好氧颗粒污泥对汽车涂装废水的处理效能及其微生物菌群结构分析

摘要

汽车涂装废水成分复杂，种类多，水质水量变化大，在实际工程中主要是以普通的絮体活性污泥法处理为主，然而它的排放控制问题仍然是水处理领域的一个重要课题。而好氧颗粒污泥作为一种特殊的生物聚集体，因其独特的结构和特性对污废水的处理性能较好。研究表明，一般情况下，它对污水的处理效果要比普通的絮体污泥好。　　针对这种状况，本文以汽车涂装废水为研究对象，蔗糖为共代谢基质，在SBR中培养好氧颗粒污泥，在考察它处理效果的同时对颗粒化过程中污泥微生物群落的变化进行研究，探究汽车涂装废水污染物降解效果与微生物菌群结构之间的关系；并对比了好氧颗粒污泥和絮体污泥在相同情况下对汽车涂装废水的处理效果。以期为好氧颗粒污泥技术在实际工程中对汽车涂装废水的治理以及汽车涂装废水处理工艺的选择提供借鉴。本文的主要内容﹑方法以及研究成果具体如下：　　（1）在SBR中接种普通絮状污泥，以汽车涂装废水为研究对象，蔗糖为共代谢基质培养驯化好氧颗粒污泥。从污泥形态﹑微观结构和污泥的物理特性的变化情况以及废水处理效果来考察好氧颗粒污泥的成长状况。45天左右出现了细小的颗粒，90天时基本实现颗粒化，污泥SVI稳定在36mL/g左右，沉降性能较好。成熟的颗粒污泥为棕黄色，形态规则，呈球状，平均粒径达到了1.12mm，表面遍布着长短不一的杆菌。成熟颗粒的外层主要是活细菌，内部以死细菌为主。EPS中的α-多糖﹑β-多糖和蛋白质主要分布在颗粒表面，内部也有少量，颗粒核心处基本没有，其中β-多糖的含量最高，是EPS的主要成分。稳定后的颗粒污泥对汽车涂装废水中COD﹑NH4+-N﹑PO43--P的去除率分别为85%﹑95%和65%，去除效果良好。　　（2）污泥颗粒化过程中微生物群落分析。采用高通量测序技术对颗粒化不同阶段的污泥进行考察，结果表明，随着进水中汽车涂装废水的增加以及污泥的颗粒化，微生物菌群的种类和数量也都在不断变化，好氧颗粒污泥成熟稳定后微生物群落演替到顶级水平，其逐渐趋向稳定群落结构。这些变化与污染物的去除效果变化基本一致，从一定程度上能够说明微生物群落的变化与其对污染物降解效能的好坏是相对应的。在整个运行过程中，好氧颗粒污泥的菌群组成没有接种污泥的丰富，而且处于生长阶段的颗粒污泥的细菌群落组成变化比它形成过程的小。而在进水水质和污泥沉淀时间一直在变化的情况下，体系中整体细菌仍然保持有相似的功能，说明微生物群落可以通过适应不断变化的环境来保持其功能。　　（3）好氧颗粒污泥和絮体污泥对汽车涂装废水降解性能的对比分析。好氧颗粒污泥与絮体污泥相比较，前者对汽车涂装废水有更好的处理效果。在COD﹑NH4+-N的去除上前者分别比后者高8%﹑2.5%左右，而在PO43--P的去除上二者基本没有差异。驯化过程中，两种污泥对污染物的去除率总体呈上升趋势，污泥中的蛋白和多糖的含量都在不断增加，好氧颗粒污泥中的蛋白质含量明显高于絮体污泥。这些结果从一定程度上能够说明汽车涂装废水无论是对好氧颗粒污泥还是对絮体污泥都没有产生明显的抑制作用，而且好氧颗粒污泥抵抗外界冲击的能力比絮体污泥强，对污染物的处理效果也更好。

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摘 要

Abstract

Contents

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附表清单

第一章 绪论

1.1 汽车涂装废水

1.1.1 汽车涂装发展概况

1.1.2 汽车涂装工艺及其特点

1.1.4 汽车涂装废水处理工艺

1.2 好氧颗粒污泥

1.2.1 颗粒污泥及其性质

1.2.2 好氧颗粒污泥的形成机制

1.2.3 影响好氧颗粒污泥形成的因素

1.2.4 好氧颗粒污泥技术在废水处理中的应用

1.3 微生物分子生态学技术

1.3.1 变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)

1.3.2 实时荧光定量PCR

1.3.3 荧光原位杂交技术

1.3.4 高通量测序

1.4 研究目的和主要内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第二章 试验材料与分析方法

2.1 试验材料

2.1.1 试验装置

2.1.2 试验运行参数

2.1.3 接种污泥和进水成分

2.2 分析测试方法

第三章 好氧颗粒污泥的培养与驯化

运行方案

3.2 分析项目及其测试方法

3.3 好氧颗粒污泥的培养过程

3.4 污泥特性的变化

3.4.1 好氧颗粒污泥形态的变化

3.4.2 好氧颗粒污泥的SEM图像分析

3.4.3 颗粒污泥粒径以及 MLSS﹑MLVSS﹑SVI和MLSS/MLVSS的变化

3.4.4 死活细菌的分布

3.4.5 EPS的分布

3.5 好氧颗粒污泥对汽车涂装废水除污效果的分析

3.5.1 系统对COD的去除效果

3.5.2 系统对NH4+-N的去除效果

3.5.3 系统对PO43--P的去除效果

3.6 本章小结

第四章 污泥颗粒化过程中微生物群落结构的演变和多样性分析

4.1 材料与方法

4.1.1 污泥样品

4.1.2 试验流程

4.2 好氧颗粒污泥微生物的种群多样性分析

4.2.1 Alpha多样性分析

4.2.2 Beta多样性分析

4.3 不同分类水平的微生物组成分析

4.3.1 好氧颗粒污泥在门水平上的群落结构

4.3.2 好氧颗粒污泥在纲水平上的群落结构

4.4 微生物菌群代谢功能预测

4.5 本章小结

第五章 好氧颗粒污泥和絮体污泥对汽车涂装废水降解性能的对比分析

5.1 试验设计

运行参数

5.1.2 试验用水

5.2 两组反应器中污泥EPS含量的变化

5.3 两种污泥对汽车涂装废水的除污效果对比

5.3.1 对COD的去除效果对比

5.3.2 对NH4+-N的去除效果对比

5.3.3 对PO43--P的去除效果对比

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间发表论文情况