生物凈水工藝中微生物群落特征與處理效果研究.pdf

1、近年來，飲用水水源遭受微量有機物的污染。為了確保飲水安全，在有機污染物進入飲用水管網(wǎng)系統(tǒng)之前需要從原水中除去。然而，常規(guī)水處理工藝混凝、沉淀、過濾和消毒不能有效去除微量有害有機污染物，因此，自來水廠使用深度處理技術(shù)或?qū)ΜF(xiàn)有的處理單元升級來提高凈水能力。在眾多深度處理工藝中，生物處理技術(shù)作為經(jīng)濟有效和環(huán)境友好方法而倍受關(guān)注，它是依靠填料上生長的微生物群落分解代謝有機物進而達到有效除去水中有機污染物的目的。目前，有關(guān)生物處理技術(shù)的研究主要集

2、中在工藝設(shè)計、運行參數(shù)、處理效果和影響因素上，而從微生物群落著手分析其結(jié)構(gòu)、代謝功能及去除有機物等方面探討凈水效果的研究相對缺乏。本文以生物濾池（生物強化活性濾池和生物活性炭濾池）處理工藝作為研究對象，對啟動和穩(wěn)定運行階段的微生物群落特征與處理效能開展了系統(tǒng)研究。
　　對生物活性炭濾池啟動運行中微生物生物量、生物活性、代謝功能及水質(zhì)指標(biāo)進行連續(xù)動態(tài)分析，揭示了生物活性炭濾池微生物生長代謝規(guī)律與出水水質(zhì)變化特征。通過不同掛膜時間微生

3、物群落功能的主成分分析，提出微生物群落代謝功能達到穩(wěn)定作為評價掛膜啟動過程是否完成的重要標(biāo)志，為指導(dǎo)生物活性濾池的自然掛膜啟動和后續(xù)穩(wěn)定運行提供理論依據(jù)。
　　在生物濾池穩(wěn)定運行階段，從微生物數(shù)量、細(xì)胞成分和生化代謝方面對不同生物濾池微生物生物量與活性的分布規(guī)律進行了全面研究，提出了最優(yōu)解離載體顆粒上生物量的方法。四種生物濾池中生物量與活性呈顯著的成層分布，隨濾層深度增加而降低;四種生物濾池底層生物量差異較小，但生物活性差異較大。

4、同一濾池深度，球狀活性炭填料的生物量與活性均高于柱狀活性炭填料，表明球狀活性炭填料有利于生物膜的形成與穩(wěn)定。
　　采用PCR-單鏈構(gòu)象多態(tài)性技術(shù)和Biolog技術(shù)相結(jié)合的手段對生物凈水工藝中的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能進行了分析，為飲用水處理生物濾池操作單元的功能解析和凈水機理探討提供技術(shù)支持。研究結(jié)果顯示，進水水質(zhì)是影響生物凈水工藝中微生物群落結(jié)構(gòu)和組成的重要因素，混凝與過濾工藝對水中微生物群落結(jié)構(gòu)無明顯影響。各生物濾池的微生物種群呈

5、多樣性，主要群落結(jié)構(gòu)差異小，表明各生物濾池經(jīng)過較長時間的運行，其中的微生物群落組成趨于一致。兩生物強化濾池中微生物群落代謝特征相似，其碳源利用率分別為73.4％和75.5％。兩生物活性炭濾池中微生物群落代謝特征存在明顯差異，填充球狀炭的生物活性炭濾池微生物群落碳源利用率79.6％高于填充柱狀炭的生物活性炭濾池的54.8％(p＜0.01)。研究還發(fā)現(xiàn)，生物強化濾池中的填料對微生物群落代謝功能的影響較小，而生物活性炭濾池的球狀活性炭填料有利

6、于微生物群落生長繁殖，微生物群落有較強的代謝活性。
　　建立了從生物凈水工藝中篩選有機污染物降解優(yōu)勢菌的評價體系，通過傳統(tǒng)培養(yǎng)、細(xì)胞活性測定以及除污效果相結(jié)合的方法，從四個生物濾池中分離出28株優(yōu)勢菌，主要為巨大芽胞桿菌、短小芽胞桿菌、弗勞地枸櫞酸桿菌、豚鼠氣單胞菌、惡臭假單胞菌、肺炎克雷氏菌和粘質(zhì)沙雷氏菌屬。獲得4株較高脫氫酶活性和除污能力的菌株，可作為飲水生物處理工藝中生物強化的菌種資源。應(yīng)用PCR擴增方法對部分優(yōu)勢菌株進行對

7、硝基苯酚和氯苯代謝相關(guān)功能基因的探查，為初篩特定有機污染物降解菌提供簡便、快速的方法。
　　采用分子量分布和GC-MS檢測等手段，研究了長江南京段原水中有機物組成和特性，并對生物濾池工藝去除有機物的效能進行綜合評價，結(jié)果表明:長江南京段原水中的溶解性有機物主要由分子量小于1K的有機物構(gòu)成，占溶解性有機物總量的48％～60％。水源水中檢出微量有機物94種，以烷類、脂類、苯環(huán)類、酮類及酚類有機物為主，這些有機物質(zhì)的總量約占總的微量有機

8、物的90％以上。從不同分子量區(qū)間有機物的去除效果來看，各生物濾池能有效的去除分子量在10KD以下的有機物，對低分子有機物的去除優(yōu)于高分子有機物，填充球狀炭的生物強化濾池對低分子有機物的去除率比填充柱狀炭的生物強化活性濾池高，生物活性炭濾池對低分子有機物的去除率也具有同樣的規(guī)律。從有機物污染綜合指標(biāo)（CODMn、UV254和BDOC）的去除率來看，兩生物強化濾池間無顯著性差異(p＞0.05)。而在兩種生物活性炭濾池中，球狀炭生物濾池對CO