论文部分内容阅读
好氧颗粒污泥具有结构致密、沉降性好、生物量高且功能微生物丰富等优点,可以耐受污水冲击负荷和抵御有毒有害物质。好氧颗粒污泥工艺已经成为污水处理领域的研究热点,目前该工艺从实验室规模向中试规模和实际工程规模过渡。但是,由于现有好氧颗粒污泥系统存在启动周期长和运行不稳定等技术瓶颈,致使该工艺在实际污水处理工程中无法得到快速推广应用。因此,本研究首先采取在好氧颗粒污泥系统中投加真菌菌丝球策略,探究真菌菌丝球对好氧颗粒污泥系统稳定性的影响;进一步考察好氧颗粒污泥复合系统对有机物、氮和磷等污染物的去除性能;最后从河南某造纸厂污水好氧处理单元中筛选和富集土著型真菌,尝试建立真菌-细菌颗粒污泥复合系统,选择木质素磺酸钠作为造纸厂污水中典型难降解污染物,验证真菌-细菌颗粒污泥系统去除污水中难降解有机物的可行性。主要结果如下:(1)真菌菌丝球在成熟好氧颗粒污泥系统中的初期特征变化。本研究选取黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)开展菌丝球培养,在最佳成球条件下(p H为6.0,温度为30℃,接种孢子浓度为1×10~6 CFU/m L,转速为150 rpm)获得大量真菌菌丝球。将菌丝球加入到稳定运行260天的好氧颗粒污泥系统中,观察真菌菌丝球在系统运行初期的变化特征。菌丝球在8天内依旧保持完整的颗粒结构,具备良好的机械强度(完整性系数≥87%)和沉降性能(42.44±3.13 m/h),平均粒径为2.23±0.01 mm,密度为1.021~1.022 g/cm~3。扫描电镜分析显示菌丝球在初期仍然保持相互缠绕的丝状结构,球体表面孔隙结构丰富并在孔隙中存在大量球状和杆状微生物,这说明菌丝球可以作为系统中污泥絮体和破碎颗粒的生物载体,进而促进颗粒污泥系统的稳定性。(2)真菌菌丝球-好氧颗粒污泥复合系统性能及其微生物群落结构变化。采用两组平行好氧颗粒污泥反应系统装置,其中对照组R1系统未投加菌丝球,实验组R2系统投加真菌菌丝球,开展超过300天的连续实验。R2系统对污水中有机物、氮和磷的去除效果稳定且优于对照组R1。在稳定阶段(第165天至328天),R2系统中化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、总氮(Total Nitrogen,TN)、总磷(Total Phosphorus,TP)的去除率分别为91.69±4.71%、91.93±3.72%、95.04±2.08%;颗粒污泥浓度MLSS达到9.54 g/L且污泥沉降指数SVI30小于25 m L/g;R2系统颗粒污泥胞外聚合物(Extracellular polymers,EPS)含量达到120 mg/g MLSS,其中胞外蛋白含量(100 mg/g MLSS)高于对照组R1(70 mg/g MLSS)。R2系统中主要功能细菌(以丰度百分比计算)包括:氨氧化菌(0.13%)、亚硝酸盐氧化菌(0.01%)、反硝化菌(53.05%)、聚磷菌(0.08%)、反硝化聚磷菌(0.82%)、硫还原菌(1.22%)和硫氧化菌(1.38%),其中反硝化菌硫发菌属(Thiothrix)丰度(41.34%)最高。单个成熟好氧颗粒污泥内外层微生物种群分布分析显示氨氧化菌、反硝化菌和聚磷菌主要分布在颗粒外层,而硫还原菌和硫氧化菌主要分布在颗粒内部。长期运行结果显示R2系统中真菌菌丝球明显提高了好氧颗粒污泥系统的稳定性。为促进真菌生长并强化颗粒污泥去除难降解有机物可以考虑从实际污水处理单元中筛选功能真菌进而形成真菌菌丝球。(3)真菌-细菌好氧颗粒污泥系统强化去除难降解有机物。从河南某造纸厂好氧活性污泥中筛选、分离和纯化得到三株耐受木质素磺酸钠的真菌。批次实验证明混合真菌菌丝球对木质素磺酸钠的去除效能优于单一真菌菌丝球。混合真菌菌丝球好氧颗粒污泥系统对木质素磺酸钠的去除效率稳定在50.91±0.54%。R2系统比耗氧速率达到42.90±6.67 mg O2·g-1 MLVSS·h-1,系统中分泌的漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶酶活更高。通过GC/MS检测系统单个周期水质变化可知,R2系统在厌氧/好氧循环交替过程中木质素磺酸钠逐步降解,反应结束时原水中大部分酰胺类、苯酚类、酯类物质已被降解,生成相对简单的有机化合物。R2系统微生物高通量测序显示,加入菌丝球后成熟颗粒微生物丰富度和多样性均有提高;系统中降解木质素的功能真菌包括曲霉菌属(Aspergillus)、烟管菌属(Bjerkandera)和瓶霉菌属(Phialophora)等菌属,降解木质素的细菌则包括不动杆菌属(Acinetobacter)和脱硫微菌属(Desulfomicrobium)等菌属。