好氧顆粒污泥工藝運(yùn)行過(guò)程重要功能菌群研究.pdf

1、好氧顆粒污泥工藝因其具有泥水分離效果好、耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、剩余污泥產(chǎn)率低等特點(diǎn)，在廢水生物處理領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，并已在荷蘭、南非等地得到工程化應(yīng)用。然而，好氧顆粒污泥作為一種特殊的微生物聚集體，多樣化功能菌群富集持留賦予生物處理系統(tǒng)高效運(yùn)行性能的同時(shí)，顆粒結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、形成機(jī)制不明晰仍成為制約該工藝推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。論文從胞外多聚物(EPS)主要組分解析、污泥功能菌群鑒定角度出發(fā)，以PCR-DGGE、454高通量測(cè)序、qPCR及FISH

2、等為技術(shù)手段，開(kāi)展好氧顆粒污泥反應(yīng)器啟動(dòng)與工藝強(qiáng)化過(guò)程污泥EPS組成變化、微生物群落結(jié)構(gòu)演變、重要功能菌群解析等研究，獲得以下主要結(jié)論:
　　1、以序批式生物反應(yīng)器(SBR)為研究平臺(tái)，模擬城鎮(zhèn)污水、氯苯胺廢水(p-ClA)為處理對(duì)象，開(kāi)展好氧顆粒污泥反應(yīng)器啟動(dòng)過(guò)程顆粒特性與EPS組成變化研究。結(jié)果表明，兩組SBR在生物選擇壓的逐步增強(qiáng)下微生物團(tuán)聚、污泥顆?；w粒形成初期污泥EPS含量明顯增加，尤其是胞外蛋白(PN)含量分別由6

3、7.21±1.41、89.36±2.71mg·g-1VSS增至287.20±4.55、348.43±7.82mg·g-1VSS。相比而言，處理城鎮(zhèn)污水顆粒污泥的胞外多糖(PS)變化不大，而高p-C1A負(fù)荷下污泥PS含量最高增至482.6±5.37mg·g-1VSS，隨著顆粒污泥結(jié)構(gòu)降至333.57±20.18mg·g-1VSS。值得關(guān)注的是，處理不同水質(zhì)的兩組SBR在顆粒污泥形成階段污泥PN/PS比增加，分別由1.25、2.04增至5.

4、40、5.33，顆粒污泥穩(wěn)定運(yùn)行階段PN/PS比有所降低，保持在3.70-3.90之間，分析認(rèn)為PN定向分泌增強(qiáng)污泥表面疏水性、促進(jìn)微生物團(tuán)聚，有利于好氧污泥顆?；?。
　　2、研究處理不同水質(zhì)污泥顆粒化過(guò)程微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，兩組SBR污泥顆?；^(guò)程均發(fā)生明顯的菌群豐富度遞增。其中，處理城鎮(zhèn)污水SBR污泥顆?；^(guò)程優(yōu)勢(shì)菌群分屬β-Proteobacteria，γ-Proteobacteria，Bacterioidetes等，由初期

5、的Sphingobacteriaspp.占優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)顆粒污泥中Zoogloeaspp.高度富集。處理p-ClA廢水SBR污泥顆?；^(guò)程Proteobacteria占總菌比例由50％增至66％（以β-Proteobacteria為主，占39.8％），其中編碼苯胺雙加氧酶及C230酶的Thaueraspp.占總菌比例由19％增至45％，Zoogloeaspp.亦在穩(wěn)態(tài)顆粒污泥內(nèi)高度富集（占總菌比例達(dá)10％）。結(jié)合污泥顆粒化階段EPS分析

6、認(rèn)為，具有PN分泌功能的Zoogloeaspp.、Sphingobacteriaspp.等菌株在生物處理系統(tǒng)內(nèi)高度富集，利于顆粒污泥形成。
　　3、從好氧顆粒污泥工藝強(qiáng)化與節(jié)能降耗角度出發(fā)，應(yīng)用分段曝氣方式強(qiáng)化顆粒污泥反應(yīng)器運(yùn)行性能。研究發(fā)現(xiàn)，直接降曝調(diào)控后顆粒污泥工藝在基質(zhì)豐富期和好氧饑餓期的DO分別為6.37mg·L-1、3.72mg·L-1，污泥產(chǎn)率由1.13kgMLSS·kgCOD-1增至1.96kgMLSS·kgCOD-

7、1，污泥解體并大量流失。分析污泥EPS發(fā)現(xiàn)，調(diào)控前后污泥PN含量由210.56±7.22mg·gVSS-1降至109.74±5.71mg·gVSS-1，PN/PS比值由3.95降至2.22。推測(cè)直接降曝后體系DO過(guò)低、低水力剪切條件下PN分泌減少不利于顆粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。為此，研發(fā)梯度降低好氧饑餓期曝氣強(qiáng)度的顆粒污泥強(qiáng)化工藝，體系DO緩慢降低并最終保持在4.5-5.0mg·L-1，系統(tǒng)脫氮性能提升，顆粒疏水性及強(qiáng)度增加。分析污泥EPS發(fā)現(xiàn)，調(diào)

8、控過(guò)程污泥PN含量適度增加、PN/PS比最終穩(wěn)定在3.88，實(shí)現(xiàn)顆粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、污泥產(chǎn)率下降、系統(tǒng)高效運(yùn)行。
　　4、分析強(qiáng)化工藝的顆粒污泥微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，直接降曝后系統(tǒng)Shannonindex由穩(wěn)態(tài)的4.7620降至3.9185，大量微生物隨顆粒不可逆解體而被排出體系;其中，Proteobacteria比例降至23％、Bacteroidetes比例則由31％增至63％;其中，Leadbetterellaspp.屬Sphingo

9、bacteria，其在顆粒結(jié)構(gòu)失穩(wěn)階段出現(xiàn)并成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌株(45％)，推測(cè)直接降曝調(diào)控導(dǎo)致污泥原有優(yōu)勢(shì)菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，Leadbetterellaspp.大量增殖，該類微生物的高度富集并不能賦予顆粒污泥穩(wěn)定的EPS組成比例，最終導(dǎo)致顆粒結(jié)構(gòu)不可逆失穩(wěn)、污泥大量洗出系統(tǒng)。采用梯度降曝調(diào)控策略后，污泥Chaoindex、Shannonindex分別增至3925和5.79，微生物群落多樣性得到恢復(fù)，優(yōu)勢(shì)菌群分屬Zoogloeaspp.、T