100、125、200 mL·d-1.最后以未处理的污泥作为基质泥, 在tHRT=10 d的条件下运行一组空白样, 即“中温两相厌氧消化”工艺(Mesophilic Two Phase Anaerobic Digestion, MTPAD), 其OLR为1.97 kg·m-3·d-1.4个运行工况所对应的操作参数条件如表 2所示.4个工况分别运行30、20、15和15 d, 使得系统充分稳定.各工况运行时间结束后再运行7 d, 取原泥、热碱解后的污泥及产酸相、产甲烷相出泥进行ARGs的相关分析.其中, 产酸相和产甲烷相连取3 d出泥, 混合后作为ARGs的样品.运行期间对两相出泥的常规指标(TS、VS、VFA、NH3-N等)及产气量进行监测.
| 表 2 中温两相厌氧试验操作条件参数 Table 2 The operating conditions parameters of two phase anaerobic digestion experiment |
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SCOD、TCOD、VS、TS、NH3-N、VFA、ORP和pH采用标准方法测定(APHA, 2005).SCOD、VFA和NH3-N为高速离心机(转速为8000 r·min-1)离心10 min后取上清液测定.产酸相水封密闭, 只收集产甲烷相生物气.生物气用500 mL集气袋收集, 气体体积用100 mL针筒进行测量, 甲烷百分比用排NaOH法进行测定, 具体操作为：用针筒抽取10 mL生物气, 缓缓注入充有8 mol·L-1 NaOH的座式发酵管中, 待生物气全注入管中后, 管中溶液液面刻度除以10 mL即是甲烷百分比.
预处理实验部分测试指标为SCOD、TCOD、蛋白质和多糖, 产酸相和甲烷相定期监测SCOD、TCOD、VS、TS、NH3-N、VFA、ORP和pH.污泥破胞率(DDCOD)计算公式如下：
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(1) |
在各个HRT条件下反应器运行稳定后再运行7 d, 取原泥、热碱解后的污泥及产酸相、甲烷相出泥各10 mL, 将泥样用罗氏PCR试剂盒(Roche FastStart Universal SYBR Green Master：04913914001)进行DNA提取, 提取后的DNA置于-20 ℃下冷冻保存.DNA的提取及ARGs的检测委托上海启因公司.
2.6 ARGs定量分析本研究主要检测4个四环素抗性基因(tetG、tetO、tetW、tetX)、2个磺胺类抗性基因(sulⅠ、sulⅡ)、Ⅰ类整合子整合酶基因(intI1)及16S rRNA.反应体系为：5 μL Roche FastStart Universal SYBR Green Master溶液, 3 μL ddH2O, 正向引物和反向引物各0.75 μL, 0.5 μLDNA模板.反应采用两步法PCR扩增程序, 温度程序为：95 ℃预变性10 min; 之后进行40个循环, 温度控制为95 ℃变性30 s, 60 ℃退火30 s.QPCR结束后, 利用溶解曲线方法判断是否有非特异性扩增干扰.以一系列已知浓度的10倍梯度稀释的质粒DNA制定标准曲线, 对结果进行分析, 每个基因片段测3个重复.
2.7 数据处理方法数据处理采用SPSS 20.0、Excel及Origin 8.0软件.
3 结果与讨论(Results and discussion) 3.1 剩余污泥热碱解效果 3.1.1 SCOD、破胞率、蛋白质和多糖变化规律剩余污泥经热碱解后, 细胞大量破碎, 胞内物质释放, 表现为SCOD大幅度提升.如图 2a所示, 无论是pH=10还是pH=11, 中温和高温的破胞效果都明显高于常温, 但中温碱解和高温碱解破胞效果相差不大, 原因可能是高温碱解缺少搅拌, 传质传热效果不如中温碱解, 故而限制了高温碱解的破胞效果.高温高pH下, 污泥细胞破裂的同时释放出大量溶解性糖类和蛋白质, 二者是后续产酸的主要底物(Cai et al., 2011).如图 2c所示, 由于碱的加入使得蛋白质分子带上大量负电荷, 溶解性增加(Yu et al., 2008).所以热碱解后, 污泥上清液蛋白质含量明显高于原泥, 且初始pH=11时蛋白质含量也显著高于pH=10时.但由于高温时部分蛋白质发生了变性和分解, 120 ℃时蛋白质含量要低于70 ℃时.如图 2d所示, 多糖变化规律与SCOD类似(p < 0.01), 都是随着温度的升高而增加, 同样, 高温时上清液多糖含量仅略高于中温时.
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| 图 2 不同热碱解条件对污泥常规指标的影响(a.SCOD, b.DDCOD, c.蛋白质, d.多糖) Fig. 2 Effect of thermal-alkali pretreatment on the regular indexes of sludge at different condition |
许多机制参与了抗生素耐药性的产生, 目前主要有4种机制(Kumar et al., 2005; Lambert et al., 2005)：抗生素外排泵(tetG)、核糖体保护蛋白(tetW、tetO)、产生水解酶或钝化酶(tetX)、改变细胞膜通透性(sul1、sul2).本试验选取的6种基因片段皆为高频检出基因, 且覆盖了以上4种作用机制.热碱解试验的抗性基因测定结果如图 3所示.
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| 图 3 不同热碱解条件对污泥ARGs和intI1的影响(a.intI1, b.sul1, c.sul2, d.tetG, e.tetO, f.tetW, g.tetX) Fig. 3 Effect of thermal-alkali pretreatment on the ARGs and intI1 of sludge at different condition |
对于intI1、sul1和sul2, 在3个温度下, pH=10时对3种基因片段的削减效果都优于pH=11时, 且相对丰度的最小值都在中温、pH=10时取得.intI1与sulⅠ显著相关(p < 0.05).对于tetG、tetO、tetW、tetX 4种四环素ARGs, 除高温、pH=11这个条件使四者相对丰度回升外, 其余操作条件都对4种四环素ARGs有一定的削减作用.如图 3d~g所示, 中温、pH=11对4种四环素ARGs的控制效果最佳.
综合SCOD、多糖和蛋白质的溶出情况, 且考虑到对ARGs的控制作用, 本试验选取pH=11、T=70 ℃, t=1 h对剩余污泥进行预处理, 进行后续两相厌氧消化试验.
3.2 热碱解-中温两相厌氧消化(taMTPAD)处理效果 3.2.1 pH、ORP随时间的变化对于产酸相, 反应前6 d, 由于有机物水解酸化大量消耗碱度, 导致pH呈明显下降趋势; 第7 d起产酸相pH回升, 原因是随着厌氧反应的进行, NH4+、HCO3-等缓冲物质逐渐积累, 导致pH小幅回升.当tHRT由20 d缩短为16 d时, 即OLR由0.82 kg·m-3·d-1提升至1.04 kg·m-3·d-1时, 产酸相由于负荷增加, pH略有下降但幅度不大, 最终在7.28附近波动, 此时产酸相pH已低于产甲烷相.当tHRT缩减为10 d时, 即OLR达到16.79 kg·m-3·d-1时, 基质总量的增加导致VFA进一步积累, pH进一步下降, 但由于有来自热碱解的碱度补充, 尽管产酸相HRT(aHRT)仅有2.5 d, pH仍然保持在7以上.取消热碱解后, 由于缺少了碱度补充, pH急剧下降, 最终稳定在6.35左右.
对于产甲烷相, 其pH波动幅度远小于产酸相.由于产酸相对进泥负荷的缓冲作用(Raynal et al., 2005), tHRT的缩短并没有造成产甲烷相pH大幅度改变, 两相系统表现出较强的稳定性.taMTPAD工艺在3个tHRT下, 产甲烷相pH都在7.3~7.5内波动, 该pH范围非常适合产甲烷菌生长繁殖.而对于MTPAD工艺, 产甲烷相pH受产酸相影响略有下降, 最后稳定于6.91附近.
如图 4b所示, 与pH相同, 整体而言, 产酸相ORP波动较产甲烷相大.尽管产酸相ORP有着较大幅度波动, 但由于产酸菌对环境适应能力强, 产酸相能正常运行.当OLR提升至16.79 kg·m-3·d-1时, 产甲烷相ORP更低, 达到了-340 mV以下, 更加适合产甲烷菌生长.
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| 图 4 两相厌氧反应器运行期间pH(a)、ORP(b)的变化趋势 Fig. 4 Trend of pH (a) and ORP (b) during the operation period of two phase anaerobic digestion reactor |
对于taMTPAD工艺, 在3个tHRT下, 两相系统总VS去除率稳定值分别为37.38%、34.14%、33.15%;而MTPAD工艺(tHRT=10 d, OLR=1.97 kg·m-3·d-1)的总VS去除率仅为24.47%.表明热碱预处理能显著提升两相系统总VS去除率, 而延长HRT亦能增加总VS去除率, 但增幅不大.对于taMTPAD工艺, 当tHRT=20和16 d时, 即OLR分别为0.82和1.04 kg·m-3·d-1时, 产酸相对VS的去除贡献要明显高于产甲烷相, 但当tHRT缩短为10 d时, 即OLR达到16.79 kg·m-3·d-1时, 两相对VS去除贡献相当.推测原因可能是前两个tHRT下aHRT也较长, 且产酸相有着较适合产甲烷菌生长代谢的VFA浓度、pH、ORP、温度等条件, 产酸相已有一定程度的甲烷化, 从而使得VS被大量削减.而当aHRT缩短至2.5 d时, 由于停留时间不足, 产甲烷菌丰度下降, 产酸相对VS的去除贡献也随之降低.而MTPAD工艺中产酸相对VS几乎无去除作用, 产甲烷相几乎承担了所有的VS去除任务.原因是由于缺少预处理, 产酸相中微生物无法获取更多的有机质进行代谢, 表现为VS去除率下降.
反应器运行过程中TS和VS变化如图 5a所示, 产酸相的TS、VS变化规律与产甲烷相基本相同.对于taMTPAD工艺, 随着负荷提升, 两相的TS、VS都呈上升态势.取消热碱预处理后, 产酸相和产甲烷相的出泥TS、VS都明显上升, 表明热碱预处理能显著强化两相厌氧的VS削减能力.
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| 图 5 两相厌氧反应器运行期间中VS、TS变化趋势(a.TS、VS, b.VS去除率) Fig. 5 Trend of TS and VS during the operation period of two phase anaerobic digestion reactor |
NH3-N是胺类有机物分解代谢的产物(Astals et al., 2018).如图 6a所示, 在前两个tHRT阶段, 产酸相和产甲烷相的NH3-N波动都较为剧烈, 在336~745 mg·L-1之间.taMTPAD工艺中两反应器中的NH3-N变化趋势高度一致(p < 0.01), 但总体而言, 产甲烷相中的NH3-N要略高于产酸相, 原因是有机质在产甲烷相中进一步分解脱氨.当tHRT=10 d时, 即OLR达到16.79 kg·m-3·d-1时, 由于每日输入系统中的有机物总量变大, 有机质分解产生的NH3-N也增多, 故而两相NH3-N浓度都升高至730 mg·L-1以上.而对于MTPAD工艺, 由于取消了预处理, 进泥NH3-N下降, 加之SCOD的缺失, 水解产酸活动减弱, 导致产酸相NH3-N急剧下降.因为有产酸相的缓冲, 产甲烷相NH3-N变化稍滞后, 但其浓度明显高于产酸相, 表明产甲烷相也有着较强的有机质分解代谢作用.
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| 图 6 两相厌氧反应器运行期间中NH3-N、SCOD和VFA变化趋势 Fig. 6 Trend of NH3-N、SCOD and VFA during the operation period of two phase anaerobic digestion reactor |
如图 6b所示, 4个运行阶段, 无论是产酸相还是产甲烷相, SCOD和VFA的变化规律都较为相似(p < 0.01).对于taMTPAD工艺, 产酸相出泥VFA和SCOD都呈现出先升后降的趋势.如3.2.2节所言, 当tHRT=20和16 d时, 即OLR为0.82和1.04 kg·m-3·d-1时, 产酸相一定程度上已经甲烷化, 其中大量的产甲烷菌对VFA和SCOD进行消耗, 因此, 上清液VFA和SCOD呈下降趋势.当aHRT缩至4 d时, 由于停留时间缩短, 甲烷菌无法继续富集, 产酸相VFA和SCOD逐渐停止下降, 并开始小幅度回升, VFA的生成速率略高于消耗速率.当aHRT继续缩短至2.5 d时, 产酸相中产甲烷菌被大量淘汰, 产酸菌逐渐占优势, VFA生成速率迅速超越消耗速率, 产酸相VFA大量积累, SCOD也急剧上升.取消热碱解后, 由于产酸相温度较低, 水解破胞作用较弱, 产酸菌无法获得充足的底物进行产酸, 故而VFA和SCOD都迅速下降至较低水平.表明热碱预处理能较好地促进产酸相积累VFA, 提升了产酸相150.32%的VFA产量.
反观产甲烷相, 由于产甲烷相中大量的产甲烷菌对VFA进行代谢, VFA由始至终都处于较低水平, 并不因tHRT的缩短而波动或急剧上升, 甚至酸败, 表明两相系统有着极强的稳定性.
3.2.4 日产气量和甲烷产率本试验仅收集了产甲烷相的生物气.如图 7所示, 由于产甲烷相的进泥为产酸相的出泥, 且产甲烷相中富集有大量产甲烷菌, 因此, 日产气量和甲烷产率与产酸相出泥VFA有着极其相似的变化趋势(p < 0.01).前期由于产酸相甲烷化, 产甲烷相无法获取足够的VFA进行甲烷代谢, 因此, 日产气量和甲烷产率皆呈下降趋势.而随着负荷的提升, 产甲烷相得到了充足的VFA, 产气量也逐渐提升.当taMTPAD工艺的mHRT缩减为7.5 d时, 日产气量和甲烷产率达到最大值, 平均分别为574 mL·d-1和143.81 mL·g-1 (以每g VS产甲烷量(mL)计, 下同).而MTPAD工艺日产气量和甲烷产率平均值仅为398 mL·d-1和75.97 mL·g-1, 可见热碱预处理能提升体系44.22%的日产气量和89.3%的甲烷产率.当mHRT为15 d和12 d时, 甲烷含量基本维持在80%左右; 而当mHRT=7.5 d时, 无论污泥是否经预处理, 甲烷百分含量都在75%左右.可见产甲烷相能进行稳定高效的产甲烷功能.
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| 图 7 两相厌氧反应器运行期间中日产气量、甲烷百分比(a)和甲烷产率(b)变化趋势 Fig. 7 Trend of daily gas production, methane ratio (a) and methane yield (b) during the operation period of two phase anaerobic digestion reactor |
两相厌氧试验中, 除tetX外, 热碱解使得其余6种基因片段都略有上升.对于taMTPAD工艺, 可以明显可以看出tHRT=20 d时, 即OLR为0.82 kg·m-3·d-1时, 产甲烷相出泥中6种ARGs和intI1的相对丰度较原泥都有所下降.对于sul2和tetO, tHRT=20 d时, 产酸相使得二者的相对丰度大幅下降, 但经过产甲烷相后会回升, 但仍低于原泥.当tHRT=16 d时, 即OLR为1.04 kg·m-3·d-1时, 两相系统对intI1、sul1和sul2作用不明显, 但能较为有效地控制tetG、tetO、tetW、tetX 4个四环素类ARGs的相对丰度.当tHRT=10 d时, 即OLR达到16.79 kg·m-3·d-1时, taMTPAD工艺对intI1、tetG和sul2有着较显著的控制作用, 但会引起sul1、tetO、tetW和tetX 4种ARGs的富集.其中, 产酸相能大幅削减tetO、tetW和tetX 3种四环素ARGs的丰度, 而产甲烷相却使得三者大量富集, 这点发现不同于Wu等(2016)的研究.总体而言, 长tHRT更有利于ARGs削减, 而短tHRT由于负荷更高, 更有利于耐药菌增殖, 从而可能引起ARGs回升.
而MTPAD工艺, 对除tetG以外的其余片段皆无显著作用效果.污泥经过MTPAD工艺处理后, tetG的相对丰度从3.395×10-4降至3.993×10-5.而加了热碱预处理后, 其相对丰度能从2.62×10-4降至1.31×10-5, 削减效果更加显著.综合6种ARGs片段, MTPAD工艺对ARGs丰度的控制要优于taMTPAD工艺, 表明热碱预处理有可能会促进后续厌氧消化中耐药菌增殖.该结论与Tong等(2016)研究结果类似, Tong等研究表明, 经过微波处理和微波酸解处理后, 再进行单相厌氧处理, 部分抗性基因相对丰度会回升.
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| 图 8 两相厌氧中intI1和ARGs丰度变化(a.intI1, b.sul1, c.sul2, d.tetG, e.tetO, f.tetW, g.tetX) Fig. 8 Abundance changes of intI1 and ARGs in two phase anaerobic digestion |
两相厌氧过程中各基因片段间的相关分析结果如表 2所示.Ⅰ类整合子整合酶基因(intI1)是一种允许细菌结合外生基因盒并调节其表达的基因片段, 对绝大多数ARGs的交流和整合起重要作用(Mazel et al., 2006).本研究中, intI1仅与sul2呈显著性正相关(p < 0.01), 表明该体系中ARGs的变化与基因水平转移(HGT)途径关系并不大.且如图9a所示, 当tHRT=20和10 d时, taMTPAD工艺对intI1都有着较好的削减作用, 表明taMTPAD工艺可能有效地堵塞了HGT途径.且由表 2可得, tetO与tetW、sul2显著正相关(p < 0.01), tetX、tetO、tetW三者之间同样显著相关.表明该研究体系中, 四环素类ARGs的行为有着明显的平行关系.
| 表 3 各基因片段间的相关性分析 Table 3 Correlation analysis of gene fragment |
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初始pH=11、T=70 ℃、t=1 h为热碱预处理最佳实验条件, 在此条件下, 污泥中的内容物能得到较大程度的释放, 同时也能在一定程度上削减部分ARGs.在20、16和10 d 3个不同的tHRT下, taMTPAD工艺都表现出了较强的稳定性, 未出现停止产气、酸化等不良现象.3个tHRT下, 当tHRT=20 d时, VS去除率最高, 但在tHRT=10 d时, 日产气量和甲烷产率达到最大值.tHRT=16 d时, 反应器运行效果与tHRT=20 d时相差不多.对比MTPAD工艺和taMTPAD工艺, 实验结果表明, 热碱预处理能显著提升产酸相的产酸能力和产甲烷相的产气能力.当tHRT=20 d时, taMTPAD工艺对6种ARGs和intI1都有着较好的削减效果; tHRT=16 d时, 该工艺对磺胺类ARGs无削减作用; 当tHRT=10 d时, 部分ARGs相对丰度明显回升.对比MTPAD工艺发现, 对污泥进行热碱预处理后, 两相厌氧系统对部分ARGs有着较好的控制作用, 但会造成另一部分ARGs丰度回升.总体而言, MTPAD工艺对ARGs的控制效果要优于taMTPAD工艺, 但taMTPAD工艺的污泥处理效果显著优于MTPAD.通过研究ARGs与intI1的相关性表明, 该体系中ARGs的变化与基因水平转移(HGT)途径关系不大, ARGs的行为以垂直转移为主.
虽然目前对于污泥的处理没有ARGs的要求, 但考虑到ARGs传播将给人类健康带来巨大风险, 建议在实际污泥处理中综合考虑污泥常规指标和ARGs控制选择工艺操作参数, 或增设焚烧、制砖等无害化技术, 以便更好地控制ARGs污染.
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