泥齡對(duì)膜生物反應(yīng)器微生物群落及膜污染的影響.pdf

1、本研究通過構(gòu)建3個(gè)泥齡分別為10、5、和3天的小試MBR，重點(diǎn)研究泥齡對(duì)MBR的運(yùn)行效果、膜污染及微生物群落等方面的影響。同時(shí)對(duì)比了污水廠中MBR工藝和其他工藝反應(yīng)器中微生物群落差異。 MBR對(duì)COD和NH+4-N的去除效果不受泥齡的影響。各泥齡MBR均可以去除95％～96％的COD和87％～90％的NH+4-N。反應(yīng)器內(nèi)非絮凝菌的含量隨著泥齡的增加而增加。系統(tǒng)中活性微生物占總微生物的比例隨泥齡的降低而增加，說明降低MBR泥

2、齡可以增加其系統(tǒng)內(nèi)微生物活性。 在泥齡3天的MBR最先發(fā)現(xiàn)有膜污染現(xiàn)象，膜污染速率隨著泥齡的降低而增加。通過原子力顯微鏡(AFM)觀察膜的表面形態(tài)特征發(fā)現(xiàn)清洗后膜表面粗糙系數(shù)(Ra)隨著泥齡的降低而增加。MBR總阻力隨著泥齡的降低而增加，膜污染層阻力(RF)是MBR內(nèi)的主要阻力，其大小和在總阻力中所占的比例均隨著泥齡的增加而降低。各泥齡MBR內(nèi)污泥混合液中各組分膜污染修正指數(shù)MFIML、MFISS和MFISMP等均隨著泥齡的升

3、高而降低。各研究結(jié)果均表明經(jīng)過化學(xué)清洗后仍有一些小粒徑EPS或其他物質(zhì)吸附在膜表面上并堵塞膜表面孔徑。 在相同pH值的條件下，胞外聚合物(EPS)各組分提取含量均隨陽離子交換樹脂(CER)用量(30、70、100 g CER/g VSS)增加而增加，但趨勢(shì)上有所不同。和pH值為7的中性條件相比，弱酸(pH=5)和弱堿(pH=9)條件對(duì)TOC、DNA和多糖的提取影響較小，但對(duì)蛋白質(zhì)影響比較大。推導(dǎo)出了EPS提取參數(shù)模型及動(dòng)力學(xué)模

4、型CEPS(t)，該模型的最大作用在于可以大致估算試驗(yàn)中EPS的最大提取量及任一時(shí)間的EPS產(chǎn)量，并估算系統(tǒng)內(nèi)總EPS濃度和樹脂相對(duì)親和系數(shù)κ等提取參數(shù)。通過對(duì)經(jīng)典文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)原和自身試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行擬合，結(jié)果表明擬合效果均較好。 MBR內(nèi)EPS和溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)各組分濃度均隨著泥齡的增加而降低，同樣也說明MBR的膜污染情況隨著泥齡的增加而降低。各泥齡EPS及SMP分子量分布均有相同的趨勢(shì)，EPS分子量分布呈

5、雙峰特征，主要是分子量大于30kDa和小于1KDa的物質(zhì)，二者之和約占89％～92％。SMP的分子量分布呈單峰特征，主要是分子量小于1kDa的物質(zhì)，約占62％～83％，泥齡3天的MBR內(nèi)其小分子物質(zhì)所占的比例最大，這同樣也解釋了低泥齡MBR膜污染較大的原因。通過HPLC—MS和Q—Tof大致探明了系統(tǒng)內(nèi)EPS可能的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。 PCR—DGGE結(jié)果表明各泥齡MBR中總細(xì)菌和氨氧化細(xì)菌均有相同的隨時(shí)間變化特征。各反應(yīng)器內(nèi)均有不同

6、種屬的微生物隨運(yùn)行時(shí)間而出現(xiàn)或消失，而且其出現(xiàn)或消失的速度隨著泥齡的降低而增加，微生物的Shannon多樣性指數(shù)隨著泥齡的降低而降低。Real—time PCR結(jié)果表明在反應(yīng)器運(yùn)行8天后，總細(xì)菌數(shù)量隨著泥齡的增加而增加，但反應(yīng)器穩(wěn)定后各泥齡MBR內(nèi)氨氧化細(xì)菌數(shù)量相差不大，這也很好的解釋了為何各泥齡MBR對(duì)NH+4—N可以達(dá)到幾乎相同的去除效果?？寺∥膸?kù)結(jié)果顯示各泥齡MBR內(nèi)總細(xì)菌的種群多樣性Shannon指數(shù)、豐度及均勻度等指標(biāo)均同樣隨

7、著泥齡的增加而增加。各泥齡系統(tǒng)內(nèi)存在著相同的氨氧化細(xì)菌種屬。各泥齡反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)勢(shì)菌大部分屬于Betaproteobacteria。試驗(yàn)推測(cè)認(rèn)為不同泥齡MBR中均有著一些“有效微生物”，這些微生物在廢水處理中承擔(dān)著主要作用。 Microarray作為一種實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的分子生物手段，可應(yīng)用于廢水處理中的微生物多樣性研究。Microarray結(jié)果顯示泥齡10天、5天和3天的MBR內(nèi)分別含有1126，1031和954種微生物。Pr

8、oteobacteria是所有泥齡MBR中數(shù)量最多的種屬，占總種群數(shù)量的58.6％～62.4％左右。在不同泥齡MBR中，Gammaproteobacteria均是Proteobacteria中的優(yōu)勢(shì)種，占35.8％～41.1％左右，但含量一般并不高。Betaproteobacteria雖然種群數(shù)量較少，但其在相對(duì)熒光強(qiáng)度最高的前25種和50種微生物中所占比重最大。試驗(yàn)同時(shí)詳細(xì)分析了同樣占優(yōu)勢(shì)的Bacteroidetes、Firmicut

9、es和Actinobacteria的種群結(jié)構(gòu)和分布情況。通過對(duì)比各細(xì)菌的相對(duì)熒光強(qiáng)度，探明了不同泥齡MBR內(nèi)相對(duì)濃度較高的細(xì)菌。MBR內(nèi)氨氧化細(xì)菌和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)較豐富，Microarray檢測(cè)到除了Nitrosolobus外的其他氨氧化細(xì)菌各種屬，除了Nitriococcus外其他亞硝酸鹽氧化細(xì)菌各種屬均有不同細(xì)菌存在于各泥齡MBR系統(tǒng)中。Nitrosomonas是系統(tǒng)內(nèi)的主要氨氧化細(xì)菌種屬，而Nitrobacter是系統(tǒng)內(nèi)

10、主要的亞硝酸鹽氧化細(xì)菌種屬。并首次在活性污泥中檢測(cè)有Nitrosococcus halophilus存在。 試驗(yàn)對(duì)比了不同污水廠內(nèi)的總細(xì)菌、硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的種群差異。推測(cè)認(rèn)為進(jìn)水組成是影響系統(tǒng)內(nèi)微生物種群結(jié)構(gòu)的重要因素。若進(jìn)水中的有機(jī)物組成和濃度在一定的范圍內(nèi)，MBR內(nèi)的優(yōu)勢(shì)種一般是Proteobacteria。FISH結(jié)果表明各反應(yīng)器內(nèi)總細(xì)菌、β-氨氧化細(xì)菌和硝化桿菌的菌群密度均不同。各系統(tǒng)內(nèi)均發(fā)現(xiàn)一定的反硝化細(xì)菌，表