半懸浮填料上生物膜的生長變化特征.pdf

1、本課題構(gòu)建以新型半懸浮填料為載體的生物膜反應(yīng)器來處理人工模擬廢水，基于以往研究中宏觀尺度的生境與傳統(tǒng)填料存在的缺陷，本課題開發(fā)了一種新型半懸浮填料，不僅可以很好融合傳統(tǒng)填料的優(yōu)點，而且能夠在反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)建亞微尺度（<10 mm）的微生境，從而增加微生物群系的結(jié)構(gòu)層次。新型半懸浮填料紡錘體的特殊結(jié)構(gòu)使同個填料的不同位置形成不同的生物膜厚度。在反應(yīng)器的運(yùn)行階段，運(yùn)用各種檢測技術(shù)對同個填料的不同位置的生物膜進(jìn)行測定與比較，如通過原子力顯微鏡測

2、定其生物膜表面粗糙度、形貌與粘附力的變化，運(yùn)用高通量測序技術(shù)測定其生物膜內(nèi)微生物群落的演替。本課題將反應(yīng)器分成兩個相同體積的區(qū)域（“A”區(qū)與“B”區(qū)），采用不同的測試技術(shù)來研究與比較不同曝氣量下的生物膜形成過程、物理化學(xué)特征與微生物群落的變化，并采用溶解氧系統(tǒng)測定反應(yīng)器內(nèi)不同區(qū)域的溶解氧變化。主要研究結(jié)果如下：
　　以新型半懸浮填料為載體的生物膜反應(yīng)器采用快速掛膜法掛膜，水力停留時間為24 h，采用間歇進(jìn)出水的方式運(yùn)行反應(yīng)器。從第

3、6天起，黏附在填料表面的生物量逐漸增加，直到第21天左右達(dá)到最大值。半懸浮填料的紡錘體結(jié)構(gòu)使填料的椎體部分（Cell1）的表面積小于填料底部（Cell2）的表面積，Cell2生物膜的生物量大于 Cell1生物膜，從而 Cell2生物膜厚度大于 Cell1生物膜。由于“B”區(qū)的曝氣量是“A”區(qū)的10倍，“B”區(qū)的生物膜活性更高，繁殖速率高，“B”區(qū)生物膜量大于“A”區(qū)生物膜量。高曝氣量意味著生物膜所受的剪切力更大，低曝氣量的“A”區(qū)生物膜

4、厚度大于“B”區(qū)生物膜。然而，24 h的水力停留時間無法滿足生物膜的生長需要，使生物膜從第24天開始逐漸脫落。隨著運(yùn)行時間的推移，“A”區(qū)與“B”區(qū)的溶解氧逐漸降低，在運(yùn)行階段后期，兩個區(qū)域內(nèi)相對穩(wěn)定的溶解氧濃度表明隨著反應(yīng)器中微生物的增長，溶解氧的供給與消耗最終維持平衡。盡管生物膜反應(yīng)器運(yùn)行周期較短，但在反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的階段（第1030天），出水的 CO DCr小于40 mg/L，氨氮小于3 mg/L，生物膜反應(yīng)器對 CODCr與總氮

5、去除率都在90％左右。
　　采用原子力顯微鏡測定生物膜表面粗糙度與粘附力變化，實驗結(jié)果表明：隨著微生物逐漸增殖，粗糙度逐漸增大，生物膜后期粗糙度逐漸降低至相對穩(wěn)定值。剪切力是影響生物膜表面粗糙度的重要因素。高曝氣量意味著剪切力更大，相比于“A”區(qū)，高曝氣量的“B”區(qū)生物膜表面粗糙度更低。紡錘形的填料結(jié)構(gòu)使同個填料上的 Cell1生物膜所受到的剪切力小于 Cell2生物膜，從而 Cell1生物膜的表面粗糙度高于 Cell2生物膜。“

6、A”區(qū)與“B”區(qū)中的生物膜與同個填料上的 Cell1生物膜與 Cell2生物膜具有相似的生長趨勢。剪切力是影響半懸浮填料上的生物膜機(jī)械強(qiáng)度的重要因素。高曝氣量的區(qū)域能使生物膜分泌更多的 EP S，“B”區(qū)生物膜的 EP S含量大于“A”區(qū)生物膜，Cell2生物膜的 EPS含量大于 Cell1生物膜。EP S與生物膜粘附力存在良好的相關(guān)性，相對于蛋白質(zhì)，生物膜中的多糖類物質(zhì)對粘附力具有更顯著的影響。
　　采用高通量測序技術(shù)測定不同階