高鈣廢水生物處理過程中微生物群落及其生物酶的變化.pdf

1、目前，高鈣廢水主要來自石油加工、有色金屬冶煉、硫酸生產(chǎn)、印染、造紙、化工和農(nóng)藥等行業(yè)。而最典型的是明膠生產(chǎn)廢水，在活性污泥法處理過程中，廢水中的Ca2+與CO32-結(jié)合產(chǎn)生CaCO3，大量CaCO3的生成，不僅使活性污泥的污泥體積比（SV30）、吸附能力，傳質(zhì)能力和污泥泥齡等受阻，而且導(dǎo)致污水處理的次生廢棄物—剩余污泥排放量巨大。剩余污泥排放量大增加了鈣質(zhì)廢水的處理成本，探索經(jīng)濟(jì)有效的污泥減量化方案已成為解決明膠排泥量大的當(dāng)務(wù)之急。目前

2、，污泥減量化的措施主要有：解耦聯(lián)法、高溶解氧法、OSA工藝法、臭氧法、微型生物法、濕式—氧化兩相技術(shù)等。
　　本課題組主要圍繞向高鈣廢水中投加阻垢劑聚環(huán)氧琥珀酸鈉（簡稱PESA））來減少碳酸鈣的沉積，從而達(dá)到增強(qiáng)污泥活性和減少污泥量的目的。PESA是具有雙重緩蝕和阻垢功能的綠色阻垢劑。將PESA應(yīng)用到磷鈣廢水的處理中,一方面與鈣離子形成可溶性的螯合物分散在水中，另一方面可以抑制因生物曝氣作用而沉積在活性污泥表面的鈣質(zhì)沉淀的生長，從

3、而使得活性污泥的污泥體積比（SV30）、吸附能力，傳質(zhì)能力都得到有效提高，污泥泥齡延長，進(jìn)而有效減少排泥量。
　　針對(duì)高濃度鈣離子與PESA（聚環(huán)氧琥珀酸鈉）對(duì)活性污泥中酶活性及微生物群落的影響問題，本文在序批式生物反應(yīng)器（SBR）中，研究了不同鈣離子和PESA濃度對(duì)活性污泥體系進(jìn)出水pH、污泥體積指數(shù)（SVI）、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）、生物相、灰分、F值（MLVSS與MLSS之比值

4、）、四種酶活性和微生物群落及其多樣性的影響及其變化規(guī)律，以檢驗(yàn)PSEA在生物系統(tǒng)中是否具有相容性，并驗(yàn)證鈣質(zhì)被PESA分散后污泥活性的恢復(fù)能力。結(jié)果表明：在ρ(Ca2+)由0mg/L升至1920 mg/L過程中,活性污泥中出水pH、SV30不斷下降，MLSS、MLVSS不斷升高，過氧化氫酶活性從2.3下降至0.5 mg/(g·min)、磷酸酶活性變化為2325→4579→2394μg/(g·h)，脲酶活性變化為：105→56.5→70.

5、6→39.51μg/(g·h)，蛋白酶活性變化為：6.81→14.28→3.49→14.22→0.73 mg/(g·h)，F(xiàn)值從0.86降至0.69，灰分從402 mg/L上升至1890 mg/L；由上可知，當(dāng)鈣離子濃度達(dá)到1920 mg/L時(shí)，四種酶活性均受到抑制，所以，得出鈣離子對(duì)活性污泥活性的抑制點(diǎn)可認(rèn)定為1920mg/L。當(dāng)活性污泥系統(tǒng)中鈣濃度達(dá)到本文抑制點(diǎn)1920 mg/L時(shí)，保持系統(tǒng)鈣量不變，向其中等梯度加入PESA(ρ為5

6、~25 mg/L)，過氧化氫酶從0.5降至0.3 mg/(g·min)，磷酸酶從2394.8上升至9336.7μg/(g·h)，脲酶從39.51升至82.31μg/(g·h)，蛋白酶活性基本不變，F(xiàn)值保持在0.7左右，灰分從1890降至1358(mg/L)。上述結(jié)果說明隨著活性污泥系統(tǒng)中ρ(Ca2+)的增大，總體酶活下降，說明微生物增殖及活性也受到影響而導(dǎo)致酶的分泌不斷減少，污泥灰分增加而導(dǎo)致污泥量增多；而加入阻垢劑PESA后，部分種類

7、的生物酶如脲酶和磷酸酶因阻垢劑對(duì)鈣鹽的分散作用而得到恢復(fù)，污泥灰分降低,污泥量減少,證明 PESA與鈣形成可溶性的螯合物分散在水中，可使沉積鈣鹽減少，恢復(fù)部分酶活性和實(shí)現(xiàn)污泥減量化。
　　與此同時(shí)，提取反應(yīng)器中未加入鈣的活性污泥（0階段）、用鈣馴化后的活性污泥（第9階段）和用PESA與鈣共同馴化后的活性污泥（第14階段）的DNA，并對(duì)其中細(xì)菌的16S rDNA基因的V3-V4區(qū)域進(jìn)行測序并分析，得到0階段活性污泥中含有19個(gè)門級(jí)別

8、的物種，比較豐富,其中的優(yōu)勢菌為：擬桿菌門（Bacteroidetes，45.7％）、變形菌門（Proteobacteria，34.1%）、浮霉菌（Planctomycetes，7.1%）、疣微菌門（Verrucomicrobia，4.2%）和TM7（3.1%）和厚壁菌門（Firmicutes，0.9%）；當(dāng)?shù)降?階段時(shí)，活性污泥只有15個(gè)門級(jí)物種，消失了四種，其中的優(yōu)勢菌為：擬桿菌門（39.7%）、變形菌門（39.1%）、浮霉菌（6.

9、8%）、疣微菌門（4.7%）、厚壁菌門（2.7%）、TM7（2.6%）和放線菌門（Actinobacteria，1.2%）；當(dāng)?shù)降?4階段時(shí)，活性污泥中共有13個(gè)門級(jí)別物種，消失了3種，其中的優(yōu)勢菌群為：擬桿菌門（49.8%）、變形菌門（38%）、TM7（6.8%）、放線菌門（1.9%）和浮霉菌（1.6%）和綠彎菌門（Chloroflexi，0.8%）；由以上可知，雖然三個(gè)階段的優(yōu)勢菌都是擬桿菌門和變形菌門，但是比例發(fā)生了變化，占主要比