不同生物处理工艺活性污泥系统中微生物群落结构、代谢产物及与污泥沉降性能的关系研究

发布时间：2020-08-03 16:07

【摘要】：活性污泥法是目前水处理领域应用最广泛的工艺,然而自该工艺提出以来饱受污泥膨胀的制约。针对于此,各国研究者已从水质、环境因素及运行条件等方面进行了大量研究,同时取得了相关成果。然而对于这种以微生物为主体的工艺,污泥沉降性能与生物代谢、优势菌种之间究竟存在何种关联性,报道不多。本论文借助分子生物学手段追踪了污泥中优势菌群的演替、监测了微生物的代谢产物含量及组分等的相关变化,探究污泥沉降性能在不同运行条件下产生差异的内在原因,以期丰富相关沉降/膨胀理论。研究主要结果如下:(1)同样的进水和接种污泥,不同条件运行的两种反应器内分别诱发了系统活性污泥粘性膨胀和丝状菌膨胀。进水采用乙酸钠和可溶性淀粉为碳源(COD贡献比为3:2),1#反应器在低溶氧协同高负荷运行条件导致活性污泥形成粘性膨胀;而2#反应器在正常溶氧及有机负荷条件下,Type0914丝状菌出现过度增殖,进而诱发系统丝状菌膨胀。16S rDNA高通量测序结果显示,高负荷协同低溶氧的环境刺激了1#反应器中Bradyrhizobiu(慢生根瘤菌属)菌的优势生长,其分泌的大量胞外粘液中多糖含量的增加是诱发系统发生粘性膨胀的主要原因。2#反应器中的丝状菌膨胀污泥中,Chloroflexi(绿弯菌门)菌和Saprospiraceae(腐螺旋菌科)菌所占丰度分别高达13.13%和10.14%。论文认为溶解性碳源是导致这两类菌相伴生长、进而诱发活性污泥丝状菌膨胀的主要原因。(2)AAO脱氮除磷(Ⅰ阶段)、AO脱氮(Ⅱ阶段)、好氧除碳(ⅡⅠ阶段)这3种工艺中,活性污泥的沉降性能有所差异。Ⅰ阶段沉降性能最佳,其次为ⅡⅠ、Ⅱ阶段。结果表明,1)系统优势菌及菌群结构都发生了显著变化。其中Thiothrix(丝硫菌)菌的相对数量是影响污泥沉降性能变化的主导细菌。在接种污泥和Ⅰ阶段Thiothrix(丝硫菌)菌的丰度仅为0.08%和1.51%,Ⅱ阶段上升至9.41%,ⅡⅠ阶段降至4.29%。Ⅰ阶段的厌氧区对该菌的生长具有抑制作用,但Ⅱ阶段的缺氧区却刺激其优势生长;2)三个系统中微生物种群多样性Ⅰ阶段最高,其次为Ⅱ、ⅡⅠ阶段。缺氧区和厌氧区的引入导致系统功能与环境的复杂度增加,微生物群落多样性有所升高;3)微生物群落结构变化对EPS的组分及含量具有显著影响,进而导致污泥沉降性能改善或恶化的进程加剧,污泥沉降性能与松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)中蛋白质/多糖的比值呈正相关;4)反应器功能的改变,丝状菌的类型就会发生显著变化。接种污泥和Ⅰ、Ⅱ、ⅡⅠ阶段的优势丝状菌分别为Type0092、Sphaerotilus natans(浮游球衣菌)、Thiothrix spp.(丝硫菌)、Nostocoida limicola Ⅱ(诺卡氏菌Ⅱ)。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X172
【图文】：

反应器,有机负荷,溶解氧

西安建筑科技大学硕士学位论文3.2 反应器的启动采用两套完全相同的传统推流式好氧除碳系统，分别记为 1#、2#。两个反应器均为由有机玻璃制成，有效容积为 9L。溶氧通过曝气控制，1#系统在运行中保持较低的溶解氧 0.5~0.8mg/L 和较高的有机负荷 0.6~0.65kgCOD/（kgSS·d）；2#系统维持正常的溶解氧 2~3mg/L，有机负荷 0.3~0.35kgCOD/（kgSS·d）。两套系统的运行条件除溶解氧和有机负荷之外，其余均保持一致。在整个实验阶段，系统的pH 值控制在 6.5~8.5 之间。反应器温度通过水浴保持在 20~25℃。污泥回流比为75%~100%，进水流量为 24L/d，水力停留时间为 9h。MLSS 为 3000~3500 mg/L，污泥龄控制在 12~15d。

变化情况图,污泥,变化情况,丝状菌

两套系统运行初期（1~9d）污染物去除效果良好，氨氮和 COD 的去除率均达到 90%以上。生物相丰富，污泥活性良好，其 VSS/SS 为 0.75 左右。然而系统污泥沉降性能发生短暂恶化，丝状菌数量有所增加（图 3.3b 和图 3.4a）。这是由于接种污泥采用模拟废水培养时，水质条件的变化导致系统菌群产生波动，丝状菌对环境变化的适应程度优于菌胶团。随着系统持续运行，丝状菌数量减少，沉降性能略有

镜检,活性污泥,形态,不同时期

（c. 14d）（d. 40d）图 3.3 不同时期 1#系统活性污泥形态镜检（×100）（a.9d）（b.40d）Type0914 Type0914

【参考文献】