流化床与沸腾床内微生物群落结构演替分析及污泥异质性证明

微生物是活性污泥法的核心部分,其种群结构和数量直接决定生物处理的效率。本研究通过PCR-DGGE技术解析研究背景中焦化废水生物处理工艺A/O/O及A/O/H/O内微生物群落结构。此外,为了深入理解生物流化床在微生物种群驯化方面的优势以及证明生物流化床系统活性污泥的异质性,本课题对比了流化床与沸腾床内两种污泥流态下微生物群落结构的变化以及基于比重分布不同分离得到的聚结型污泥与离散型污泥在微生物活性和微生物群落结构差异。研究背景中韶钢焦化废水处理站一期工程和二期工程的外排水COD均在100 mg/L以下,系统总去除率在95%以上。监测期间一期工程COD、氨氮、挥发酚、氰化物的总去除效率分别为97.7%、96.4%、99.9%、99.5%,二期工程COD、氨氮、挥发酚、氰化物的总去除效率分别为98%、92.3%、99.9%、99.3%。微生物群落结构与生物处理系统去除效率有一定的相关性。两期工程厌氧段对有机物的去除效率较低,其DGGE图谱中条带数目和Shannon指数均低于好氧池,微生物种群较少意味着基质的利用途径少。挥发酚在厌氧段几乎没有降解,而在一级好氧段得到全部得降解。与此同时在一级好氧段鉴定出来苯酚降解菌Diaphorobacter.sp和多环芳烃高效降解菌Sphingopyxis sp比厌氧段丰度高。二级好氧段内部不仅含有脱碳菌,同样还有丰富的氨氧化菌,因此在A/O/O工艺中种群丰富程度最高。考察流化床反应器和沸腾床反应器内微生物群落结构的变化并与去除效率相关联。结果表明,当提高污泥负荷后,流化床的出水效果优于沸腾床,二者COD平均去除率分别为81%和73%。两种反应器在提高进水负荷后微生物群落均发生变化,并在运行后期形成了不同的微生物群落结构。运行后期流化床中的微生物群落结构与接种污泥的相似性系数高于沸腾床,二者分别为55.1%和34.4%。提高进水污泥负荷对沸腾床内微生物种群的冲击更大,致使其种群丰富度下降较快,Shannon指数由1.38降为1.17。沸腾床在运行后期某些功能性菌群的丰度相比于流化床更低,这与两种反应器运行效率差异和抗冲击负荷能力有直接的联系。流化床在宏观去除效率和减少菌种流失方面具有较大优势。从韶钢焦化废水处理站生物流化床系统采集污泥,利用旋流沉降的方法分离出离散型污泥,以聚结型污泥作为对照,考察两种污泥在微生物活性和微生物群落结构差异,并与降解活性相关联,证明异质性的存在。研究发现,活性污泥这种异质性的存在归因于离散型污泥中的EPS含量高,亲水性更强,比重变小。聚结型污泥在基质利用效率、比耗氧速率方面优于离散型污泥。在焦化废水生物处理系统的污泥中,聚结型污泥较离散型污泥具有微生物群落结构分布上的优势,种群丰度更高。总细菌和氨氧化菌Shannon指数为2.15和0.9,低比重污泥分别为1.55和0.6。研究结果证明了聚结型污泥和离散型污泥内部菌胶团存在着功能上的差异,前者是应该被保留的活性组分,后者应该作为剩余污泥加以分离排出。