白腐真菌组合工艺系统处理实际染料废水过程中微生物群落结构动态变化分析研究

摘要

染料废水具有COD高、色度高、毒性高、盐度高、B/C低的“四高一低”特点，染料能够在环境中长期稳定存在。随着纺织工业的迅速发展，印染行业已经成为我国自然水体最大的水资源消耗者和污染源之一，所以染料废水的有效处理是亟待攻克的难题。应用白腐真菌处理染料废水是近年来颇受关注的一种处理方法，其降解过程是通过白腐真菌所分泌的特殊降解酶系及一系列相关降解机制将多种人工合成的染料彻底降解为CO2和H2O。
　　 本论文依托国家高技术研究发展计划(863)项目--《污水的高效微生物处理技术》(2006AA06Z331)。本论文以上海染化八厂的染料生产废水为研究对象，设计并构建由白腐真菌-组合填料、白腐真菌-甘蔗渣、活性污泥三个功能单元组合而成的多级生物接触氧化工艺系统，并利用分子生物学方法和扫描电镜分析方法研究反应器运行过程中微牛物群落结构的动态变化及其与反应器调控和染料处理效果之间的相关性。
　　 研究表明：
　　 (1)限氮培养基的量对系统处理染料废水功能有一定影响。
　　 限氮培养基与染料废水的配比为1：2和1:4时，脱色率稳定在99.6％左右；1：6工况时，脱色率有所降低，稳定在98％左右。在1:2工况时，COD去除率在71％-88％之间。1:4工况时COD去除率较稳定，基本维持在85％以上。1:6工况时COD去除率有一个明显升高的过程，之后基本维持在70％以上。
　　 限氮培养基与染料废水配比为1:2工况时，白腐真菌-填料反应器中微生物多样性指数从刚开始的5.58降低到5.5，然后有所回升，回到5.6；在1:4工况时，反应柱内微生物优势菌种较多且群落结构比较稳定，多样性指数稳定在5.6左右；在1:6工况时，群落结构发生变化较大，多样性指数波动较前两个工况要大。
　　 限氮培养基的量对活性污泥接触氧化反应器中的群落结构和香依多样性指数有一定影响。限氮培养基与染料废水配比为1:2和1:4时，工况中优势菌多且群落结构比较稳定，多样性指数波动不大，在5.89左右。而1:6工况中的优势菌比两个工况明显要少，且多样性指数比前两个工况较低，在5.85左右。
　　 (2)系统使用未稀释实际染料废水的处理效率比使用稀释一倍的染料废水高。
　　 系统脱色率波动性不大，基本稳定在99.5％左右。系统使用末稀释染料废水时，COD去除率到中后期基本维持在88％左右；系统使用稀释一倍的染料废水时，COD去除率出现较大的波动性，其中最高值为85％，最低值为68％。
　　 染料废水初始浓度对白腐真菌-组合填料反应器中的群落结构和香侬多样性指数有一定影响。当系统使用未稀释染料废水时，反应柱内微生物群落多样性指数波动不大，基本稳定在5.6左右，说明运行的白腐真菌-组合填料反应柱运行过程中微生物群落结构基本稳定；当系统使用稀释一倍的染料废水时，多样性指数波动较前工况要大，且总体多样性指数较小。
　　 染料废水初始浓度对活性污泥接触氧化反应器中的群落结构和香侬多样性指数有一定影响。当系统使用末稀释染料废水时，反应器中优势菌多且群落结构比较稳定，多样性指数波动不大，在5.90左右。而使用稀释一倍的染料废水时，反应器中的优势菌比两个工况明显要少，多样性指数波动不大但数值比上个工况小，在5.80左右。
　　 (3)通过扫描电镜分析可发现，限氮培养基与染料废水的配比为1:2和1：4工况生物膜生长情况明显比1:6工况时好，系统运行各个时期填料纤维上覆盖的生物膜面积比1:6工况要多且紧致。这个结果证实了前面的DGGE图谱分析结果，同时也与测得的理化指标相一致。
　　 当系统使用未稀释染料废水时2个反应器中的牛物膜很明显比系统使用稀释一倍的染料废水时厚实，覆盖在填料纤维上的面积更大，且生物膜更紧实，长势更好。这个结果证实了前面的DGGE图谱分析结果，同时也与测得的理化指标相一致。