生物強(qiáng)化與固體碳源結(jié)合處理小城鎮(zhèn)低碳源污水及其微生物群落動(dòng)態(tài)變化分析.pdf

1、目前，大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，隨著國(guó)家對(duì)污染物減排要求的提高，各地污水廠面臨更加嚴(yán)格的提標(biāo)（一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)）要求，氨氮等指標(biāo)也納入控制標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)小城鎮(zhèn)污水處理廠長(zhǎng)期存在進(jìn)水水質(zhì)低碳源、低污泥活性、低微生物豐度等問(wèn)題，提出了天然固體碳源與生物強(qiáng)化（優(yōu)勢(shì)硝化菌、缺氧反硝化菌和好氧反硝化菌）技術(shù)相結(jié)合共同處理低碳源污水。在實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)進(jìn)

2、出水水質(zhì)COD、NH4+-N、TN指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并利用Illumina Miseq高通量測(cè)序技術(shù)分析小試實(shí)驗(yàn)污泥和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)玉米芯、纖維球、試驗(yàn)前后污泥樣品微生物群落結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。
　　為了有效了解生物強(qiáng)化菌劑和玉米芯固體碳源相結(jié)合對(duì)小城鎮(zhèn)低碳源污水處理效果，利用實(shí)驗(yàn)室小型CASS反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，模擬開(kāi)縣臨江污水處理廠實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)生物強(qiáng)化和固體碳源共同處理，NH4+-N和TN降解率分別提高了26.33％

3、和39.18%，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程COD、NH4+-N和TN出水濃度均達(dá)到一級(jí)A標(biāo)。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組污泥樣品一共檢測(cè)出31類菌門(mén)，其中proteobacteria、Bacteroides、Saccharibacteria、Chlorobi、Chloroflexi、Firmicutes等為主要菌門(mén)，Saccharibacteria、Chlorobi、Proteobacteria相對(duì)豐度值差異相對(duì)較大。α-Proteobacteria、β-Prot

4、eobacteria、δ-Proteobacteria、ε-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和CFB-group相對(duì)豐度總計(jì)分別為66.55%和62.85%，在污泥樣品中處于優(yōu)勢(shì)地位。Nitrosomonas、Nitrosomonadaceae uncultured和Nitrospira三種自養(yǎng)硝化菌屬相對(duì)豐度總量分別占實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組細(xì)菌總數(shù)的1.39%和1.12%。反硝化菌屬一共檢測(cè)到20種，分別占實(shí)驗(yàn)組

5、和對(duì)照組細(xì)菌總數(shù)的15.37%和14.18%，其中Thauera、Halomonas、Xanthomonadales uncultured、Thiobacillus、Hydrogenophilaceae uncultured是實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組共同的優(yōu)勢(shì)反硝化菌屬。通過(guò)添加生物強(qiáng)化菌劑和玉米芯固體碳源可以提高反應(yīng)器內(nèi)污泥微生物群落豐度和多樣性，并且生物強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)脫氮菌群可以長(zhǎng)期穩(wěn)定的存在于系統(tǒng)中。
　　為了優(yōu)化生物強(qiáng)化菌劑中好氧反硝化菌

6、群結(jié)構(gòu)，從河道泥土中篩選出3株好氧反硝化菌，經(jīng)分子生物學(xué)鑒定，分別被確定為克雷伯菌（Klebsiella variicola）、不動(dòng)桿菌（Acinetobacter sp.）和鞘氨醇桿菌（Sphingobacterium sp.），且均為革蘭氏陰性桿菌。以硝酸鹽作為唯一氮源對(duì)其進(jìn)行反硝化能力檢測(cè)，這3株菌株在對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期反硝化能力最好，硝酸鹽去除率均在85%以上。K.variicola、A.sp.、S.sp.最佳C/N分別為9、12和12

7、。K.variicola最適溫度為30～40℃；A.sp.最適溫度為30℃～35℃；S.sp.在環(huán)境溫度為25℃左右，反硝化能力達(dá)到最佳。K.variicola在DO為2.7mg/L～7.6mg/L時(shí)，硝酸鹽降解率均穩(wěn)定在94%以上，亞硝酸鹽降解能力達(dá)到隨DO的增加而提高；A.sp.在DO大于2.7mg/L時(shí)，硝酸鹽降解率在83%以上，S.sp.在DO大于5.4mg/L時(shí)，硝酸鹽降解率在84%以上，且亞硝酸鹽沒(méi)有明顯累積現(xiàn)象。
　

8、　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段，臨江污水處理廠進(jìn)水呈現(xiàn)明顯的低碳氮比污水特點(diǎn)。通過(guò)向反應(yīng)池投加玉米芯固體碳源與生物強(qiáng)化菌劑，NH4+-N、TN降解率較去年同期提高了5.33%和9.58%，出水平均濃度均達(dá)到一級(jí)A標(biāo)。從玉米芯和纖維球樣品中檢測(cè)出Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Actinobacteria、Acidobacteria、Nitrospirae等12個(gè)門(mén)類，其中Proteobacteria、Ba

9、cteroidetes、Firmicutes平均相對(duì)豐度占總細(xì)菌數(shù)的10%以上。在試驗(yàn)初期，玉米芯和纖維球樣品內(nèi)Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes相對(duì)豐度差異較大，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，玉米芯與纖維球樣品內(nèi)各菌門(mén)相對(duì)豐度差異逐漸縮小。β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和CFB-group在各個(gè)時(shí)期玉米芯樣品菌群相對(duì)豐度都要高于纖維球樣品。玉米芯樣品和纖維球樣品只發(fā)現(xiàn)了

10、Nitrosomonas和Nitrospira兩種自養(yǎng)硝化菌屬，自養(yǎng)硝化菌屬平均豐度分別占玉米芯和纖維球樣品細(xì)菌總數(shù)的0.41%和1.28%。同時(shí)，在樣品中檢測(cè)到13類反硝化菌屬，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程反硝化菌屬平均豐度分別占玉米芯和纖維球樣品細(xì)菌總數(shù)的11.68%和8.43%，其中Thauera和Dechloromonas是它們共同的優(yōu)勢(shì)反硝化菌屬。通過(guò)向反應(yīng)池添加生物強(qiáng)化菌劑，將反應(yīng)池內(nèi)需要改善的目標(biāo)微生物菌群相對(duì)豐度從3.99%提高到15.