發(fā)布時間：2020-07-30 18:59

【摘要】：污泥既是污水處理廠的副產(chǎn)物,同時也是一種可利用性較高的二次資源。然而,隨著城市污泥產(chǎn)量的不斷增加,污泥處理處置問題迫在眉睫。污泥中含有豐富的有機物以及氮、磷等營養(yǎng)元素,其中部分有機物經(jīng)厭氧消化可產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs),VFAs是污水處理廠生物營養(yǎng)物(氮和磷)去除工藝中最適宜的有機碳源。因此,利用污泥厭氧消化過程的產(chǎn)酸階段獲得VFAs是使污泥實現(xiàn)資源化利用的有效途徑之一。本研究探討了不同p H發(fā)酵條件下剩余污泥產(chǎn)VFAs的狀況及細菌菌群結(jié)構(gòu),確定了剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)VFAs的最佳p H條件,在該發(fā)酵條件下篩選產(chǎn)蛋白酶能力較高的菌株,并構(gòu)建剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶混合菌系。分析了產(chǎn)蛋白酶混合菌系對剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵過程中有機物及氮磷等溶出的影響。利用Mi Seq高通量測序揭示不同發(fā)酵體系中細菌菌群結(jié)構(gòu)與有機物及氮磷溶出的關(guān)系。本研究為剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵的快速啟動和穩(wěn)定運行開拓了新思路,同時對于提高剩余污泥的資源化、減量化、穩(wěn)定化程度具有重要的意義。pH對剩余污泥厭氧發(fā)酵過程中VFAs及氮磷溶出影響研究表明,堿性發(fā)酵條件更有利于VFAs溶出,且p H 10.0條件下VFAs及NH4+-N溶出量均最高,而酸性發(fā)酵條件更有利于PO43--P的溶出。DGGE分析表明,不同p H條件下剩余污泥厭氧發(fā)酵過程中微生物菌群結(jié)構(gòu)不同,優(yōu)勢菌群主要為Pseudomonas sp.,Clostridium sp.,Variovorax sp.和uncultured bacteria。從堿性厭氧發(fā)酵剩余污泥中最終篩選獲得2株產(chǎn)蛋白酶活力較高的耐堿細菌HIT-01菌株和HIT-02菌株,經(jīng)鑒定分別為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)和芽孢桿菌屬細菌(Bacillus sp.),其最適產(chǎn)蛋白酶發(fā)酵條件均相同。靜態(tài)運行模式研究表明,接種產(chǎn)蛋白酶菌株HIT-01或/和HIT-02,均能夠加速剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵過程中VFAs的累積。DGGE分析表明,HIT-01菌株和HIT-02菌株逐漸成為堿性厭氧發(fā)酵剩余污泥中的優(yōu)勢菌群并成功定殖。依據(jù)發(fā)酵體系中各種有機物及氮磷溶出規(guī)律,構(gòu)建了剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶混合菌系,并確定了其最適產(chǎn)酸發(fā)酵條件。該發(fā)酵條件可縮短發(fā)酵啟動時間2 d,發(fā)酵體系中各有機物濃度均可在堿性發(fā)酵第8 d達到峰值,其中可溶性蛋白質(zhì)和VFAs濃度所占SCOD總量比例分別為29.87%和44.54%。通過半連續(xù)流運行模式研究表明,反應(yīng)器JWG-G(接種HIT-01菌株和HIT-02菌株)中各有機物濃度均最高,其SCOD(t-N-P)分別為反應(yīng)器JWG-0、JWG-A、JWG-E(接種HIT-01菌株)和JWG-F(接種HIT-02菌株)的125.22、1.44、1.31和1.19倍,表明在堿性條件下同時接種HIT-01菌株和HIT-02菌株更有益于剩余污泥發(fā)酵過程中有機物的溶出。反應(yīng)器JWG-E、JWG-F和JWG-G中VFAs平均濃度分別是反應(yīng)器JWG-A中VFAs平均濃度的1.21、1.14和1.46倍,分別是反應(yīng)器JWG-0中VFAs平均濃度的57.61、53.90和69.30倍,表明VFAs的累積不僅受剩余污泥發(fā)酵條件的影響,同時也受剩余污泥中微生物菌群的影響。各反應(yīng)器中剩余污泥的CST大小順序為:JWG-AJWG-FJWG-EJWG-GJWG-0,說明剩余污泥中的微生物菌群結(jié)構(gòu)可能影響著污泥的脫水性能。MiSeq高通量測序分析表明,6個反應(yīng)器中微生物菌群主要可以分為非堿性條件分支(JWG-S和JWG-0)、單純堿性條件分支(JWG-A)和接種產(chǎn)蛋白酶菌種堿性條件分支(JWG-E、JWG-F和JWG-G)。HIT-01菌株和HIT-02菌株能夠影響剩余污泥中微生物菌群組成,6個反應(yīng)器中微生物菌群最明顯的差異在于Bacillus、Proteiniclasticum、Peptostreptococcaceae和Dechloromonas在各自剩余污泥樣品微生物菌群中所占比例不同。接種產(chǎn)蛋白酶菌株的反應(yīng)器中,Bacillus均為最具優(yōu)勢的細菌菌群,表明HIT-01菌株和HIT-02菌株能夠與剩余污泥中的土著微生物進行競爭且成功定殖,并逐漸成為堿性厭氧發(fā)酵剩余污泥中的最具優(yōu)勢細菌菌群,從而更好地發(fā)揮其在堿性條件下的生物降解功能,以利于VFAs的產(chǎn)生。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703;X172
【圖文】：

為儲泥區(qū)主要用于儲存Ⅰ區(qū)溢流出的剩余污泥。發(fā)酵溫度由反應(yīng)器的外層水域系統(tǒng)控制。semi-CSTR 的示意圖如圖2-1 所示。由于整個試驗過程中進泥量較小，因此采用半連續(xù)流運行模式，每隔 3h 進一次剩余污泥。使用 2 mol/L 的 NaOH 溶液將 22.8 L 新鮮剩余污泥調(diào)節(jié)至 pH 10.0，將其平均分配后一次投加至 JWG-A、JWG-E、JWG-F 和 JWG-G 4 個反應(yīng)器的發(fā)酵區(qū)，使剩余污泥的性質(zhì)、濃度及顆粒大小一致。向 JWG-0 反應(yīng)器發(fā)酵區(qū)一次投加 5.7 L 未調(diào)節(jié) pH 值的新鮮剩余污泥。以 5%的接種量將菌體濃度 OD600均為 0.8 的產(chǎn)蛋白酶菌株 HIT-01 和 HIT-02 的作為接種物，分別接種至 JWG-E和 JWG-F 反應(yīng)器中，即每個反應(yīng)器中接種相應(yīng)產(chǎn)蛋白酶菌株接種物 0.3 L。JWG-G 反應(yīng)器則分別以 2.5%的接種量將產(chǎn)蛋白酶菌株 HIT-01 和 HIT-02 接種物進行接種，即分別接種產(chǎn)蛋白酶菌株 HIT-01 和 HIT-02 接種物 0.15 L。JWG-0和 JWG-A 反應(yīng)器為對照，不接種任何產(chǎn)蛋白酶菌株，但需要加入 0.3 L 無菌生理鹽水以保證各反應(yīng)器中剩余污泥的濃度及體積一致。5

圖 3-7 Nested-PCR 擴增結(jié)果Fig. 3-7 Nested-PCR amplificationM. DL2000 Marker; 1. 原始剩余污泥; 2-10. 0-8 號反應(yīng)瓶中剩余污泥. DL2000 Marker; 1. original sludge; 2-10. ES of the flasks 0 to 8 collected, respecti.2 DGGE 條件優(yōu)化

經(jīng)多次 DGGE 分析，表明純化后的 PCR 產(chǎn)物 DGGE 條帶分離效果要明顯優(yōu)于采用 PCR 產(chǎn)物和瓊脂糖凝膠回收產(chǎn)物直接進行 DGGE 分析的分離效果，DGGE條帶相對較為清晰（圖3-8）。因此，后續(xù)試驗均采用純化后的PCR產(chǎn)物作為DGGE分析的進樣樣品。

本文編號：2775947