剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵混合菌系構(gòu)建與性能.pdf

1、污泥既是污水處理廠的副產(chǎn)物，同時也是一種可利用性較高的二次資源。然而，隨著城市污泥產(chǎn)量的不斷增加，污泥處理處置問題迫在眉睫。污泥中含有豐富的有機物以及氮、磷等營養(yǎng)元素，其中部分有機物經(jīng)厭氧消化可產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids，VFAs），VFAs是污水處理廠生物營養(yǎng)物（氮和磷）去除工藝中最適宜的有機碳源。因此，利用污泥厭氧消化過程的產(chǎn)酸階段獲得VFAs是使污泥實現(xiàn)資源化利用的有效途徑之一。
　　本研究探

2、討了不同 pH發(fā)酵條件下剩余污泥產(chǎn) VFAs的狀況及細菌菌群結(jié)構(gòu)，確定了剩余污泥發(fā)酵產(chǎn) VFAs的最佳 pH條件，在該發(fā)酵條件下篩選產(chǎn)蛋白酶能力較高的菌株，并構(gòu)建剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶混合菌系。分析了產(chǎn)蛋白酶混合菌系對剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵過程中有機物及氮磷等溶出的影響。利用MiSeq高通量測序揭示不同發(fā)酵體系中細菌菌群結(jié)構(gòu)與有機物及氮磷溶出的關(guān)系。本研究為剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵的快速啟動和穩(wěn)定運行開拓了新思路，同時對于提高剩余污泥的

3、資源化、減量化、穩(wěn)定化程度具有重要的意義。
　　pH對剩余污泥厭氧發(fā)酵過程中VFAs及氮磷溶出影響研究表明，堿性發(fā)酵條件更有利于VFAs溶出，且pH10.0條件下VFAs及NH4+-N溶出量均最高，而酸性發(fā)酵條件更有利于PO43--P的溶出。DGGE分析表明，不同pH條件下剩余污泥厭氧發(fā)酵過程中微生物菌群結(jié)構(gòu)不同，優(yōu)勢菌群主要為Pseudomonas sp., Clostridium sp., Variovorax sp.和unc

4、ultured bacteria。從堿性厭氧發(fā)酵剩余污泥中最終篩選獲得2株產(chǎn)蛋白酶活力較高的耐堿細菌HIT-01菌株和HIT-02菌株，經(jīng)鑒定分別為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）和芽孢桿菌屬細菌（Bacillus sp.），其最適產(chǎn)蛋白酶發(fā)酵條件均相同。
　　靜態(tài)運行模式研究表明，接種產(chǎn)蛋白酶菌株 HIT-01或/和HIT-02，均能夠加速剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵過程中VFAs的累積。DGGE分析表明，HIT-01

5、菌株和HIT-02菌株逐漸成為堿性厭氧發(fā)酵剩余污泥中的優(yōu)勢菌群并成功定殖。依據(jù)發(fā)酵體系中各種有機物及氮磷溶出規(guī)律，構(gòu)建了剩余污泥堿性厭氧發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶混合菌系，并確定了其最適產(chǎn)酸發(fā)酵條件。該發(fā)酵條件可縮短發(fā)酵啟動時間2 d，發(fā)酵體系中各有機物濃度均可在堿性發(fā)酵第8 d達到峰值，其中可溶性蛋白質(zhì)和VFAs濃度所占SCOD總量比例分別為29.87％和44.54%。
　　通過半連續(xù)流運行模式研究表明，反應器JWG-G（接種HIT-01菌株

6、和HIT-02菌株）中各有機物濃度均最高，其SCOD（t-N-P）分別為反應器JWG-0、JWG-A、JWG-E（接種HIT-01菌株）和JWG-F（接種HIT-02菌株）的125.22、1.44、1.31和1.19倍，表明在堿性條件下同時接種HIT-01菌株和HIT-02菌株更有益于剩余污泥發(fā)酵過程中有機物的溶出。反應器JWG-E、JWG-F和JWG-G中VFAs平均濃度分別是反應器JWG-A中VFAs平均濃度的1.21、1.14和1

7、.46倍，分別是反應器JWG-0中VFAs平均濃度的57.61、53.90和69.30倍，表明VFAs的累積不僅受剩余污泥發(fā)酵條件的影響，同時也受剩余污泥中微生物菌群的影響。各反應器中剩余污泥的CST大小順序為：JWG-A＞ JWG-F＞ JWG-E＞ JWG-G＞JWG-0，說明剩余污泥中的微生物菌群結(jié)構(gòu)可能影響著污泥的脫水性能。
　　MiSeq高通量測序分析表明，6個反應器中微生物菌群主要可以分為非堿性條件分支（JWG-S和J

8、WG-0）、單純堿性條件分支（JWG-A）和接種產(chǎn)蛋白酶菌種堿性條件分支（JWG-E、JWG-F和JWG-G）。HIT-01菌株和HIT-02菌株能夠影響剩余污泥中微生物菌群組成，6個反應器中微生物菌群最明顯的差異在于Bacillus、Proteiniclasticum、Peptostreptococcaceae和Dechloromonas在各自剩余污泥樣品微生物菌群中所占比例不同。接種產(chǎn)蛋白酶菌株的反應器中，Bacillus均為最具優(yōu)