论文部分内容阅读
近年来,我国城市污水处理带来的剩余污泥的处理与处置问题日益严峻,经济有效的污泥减量化研究受到了广泛关注。因具有环保节能等优点,水蚯蚓污泥减量化技术已成为研究热点。然而,水蚯蚓在污泥减量的同时会影响到污水生物处理系统的稳定性,到目前为止,关于水蚯蚓对污水处理的影响缺乏深入、系统的研究。基于此,本文选取污泥减量研究中广泛应用的颤蚓(水蚯蚓的一种)为研究对象,通过宏观指标结合荧光原位杂交(FISH)、聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术初步考察了水蚯蚓对生物硝化作用、生物反硝化作用及其相应生物群落结构变化的影响机制,以期为今后水蚯蚓污泥减量工艺的推广应用提供可靠的理论基础和有效的科学指导。主要研究成果如下：(1)以活性污泥为底物,批量培养试验考察了不同氨氮浓度对水蚯蚓的生长及污泥减量的影响。结果表明,水蚯蚓的生长趋势符合Guass增长规律,高氨氮浓度对水蚯蚓的比生长速率及污泥减量率均呈现出极度的抑制性,单从氨氮因子考虑,水蚯蚓污泥减量工艺适用于处理氨氮浓度低于45mg/L的污水。(2)通过富集培养硝化污泥,利用填料挂载方式向SBR反应器直接接种水蚯蚓,初步考察了水蚯蚓对SBR系统硝化性能及硝化微生物群落结构的影响。研究得出,SBR反应器挂载水蚯蚓后,SBR系统的硝化速率降低了16.65%,NO2--N氧化率减少量约为24%。通过对SBR系统单一周期各形态氮素浓度变化规律考察,发现投加水蚯蚓的试验组具有明显的NO2-N积累现象,延长硝化时间有助于消除N02--N累积现象。深入研究表明,水蚯蚓对硝化菌的影响要大于对亚硝化菌的影响,水蚯蚓的存在可能会对硝化细菌的活性产生抑制作用。利用PCR-DGGE技术结合FISH技术探析硝化系统中硝化细菌数量及群落结构动态变化的规律发现,随着水蚯蚓的加入,硝化系统中微生物数量和种群多样性降低,后者更为明显,一些在系统运行初期存在的优势种群在水蚯蚓的作用下逐渐消失,而一些能与水蚯蚓协同共生的利,群在水蚯蚓的诱导下会逐渐生成。DGGE测序结果分析显示,在所检测到的27个菌种中,1/4的微生物为Uncultured bacterium,此外的大部分菌群归属于不可培养的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和变形菌类群(Proteobacteria),少许菌群归属于拟杆菌类群(Bacteroidetes)、厚壁菌类群(Fimicutes)、累枝虫属(Epistylis urceolata)和不可培养的绿色非硫菌(Uncultured Chloroflexi bacterium)。这些菌群是硝化系统中生物硝化作用的主要承担者,水蚯蚓通过影响功能菌群的群落结构进而影响系统的硝化性能。(3)通过富集培养反硝化污泥,初步考察了水蚯蚓对生物反硝化作用的影响。研究发现,水蚯蚓的存在有助于提升污水处理效果,强化TN、COD等的去除率,提高系统的稳定性。利用PCR-DGGE技术探析水蚯蚓对反硝化微生物群落结构动态变化的影响规律,发现所检测的菌种绝大部分为不可培养的细菌(Uncultured bacterium),反硝化系统中水蚯蚓的存在反而会丰富微生物的群落多样性,强化系统的脱氮效率。