论文部分内容阅读
相比普通活性污泥,好氧颗粒污泥具有密实的结构、较强的耐冲击负荷性能、较高的生物量、良好的沉降性能以及去除污染物的能力,因此受到国内外研究者的普遍关注。然而目前大部分关于好氧颗粒污泥的研究一直基于较高或者中等有机负荷污水,对低有机负荷条件下如何快速实现污泥颗粒化并保持稳定运行却鲜有报道。针对此现状,本文通过对好养氧颗粒污泥的形成和特性、对污染物的去除效果以及微生物群落结构的研究,揭示低有机负荷下不同碳源对污泥颗粒化进程的影响机制。除此之外,eDNA(Extracellular DNA)在好氧颗粒污泥形成中的作用尚未得到定论,因此有必要探究低有机负荷下eDNA在污泥颗粒化中的作用机制。研究结果如下:(1)低有机负荷条件下,以乙酸钠和丙酸钠为混合碳源的反应器R1(0.6 kg COD m-3·d-1)中形成的好氧颗粒污泥的粒径更大,成熟期能达到1102μm左右,而以乙酸钠、丙酸钠和淀粉为混合碳源的反应器R2(0.6 kg COD m-3·d-1,淀粉在总碳源中的占比由0%逐渐增长至75%)中形成的好氧颗粒污泥的粒径较小,成熟期能达到676μm左右。对比两组SBR反应器,R2比R1提前3 d开始出现颗粒污泥,但颗粒解体的情况也出现得更早,说明淀粉作为进水碳源,能促进颗粒污泥形成,但不利于颗粒污泥结构的紧密性和稳定性。(2)对比分析两组反应器对污染物的去除效能,系统运行稳定后,R1和R2中COD的去除率分别稳定在90%和85%以上,R1中氨氮的去除率基本稳定在95%以上,而R2中氨氮的去除率波动范围较大,基本在40%100%之间。且随着R2进水碳源中的淀粉含量逐步递增(0%-25%-50%-75%),R2中的氨氮去除率呈逐步下降的趋势,说明氨氮的去除率与进水碳源中淀粉的占比呈负相关。(3)用荧光原位杂交技术(FISH)分析好氧颗粒污泥微生物种群的空间分布规律,结果表明:在接种污泥中,硝化菌所占比例为总微生物量的8%左右,其中AOB和NOB的占比分别为(3.8±0.7)%和(4.1±1.0)%。当实验进行到第85 d,两组反应器运行稳定,此时R1颗粒污泥中AOB和NOB分别占总细菌数量的3.2±0.9%和5.9±0.7%,R2颗粒污泥中AOB和NOB分别占总细菌数量的2.7±1.1%和2.4±0.7%。R1颗粒污泥中硝化菌所占比比例高于R2,这与R1中氨氮的去除率高于R2的结果相一致。(4)用高通量测序技术对比分析初始污泥与两组反应器中成熟颗粒污泥中的微生物群落结构组成,结果表明:初始污泥S0和两组反应器中好氧颗粒污泥R1和R2中的优势菌门都是变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。初始污泥和R2中的优势菌纲为Betaproteobacteria和Sphingobacteriia,R1中的优势菌纲为Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria。初始污泥中的优势菌属为Saprospiraceae(10.29%),当完成颗粒化进程之后,微生物群落结构发生了显著变化,成熟好氧颗粒污泥R1中优势菌属转变为Plasticicumulans(22.23%)、Zoogloea(15.96%)和Cytophagaceae(14.71%),R2中优势菌属转变为Zoogloea(22.25%)、Runella(14.66%)。(5)分析eDNA在污泥颗粒化中的含量变化与分布规律,结果表明:在两组SBR反应器运行前期(042 d),两组反应器中颗粒污泥的eDNA含量由4055.5 ng/g不断增长至10000 ng/g以上,而在系统运行稳定后,eDNA的含量基本稳定在10000ng/g左右。因此eDNA可能在好氧颗粒污泥的形成过程中具有一定的促进作用,但可能与颗粒的生长和成熟无关。根据两组反应器中污泥样品的染色结果,NOB与eDNA浓度高的区域位置较为一致,说明NOB可能是污泥中eDNA的主要来源之一。