【摘要】：隨著世界水環(huán)境污染問題的日益嚴峻,更加嚴格的環(huán)境法規(guī)頒發(fā)實施,尋求先進的、更有成本效益的脫氮除磷技術(shù)變得越來越重要。鑒于反硝化除磷和好氧顆粒污泥的諸多優(yōu)點,因此可考慮將這兩種技術(shù)相結(jié)合,培養(yǎng)富集反硝化除磷菌的好氧顆粒污泥。本文主要就好氧顆粒污泥SBR反應(yīng)器(AGS-SBR)的啟動和馴化進行研究,并利用分子生物學(xué)技術(shù)研究不同環(huán)境因子對反應(yīng)器中微生物菌群結(jié)構(gòu)組成同顆粒污泥特性及脫氮除磷效果的影響。本文提出了強化水力選擇壓和強化水力選擇壓聯(lián)合投加黃土微粒加速顆粒污泥形成的方法,并對比了兩種方法的效果。結(jié)果表明,在好氧條件下通過短周期(3 h)、短沉降時間(5 min)強化水力選擇壓,并以相對較高的進水負荷啟動反應(yīng)器,能夠在第7d觀察到顆粒污泥,并在11d時得到平均粒徑為0.92 mm的好氧顆粒污泥；而采用強化水力選擇壓聯(lián)合投加黃土微粒的運行策略則在第4d就觀察到顆粒污泥的出現(xiàn),并在第11 d時得到平均粒徑為1.06mm的好氧顆粒污泥。兩種啟動策略形成的顆粒污泥的COD去除效率均超過93%,出水NH4+-N濃度分別維持在0.25-1.26 mg/L和 0.41-2.36 mg/L,且無NO2--N的積累,系統(tǒng)對COD和NH4+-N有良好的去除能力。采用A/O/A的運行方式利用低負荷廢水對顆粒污泥進行馴化,富集反硝化聚磷菌(DPAOs),經(jīng)過47 d的馴化,系統(tǒng)對污染物具有良好的去除能力,出水COD濃度低于20 mg/L,平均出水NH4+-N濃度為0.53 mg/L,TP濃度始終低于1 mg/L,系統(tǒng)內(nèi)也基本沒有NO2--N和NO3--N的積累。對系統(tǒng)典型周期內(nèi)污染物變化情況進行研究,發(fā)現(xiàn)好氧階段發(fā)生了同步硝化反硝化,缺氧階段也觀察到了反硝化聚磷菌過量吸磷現(xiàn)象。基于Miseq高通量測序分析表明,在顆粒污泥啟動和馴化的過程中,Proteobacteria逐漸取代Firmicutes和(?)Candidate division TM7成為優(yōu)勢菌門。在pH為6.5-8.5的范圍內(nèi),pH的變化并未對系統(tǒng)反硝化除磷能力和COD去除產(chǎn)生顯著影響。僅在pH為6.5時,系統(tǒng)對TP的去除效果有所下降,平均去除率降低到了78.72%。MiSeq測序分析表明,不同pH值條件下,系統(tǒng)都具有較高的菌群多樣性,且pH為6.5時最高。整個過程中Proteobacteria都是顆粒污泥內(nèi)微生物群落中的優(yōu)勢菌門,Bacteroidetes的相對豐度次之。碳源物質(zhì)為乙酸鈉和丁二酸鈉時,系統(tǒng)處理效果最佳,而葡萄糖作為碳源時,系統(tǒng)的處理效果最差。不同碳源條件下Proteobacteria優(yōu)勢菌門,相對豐度超過了50%,碳源的改變還使系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯演替,乙酸鈉和葡萄糖為碳源時顆粒污泥內(nèi)占絕對優(yōu)勢地位的都是Candidatus Competibacter,而丁二酸鈉為碳源時Saprospiraceae unculturea和Thauera是優(yōu)勢菌屬(豐度分別為8.18%和8.71%)。在進水COD/N/P不變的情況下,COD濃度為200-400 mg/L時,系統(tǒng)能夠展現(xiàn)出理想的去除效果,當COD濃度為600 mg/L時,系統(tǒng)出水COD、NH4+-N、TP濃度均升高。系統(tǒng)內(nèi)菌群多樣性隨著進水有機負荷的升高而不斷降低,整個過程中Gammaproteobacteria都是系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)勢物種,Acinetobacter和Saprospiraceae uncultured在系統(tǒng)里占有不小比重,但隨著進水負荷升高而不斷降低,氨氧化細菌Nitrosomonas和Nitrosomonadaceae uncultured也更適合于低水力負荷條件。通過改變氨氮濃度來改變C/N,當C/N為5-20的范圍內(nèi),C/N的變化并未對COD、氨氮和TP的去處造成顯著影響。但是C/N的減小導(dǎo)致NOx--N濃度的增加,PO43--P的缺乏引起NOx--N過多,同時由于缺氧階段碳源不足,NOx--N不能被還原,進而影響系統(tǒng)的脫氮效果。反應(yīng)器內(nèi)微生物多樣性隨著C/N的降低而降低,Proteobacteria和Bacteroidetes始終是系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)勢菌門。隨著C/N的降低,聚磷菌Candidatus Accumulibacter逐漸成為系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)勢菌屬。氨氧化細菌Nitrosomonas和亞硝酸鹽氧化細菌Rhodocyclaceae unclassified在系統(tǒng)內(nèi)一直保持著一定比例,為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供生物基礎(chǔ)。改變進水P043--P濃度,使C/P在16.7-50內(nèi)變化時,AGS對COD和TIN的去除效果始終保持良好。但是當C/P為16.7時,系統(tǒng)TP去除效率最低。微生物多樣性隨著進水C/P的降低而略微升高,Proteobacteria和Bacteroidetes在反應(yīng)器內(nèi)處于優(yōu)勢地位。Candidatus Accumulibacter、Thauera豐度隨著C/P降低而升高,Thauera成為反應(yīng)器內(nèi)優(yōu)勢菌屬之一,C/P的降低促進聚磷菌和反硝化聚磷菌的生長。最后研究苯酚對AGS的毒害作用。探討沖擊影響時,當苯酚濃度低于50 mg/L,顆粒污泥能夠完全去除苯酚并保持良好的脫氮除磷效果,當進水苯酚高于100mg/L以后,顆粒污泥無法完全降解苯酚且出水氨氮、TP和NO3--N濃度升高,說明系統(tǒng)能夠抵御低于50 mg/L的苯酚的沖擊影響。長期加入0-100 mg/L的苯酚時,系統(tǒng)出水情況有所波動但逐漸穩(wěn)定,反應(yīng)器始終保持著良好的脫氮除磷效果,且能夠完全降解苯酚。苯酚不能作為AGS中DPAOs合成PHA和釋磷的碳源。當苯酚從0增長到100 mg/L時,顆粒污泥內(nèi)微生物菌群豐度和多樣性都逐漸降低。Proteobacteria和Bacteroidetes臺終是系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)勢菌門,隨著苯酚濃度的增加,能夠降解苯酚的Thauera和Zoogloea先后成為系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)勢菌屬,但在苯酚濃度達到100 mg/L時均受到一定程度的抑制作用。此外Flavobacterium、Gracilibacteria norank和(Candidatus Accumulibacter也對苯酚具有一定的耐受能力,它們在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【圖文】：

３．２．１好氧顆粒污泥的形成逡逑兩個反應(yīng)器中接種的活性污泥取自取自污水處理廠，在形態(tài)上具有典型的絮逡逑狀結(jié)構(gòu)。圖３－１為民１和Ｒ２兩個反應(yīng)器中形成的好氧顆粒污泥。逡逑圖３－１民１、Ｒ２中污泥照片（ａ）民１中第７ｄ（ｂ）Ｒ２中第４ｄ（ｃ）民１（左卿Ｒ２巧）第ｌｉｄ逡逑Ｆｉｇ．３－１邋ＰｉｃＵｉｒｅｓ邋ｏｆ邋ｇｒａｎｕｌｅｓ邋ｉｎ邋Ｒ１邋ａｎｄ邋Ｒ２，（ａ）邋７ｄ邋Ｒｌ（ｂ）４ｄ邋Ｒ２邋（ｃ）ｌｌｄ邋Ｒｌ（ｌｅｆｔ）邋ａｎｄ邋Ｒ２（ｒｉｇｈｔ）逡逑接種的絮狀結(jié)構(gòu)的活性污泥中能夠觀察到少量的絲狀菌，還可ｗ通過囼微鏡逡逑觀察到污泥中含有少量的菌膠團。兩個反應(yīng)器中接種活性污泥后，外觀上均呈深逡逑黑色。由于系統(tǒng)的沉降時間較短，只有５邋ｍｉｎ，且接種的污泥濃度較大，大量的逡逑體積較大、結(jié)構(gòu)松散、沉降性能較差的污泥無法及時沉降下去，會逐漸排出反應(yīng)逡逑器，這有利于污泥的顆粒化進程，污泥的顏色也逐漸有黑色轉(zhuǎn)變深灰色。隨著試逡逑驗進行，兩個反應(yīng)器中污泥都逐漸變?yōu)榈S色，在顯微鏡下都能觀察到微小的顆逡逑粒

且兩個系統(tǒng)內(nèi)０．５邋ｍｍ邐下的污泥基本沒有，可見系統(tǒng)己經(jīng)完全顆�；�，且Ｒ２逡逑中污泥粒徑大于Ｒ１，與平均粒徑的結(jié)果一致。對兩個系統(tǒng)內(nèi)污泥粒徑分布基本逡逑符合高斯分布（如圖３－３所示），擬合公式為；逡逑Ａ邐三片－ｘｃ）２逡逑ｙ邋＝邋ｙ0邋＋邋—ｗ２逡逑ｗ邋而／＂ｌ逡逑Ｊ邐邋Ｗ－７邐Ｊ逡逑沁．Ｒ！邐Ｒ；逡逑■邋＜０－邋’邋■逡逑口－邐■邐■邐■逡逑３觶?邐？逡逑Ｉ邐Ｉ－＂－逡逑Ｉ－邐｜？：邐．逡逑Ｉ邐＇與．邐■逡逑Ｉ＇＂：邐．邐Ｉ邐��？＂－邐．逡逑５邋－邐■邐５邋－逡逑■逡逑０．０邋（ｔ邋三邋＜１．４邋０６邋Ｉｔ＇Ｓ邋Ｉ．Ｕ邐Ｊ．４邋ｔ邋去邋１．８邋２０邐００邋化；？＜＊邋Ｗ．Ｓ邋ｌ．0邋１．２邋ｔ＇４邋Ｊ＇ｆｉ邋１．８邋三々逡逑Ｐａｎｋｌｅ邋ｓｋｅ邋如１（１）邐Ｐａｒｔｉｔ－ｋ邋ｓｉｚｅ邋ｉｍｍ）逡逑圖３－２民１和Ｒ２中污泥粒徑分布逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｇｒａｎｕｌｅｓ邋ｉｎ邋民邋１邋ａｎｄ邋民２逡逑對于民１，ｙ0＝０．４４０９１，邋Ｘ尸０．８８４８２，ｗ＝０．５１５４，Ａ＝１９．１２２４１，民２＝０．９１５；對逡逑于邋Ｒ２，ｙ尸０．７９４９８，Ｘ尸１．０３１２７，ｗ＝０．４８０２５，Ａ＝１８．４１０４５，民２＝０．９７３１１。逡逑Ｓ?

圖３－４邋Ｒ１和Ｒ２中ＭＬＳＳ和ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ變化曲線逡逑Ｆｉｇ．３－４邋Ｃｈａｎｇｅｓ邋ｏｆ邋ＭＬＳＳ邋ａｎｄ邋ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ邋ｉｎ邋Ｒ１邋ａｎｄ邋Ｒ２逡逑圖３－４為民１和Ｒ２中污泥濃度的變化情況。試驗開始階段，進水中營養(yǎng)物質(zhì)逡逑充足，兩個反應(yīng)器中微生物本可利用進水中充足的底物進行繁殖，但是由于初逡逑始的沉降時間很短只有５邋ｍｉｎ，在送么短的時間內(nèi)，大部分沉降性能差的絮狀污逡逑泥隨出水排出反應(yīng)器，引起了兩個反應(yīng)中污泥濃度的迅速降低。在這種短周期、逡逑短沉降時間形成的強水力選擇皮強化下，顆粒污泥的形成速度得到了加快。兩個逡逑反應(yīng)中的ＭＬＳＳ持續(xù)降低，直到第４邋ｄ，Ｒ２中污泥濃度才開始回升，而民１中污逡逑泥濃度直到第５邋ｄ才開始回升，值得一提的是，在此過程中，民１中ＭＬＳＳ始終逡逑低于Ｒ２，最低時只有６００邋ｍｇ／Ｌ左右。分析其原因，是因為Ｒ２中加入的黃止微逡逑粒為微生物的聚集提供了載體

本文編號：2798955