重金屬對(duì)UASB及濕地系統(tǒng)處理養(yǎng)豬廢水的影響及機(jī)制.pdf

1、隨著我國生豬養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模化和集約化，銅、鋅等元素作為高效、廉價(jià)、操作方便的生長(zhǎng)促進(jìn)劑被廣泛應(yīng)用于生豬飼料添加劑中，導(dǎo)致豬場(chǎng)糞污中存在著大量未被吸收轉(zhuǎn)化的銅、鋅等重金屬。在上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)處理養(yǎng)豬廢水的過程中，為了探索銅對(duì)厭氧污泥中微生物群落多樣性的影響及其與反應(yīng)器處理效果的關(guān)系，本研究綜合利用PCR-DGGE技術(shù)和Real-time PCR技術(shù)，以兩臺(tái)UASB反應(yīng)器運(yùn)行過程中厭氧污泥的相關(guān)特性為對(duì)比，考察了反應(yīng)器在活性

2、污泥馴化期和加銅脅迫期的微生物群落變化規(guī)律，明確了適應(yīng)高濃度銅養(yǎng)豬廢水的微生物菌群，為提高UASB處理養(yǎng)豬廢水的效率提供理論依據(jù)。同時(shí)，鑒于養(yǎng)豬廢水沼液的處理現(xiàn)狀，本研究進(jìn)一步利用人工濕地的圍隔試驗(yàn)，模擬達(dá)標(biāo)排放后的微污染養(yǎng)豬廢水，探索了在生態(tài)處理微污染水時(shí)其中重金屬銅和鋅在蘆葦、不同粒徑沉積物、水體之間的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，以揭示水體-植物-沉積物體系中重金屬的歸趨，并從蘆葦種植對(duì)不同粒徑表層沉積物中重金屬分布的影響出發(fā)，探究蘆葦種植抑制沉

3、積物中重金屬向上覆水遷移的機(jī)制。主要結(jié)果如下:
　　1.以水泡糞廢水為對(duì)象，當(dāng)工藝條件控制在水力停留時(shí)間(HRT)為48 h，有機(jī)負(fù)荷在3.00～5.00 kg COD/(m3·d)，運(yùn)行溫度為35℃～37℃時(shí)，UASB反應(yīng)器內(nèi)厭氧接種污泥在經(jīng)歷了適應(yīng)期、負(fù)荷提高期和穩(wěn)定期共計(jì)86 d的馴化過程后，對(duì)養(yǎng)豬廢水COD有80％以上的去除率，說明UASB反應(yīng)器對(duì)水泡糞養(yǎng)殖方式所產(chǎn)生的養(yǎng)豬廢水具有良好的處理效果，是值得推廣的一種養(yǎng)豬廢水處

4、理工藝;由于氨化細(xì)菌的作用將水中有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，使反應(yīng)器運(yùn)行過程中出水NH3-N值比進(jìn)水有最高為84.16％的提高，說明僅用厭氧方法無法去除養(yǎng)豬廢水中氨氮，必須結(jié)合其他工藝對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合處理;在馴化過程中，進(jìn)水銅在0.1～4.2 mg/L的情況下，污泥中銅累積最高為0.42 mg/g;外加銅含量在1.0 mg/L以下，銅對(duì)提高UASB的COD去除率有一定促進(jìn)作用，但是作用不顯著。隨著外加銅含量超過1.0 mg/L，與對(duì)照相比，反應(yīng)器

5、對(duì)COD的去除率有20％的下降，說明外加銅源在1.0 mg/L以上時(shí)，銅對(duì)UASB工藝去除養(yǎng)豬廢水中的COD有抑制作用。
　　2.基于產(chǎn)甲烷菌16S rRNA的PCR-DGGE分析表明，外源銅的添加對(duì)UASB中產(chǎn)甲烷菌群的影響主要在于各菌群的數(shù)量方面，而對(duì)于菌群種類多樣性的影響基本可以忽略不計(jì);外源銅的添加打亂了產(chǎn)甲烷菌菌群結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。投加外源銅小于1 mg/L時(shí)，對(duì)三種產(chǎn)甲烷菌都有促進(jìn)作用，其中對(duì)甲烷桿菌目(MBT)的促進(jìn)作用

6、最為顯著。當(dāng)外源銅達(dá)到1.5 mg/L時(shí)，甲烷微菌目(MMB)和甲烷八疊球菌目(MSL)已經(jīng)出現(xiàn)抑制趨勢(shì)，甲烷桿菌目(MBT)處于促進(jìn)狀態(tài)。當(dāng)外源銅達(dá)到4 mg/L時(shí)，甲烷微菌目(MMB)和甲烷八疊球菌目(MSL)都會(huì)發(fā)生明顯的抑制情況，而甲烷桿菌目(MBT)仍有一定的促進(jìn)作用;甲烷球菌目(MCC)在處理養(yǎng)豬廢水的UASB反應(yīng)器內(nèi)難以生存。甲烷桿菌目(MBT)和甲烷八疊球菌目(MSL)含量較多，甲烷微菌目(MMB)含量較低。在不添加外源

7、銅的情況下，甲烷八疊球菌目(MSL)在三種產(chǎn)甲烷菌群中數(shù)量最多，其16S rRNA基因的平均濃度占到產(chǎn)甲烷菌16SrRNA基因濃度總量的49.6％;甲烷桿菌目(MBT)其次，為42.5％;甲烷微菌目(MMB)最少，為7.9％。在添加外源銅的情況下，甲烷桿菌目(MBT)在三種產(chǎn)甲烷菌群中數(shù)量最多，其16S rRNA基因的平均濃度占到產(chǎn)甲烷菌16S rRNA基因濃度總量的58.3％;甲烷八疊球菌目(MSL)其次，為36.7％;甲烷微菌目（M

8、MB）仍最少，為5.0％。
　　3.人工濕地生態(tài)處理模擬的微污染養(yǎng)豬廢水的研究表明，種植蘆葦能在短時(shí)間內(nèi)降低水體中Cu和Zn的濃度。5d后對(duì)照水體上下層水樣Cu濃度分別為1.20 mg/L和0.40 mg/L，而種植蘆葦上下層水樣Cu濃度分別為0.52 mg/L和0.37 mg/L;同樣條件下，5d后對(duì)照水體上下層水樣Zn濃度分別為1.55 mg/L和0.69 mg/L，而種植蘆葦上下層水樣Zn濃度分別為0.68 mg/L和0.5

9、2 mg/L。蘆葦不同部位Cu和Zn含量基本呈現(xiàn)根＞莖＞葉，且隨蘆葦生長(zhǎng)，其根、莖和葉Cu和Zn的累積量逐漸增加;蘆葦不同部位Zn含量均高于Cu。蘆葦能顯著降低沉積物中Cu和Zn含量，且對(duì)沉積物中不同粒徑中重金屬含量具有顯著影響。相同粒徑條件下，種植蘆葦可以顯著降低沉積物中重金屬含量。因此，可利用人工濕地處理微污染養(yǎng)豬廢水的生態(tài)措施使廢水中重金屬有效地沉降到沉積物中;當(dāng)濕地在外力擾動(dòng)條件下，種植蘆葦可抑制沉積物再懸浮，同時(shí)可顯著降低小粒