泥齡對膜生物反應器微生物群落及膜污染的影響.pdf

1、本研究通過構建3個泥齡分別為10、5、和3天的小試MBR，重點研究泥齡對MBR的運行效果、膜污染及微生物群落等方面的影響。同時對比了污水廠中MBR工藝和其他工藝反應器中微生物群落差異。 MBR對COD和NH+4-N的去除效果不受泥齡的影響。各泥齡MBR均可以去除95％～96％的COD和87％～90％的NH+4-N。反應器內非絮凝菌的含量隨著泥齡的增加而增加。系統(tǒng)中活性微生物占總微生物的比例隨泥齡的降低而增加，說明降低MBR泥

2、齡可以增加其系統(tǒng)內微生物活性。 在泥齡3天的MBR最先發(fā)現(xiàn)有膜污染現(xiàn)象，膜污染速率隨著泥齡的降低而增加。通過原子力顯微鏡(AFM)觀察膜的表面形態(tài)特征發(fā)現(xiàn)清洗后膜表面粗糙系數(shù)(Ra)隨著泥齡的降低而增加。MBR總阻力隨著泥齡的降低而增加，膜污染層阻力(RF)是MBR內的主要阻力，其大小和在總阻力中所占的比例均隨著泥齡的增加而降低。各泥齡MBR內污泥混合液中各組分膜污染修正指數(shù)MFIML、MFISS和MFISMP等均隨著泥齡的升

3、高而降低。各研究結果均表明經(jīng)過化學清洗后仍有一些小粒徑EPS或其他物質吸附在膜表面上并堵塞膜表面孔徑。 在相同pH值的條件下，胞外聚合物(EPS)各組分提取含量均隨陽離子交換樹脂(CER)用量(30、70、100 g CER/g VSS)增加而增加，但趨勢上有所不同。和pH值為7的中性條件相比，弱酸(pH=5)和弱堿(pH=9)條件對TOC、DNA和多糖的提取影響較小，但對蛋白質影響比較大。推導出了EPS提取參數(shù)模型及動力學模

4、型CEPS(t)，該模型的最大作用在于可以大致估算試驗中EPS的最大提取量及任一時間的EPS產(chǎn)量，并估算系統(tǒng)內總EPS濃度和樹脂相對親和系數(shù)κ等提取參數(shù)。通過對經(jīng)典文獻中數(shù)據(jù)進行復原和自身試驗數(shù)據(jù)對模型進行擬合，結果表明擬合效果均較好。 MBR內EPS和溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)各組分濃度均隨著泥齡的增加而降低，同樣也說明MBR的膜污染情況隨著泥齡的增加而降低。各泥齡EPS及SMP分子量分布均有相同的趨勢，EPS分子量分布呈

5、雙峰特征，主要是分子量大于30kDa和小于1KDa的物質，二者之和約占89％～92％。SMP的分子量分布呈單峰特征，主要是分子量小于1kDa的物質，約占62％～83％，泥齡3天的MBR內其小分子物質所占的比例最大，這同樣也解釋了低泥齡MBR膜污染較大的原因。通過HPLC—MS和Q—Tof大致探明了系統(tǒng)內EPS可能的物質結構。 PCR—DGGE結果表明各泥齡MBR中總細菌和氨氧化細菌均有相同的隨時間變化特征。各反應器內均有不同

6、種屬的微生物隨運行時間而出現(xiàn)或消失，而且其出現(xiàn)或消失的速度隨著泥齡的降低而增加，微生物的Shannon多樣性指數(shù)隨著泥齡的降低而降低。Real—time PCR結果表明在反應器運行8天后，總細菌數(shù)量隨著泥齡的增加而增加，但反應器穩(wěn)定后各泥齡MBR內氨氧化細菌數(shù)量相差不大，這也很好的解釋了為何各泥齡MBR對NH+4—N可以達到幾乎相同的去除效果?？寺∥膸旖Y果顯示各泥齡MBR內總細菌的種群多樣性Shannon指數(shù)、豐度及均勻度等指標均同樣隨

7、著泥齡的增加而增加。各泥齡系統(tǒng)內存在著相同的氨氧化細菌種屬。各泥齡反應器內優(yōu)勢菌大部分屬于Betaproteobacteria。試驗推測認為不同泥齡MBR中均有著一些“有效微生物”，這些微生物在廢水處理中承擔著主要作用。 Microarray作為一種實時、高效、準確的分子生物手段，可應用于廢水處理中的微生物多樣性研究。Microarray結果顯示泥齡10天、5天和3天的MBR內分別含有1126，1031和954種微生物。Pr

8、oteobacteria是所有泥齡MBR中數(shù)量最多的種屬，占總種群數(shù)量的58.6％～62.4％左右。在不同泥齡MBR中，Gammaproteobacteria均是Proteobacteria中的優(yōu)勢種，占35.8％～41.1％左右，但含量一般并不高。Betaproteobacteria雖然種群數(shù)量較少，但其在相對熒光強度最高的前25種和50種微生物中所占比重最大。試驗同時詳細分析了同樣占優(yōu)勢的Bacteroidetes、Firmicut

9、es和Actinobacteria的種群結構和分布情況。通過對比各細菌的相對熒光強度，探明了不同泥齡MBR內相對濃度較高的細菌。MBR內氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌種群結構較豐富，Microarray檢測到除了Nitrosolobus外的其他氨氧化細菌各種屬，除了Nitriococcus外其他亞硝酸鹽氧化細菌各種屬均有不同細菌存在于各泥齡MBR系統(tǒng)中。Nitrosomonas是系統(tǒng)內的主要氨氧化細菌種屬，而Nitrobacter是系統(tǒng)內

10、主要的亞硝酸鹽氧化細菌種屬。并首次在活性污泥中檢測有Nitrosococcus halophilus存在。 試驗對比了不同污水廠內的總細菌、硝化細菌和反硝化細菌的種群差異。推測認為進水組成是影響系統(tǒng)內微生物種群結構的重要因素。若進水中的有機物組成和濃度在一定的范圍內，MBR內的優(yōu)勢種一般是Proteobacteria。FISH結果表明各反應器內總細菌、β-氨氧化細菌和硝化桿菌的菌群密度均不同。各系統(tǒng)內均發(fā)現(xiàn)一定的反硝化細菌，表