好氧-沉淀-厌氧(OSA)污泥减量化处理工艺及微生物群落特征研究

摘要

活性污泥法是目前世界上应用最为广泛的污水生物处理技术，但是该法在净化污水的同时会产生大量的剩余污泥。而采用填埋和焚烧等方法处置剩余污泥会引起二次污染问题。所以，解决这个问题的根本途径不是在污泥大量产生后进行处理，而应从源头治理的思想出发，在处理过程中最大限度的降低污泥产生，即采用各种污泥减量化的技术就应运而生。
　　 基于SBR工艺的好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺具有很好的污泥减量化效果。本课题在考察传统OSA工艺污泥减量化基础上，进一步改进OSA工艺的运行参数，以期达到更好的污泥减量化效果。通过交替回流厌氧段的污泥和静沉上清液的方式，减少回流至好氧段的污泥，增加在厌氧段消解的污泥，以达到进一步污泥减量的目的。研究表明，较之传统OSA工艺，改良OSA工艺表观污泥产率能减少46.3％。结合工艺出水累积SS的情况，改良OSA工艺能达到11.8％的实际污泥减量效果。
　　 两套对比OSA工艺的出水COD、金属、N素、P素等没有明显差别。6种常见金属在厌氧环境中均有释放作用，表明厌氧条件下，污泥出现死亡溶胞现象且胞外聚合物释放机制对污泥减量有一定贡献作用。改良OSA工艺厌氧污泥的溶解性各种金属平均含量均高于传统OSA厌氧污泥，表明前者厌氧对用金属的释放作用更明显。两系统厌氧反应器对污泥总COD消解分别为34％和36％，厌氧总COD的消解，引起污泥产率下降，污泥实现减量。通过污泥相的镜检发现，好氧污泥中原生、后生动物物种较为单一，且数量不多，表明了高级生物捕食细菌不是导致污泥减量的原因。
　　 为进一步研究污泥减量化的机理，采用PCR-TGGE(聚合酶链式反应-温度梯度凝胶电泳)技术研究传统OSA和改良OSA工艺的污泥微生物多样性结构的变化。研究表明，从纵向看，随着系统模型的建立、运行到稳定，活性污泥微生物多样性呈现一定的变化趋势，最后趋于稳定；在横向上，两套工艺的好氧和厌氧污泥细菌种群多样性结构也存在着差别，两OSA系统均稳定后，好氧污泥细菌种群结构相似度为80％，由于出现这种差异性，提出了污泥减量的优势菌理论猜想。在此基础上，通过对TGGE基因图谱特异性条带进行切割、纯化、PCR扩增和测序得到特异菌的序列结构，为进一步分析活性污泥细菌功能奠定必要的基础。
　　 本课题还结合环境基因组技术，通过测序分别鉴定出OSA工艺的好氧和厌氧污泥功能细菌，可以微观精确地分析活性污泥功能菌的结构。此外，在正式实验开始前，做了大量的基础研究性工作：通过比较不同活性污泥基因组提取方法对TGGE基因图谱的影响，以获得一种既高效、快速又具有很好代表的活性污泥DNA提取方法；验证PCR-TGGE技术研究生物多样性的准确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1污泥减量化的提出

1.2 OSA工艺的综述

1.3 PCR-TGGE在环境学中的应用

1.4环境基因组技术在微生物种群多样性研究中应用

1.5课题综述

1.6本章小结

第二章材料与方法

2.1习惯用语

2.2实验方法

第三章实验前期的基础性研究

3.1 DNA提取方法对活性污泥微生物群落多样性检测的影响研究

3.2相同污水处理工艺活性污泥细菌种群结构对比研究

3.3好氧反应器溶解氧的控制

3.4本章小结

第四章 OSA工艺污泥减量效果及机制

4.1反应器运行启动

4.2 OSA工艺污泥减量化效果研究

4.3 OSA工艺污水处理效果的研究

4.4 OSA工艺污泥减量机制的研究

4.5本章小结

第五章OSA工艺活性污泥微生物群落结构的分析

5.1污泥微生物群落结构主要影响因素

5.2污泥生物相及污泥特征

5.3 OSA工艺活性污泥总DNA的提取

5.4 PCR-TGGE微生物种群结构变化多样性分析

5.5环境基因组技术定量分析OSA系统污泥细菌群落结构

5.6本章小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢

附录