土著菌群对生物增强活性炭系统的稳定运行研究

发布时间：2020-09-25 09:37

　　生物增强活性炭技术(BEAC)在饮用水处理工艺中具有显著的优势,通过将人工筛选驯化的优势菌群固定在活性炭表面,利用微生物的降解作用协同活性炭的吸附作用,可提高活性炭工艺对有机物的去除效率。由于BEAC工艺为开放式系统,水中土著菌进入活性炭表面势必对优势菌群产生影响,从而抑制优势菌的生物活性,影响优势菌群生态位,限制优势菌生物降解作用的发挥。本论文以松花江水中筛选的5株降解有机物优势菌(枯草芽孢杆菌,施氏假单胞菌,穿孔假单胞菌,巴利阿里假单胞菌,恶臭假单胞菌)为研究对象,以土著菌群对BEAC工艺中优势菌群的影响作用为核心,通过静态试验、中试试验并利用分子生物学技术和生物量、生物活性等检测方法,重点研究了优势菌群与土著菌群的微生物生长特性、优势菌群固定化特性、土著菌群对BEAC工艺优势菌群的影响作用、控制土著菌群进入BEAC系统的工艺条件等内容,为实际工程应用提供理论依据。研究结果表明:优势菌群生长适应范围宽于土著菌群,在适宜条件下生长所得的优势菌群脱氢酶活性(22.9-52.9 mgTF/(L·h))高于土著菌群的脱氢酶活性(7.9-23.5 mgTF/(L·h))。优势菌群降解有机物的能力高于土著菌群,纯优势菌液对松花江水中TOC的平均去除率比土著菌群高9.1%。尽管优势菌群生物活性和有机物降解能力高于土著菌群,两者利用的营养物质却属于同一类,GC-MS结果表明优势菌群与土著菌群主要降解胺类、醇类、酚类、卤代烃类、氨基酸类、醚类,因此两种菌群在BEAC系统中势必会导致对营养物质的竞争。通过BEAC工艺运行试验研究表明,土著菌群进入BEAC工艺对优势菌群微生物组成和分布、生物量和生物活性、以及降解有机物效能均有较大的影响。运行30-90d时,在BEAC炭上的土著菌数量不断增多,抑制了优势菌群的生长速率和生物活性;运行90-180d时,活性炭上土著菌群数量和种类超过优势菌群,与优势菌群竞争营养物质和生存空间,使BEAC炭上生物量和生物活性逐渐降低;运行180d后,由于有限的营养机制无法满足大量的微生物生长需求,激烈的竞争使大部分微生物消失,仅4株菌种在生态竞争中仍占有较多数量,包括2株优势菌(穿孔假单胞菌和枯草芽孢杆菌)和两株土著菌。由此说明,BEAC工艺中土著菌群对优势菌群的生物稳定性影响较大。控制土著菌群进入BEAC系统的工艺条件研究结果表明,反冲洗周期为7-10d,反冲洗气强度为8-10 L/(m2·s),BEAC工艺停留时间为15min,保证生物增强活性炭优势菌充分发挥生物降解能力,保持较强的生物活性,抑制土著菌群在活性炭表面数量增多。臭氧作为BEAC系统的前处理工艺可抑制土著菌群入侵,当臭氧投加量2-2.5mg/L,臭氧接触时间大于10min时,可有效杀灭水中细菌并保证水中余臭氧对BEAC炭上优势菌的生物活性没有影响。通过PCR-DGGE指纹图谱分析表明,穿孔假单胞菌、施氏假单胞菌、枯草芽胞杆菌在活性炭表面的附着效果好,生长条件范围广。特别是,穿孔假单胞菌和枯草芽胞杆菌在与土著菌群的竞争中始终占优势地位,保持较高生物活性。恶臭假单胞菌和巴利阿里假单胞菌不易附着在活性炭表面,受环境因素影响较大,尤其巴利阿里假单胞菌在臭氧-BEAC工艺运行过程中表现出生物活性低,数量少。因此,在工程应用中不考虑将巴利阿里假单胞菌作为优势菌。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2010
【中图分类】：X703
【部分图文】：

照片,优势菌种,原子力显微镜,照片

图 3-3 优势菌种原子力显微镜照片Fig. 3-3 Atomic force photos of dominant bacteria各优势菌种形态大小约为：4 号菌 1μm×0.5μm、7 号菌 1μm×0.5μm、10 号菌m×0.6μm、11 号菌 1μm×0.5μm、15 号菌 2μm×0.8μm。表 3-1 优势菌种的形态学鉴定结果

指纹图谱,固定化,指纹图谱,菌液

哈尔滨工业大学工学博士学位论文4 的样品（N1）固定化效果最也较差；pH 为 6 的样品（N3菌 b 和 d 的固定化效果好，菌；pH 为 7 的样品（N4）的固和 d 都固定上，条带也较宽，上，菌 c 条带较窄，条带信，条带信号强，固定化效果较N1 N2 N3 N4 N5土著菌群对生物增强活性炭系统的稳定运行研

固定化,活性炭,优势菌群,表面形态

c) 固定化后活性炭×5000 d) 固定化后活性炭×5000图 3-19 优势菌群固定化活性炭表面形态ig. 3-19 Microbiology morphology of dominant bacteria immobilizati结

【引证文献】