生物強化與固體碳源結(jié)合處理小城鎮(zhèn)低碳源污水及其微生物群落動態(tài)變化分析.pdf

1、目前，大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行的水質(zhì)排放標準為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準，隨著國家對污染物減排要求的提高，各地污水廠面臨更加嚴格的提標（一級 A標準）要求，氨氮等指標也納入控制標準。針對小城鎮(zhèn)污水處理廠長期存在進水水質(zhì)低碳源、低污泥活性、低微生物豐度等問題，提出了天然固體碳源與生物強化（優(yōu)勢硝化菌、缺氧反硝化菌和好氧反硝化菌）技術相結(jié)合共同處理低碳源污水。在實驗室小試實驗和現(xiàn)場試驗過程中，對進

2、出水水質(zhì)COD、NH4+-N、TN指標進行監(jiān)測，并利用Illumina Miseq高通量測序技術分析小試實驗污泥和現(xiàn)場試驗玉米芯、纖維球、試驗前后污泥樣品微生物群落結(jié)構及其動態(tài)變化規(guī)律。
　　為了有效了解生物強化菌劑和玉米芯固體碳源相結(jié)合對小城鎮(zhèn)低碳源污水處理效果，利用實驗室小型CASS反應器進行預實驗，模擬開縣臨江污水處理廠實際運行狀態(tài)。研究結(jié)果表明，經(jīng)過生物強化和固體碳源共同處理，NH4+-N和TN降解率分別提高了26.33％

3、和39.18%，整個實驗過程COD、NH4+-N和TN出水濃度均達到一級A標。實驗組和對照組污泥樣品一共檢測出31類菌門，其中proteobacteria、Bacteroides、Saccharibacteria、Chlorobi、Chloroflexi、Firmicutes等為主要菌門，Saccharibacteria、Chlorobi、Proteobacteria相對豐度值差異相對較大。α-Proteobacteria、β-Prot

4、eobacteria、δ-Proteobacteria、ε-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和CFB-group相對豐度總計分別為66.55%和62.85%，在污泥樣品中處于優(yōu)勢地位。Nitrosomonas、Nitrosomonadaceae uncultured和Nitrospira三種自養(yǎng)硝化菌屬相對豐度總量分別占實驗組和對照組細菌總數(shù)的1.39%和1.12%。反硝化菌屬一共檢測到20種，分別占實驗組

5、和對照組細菌總數(shù)的15.37%和14.18%，其中Thauera、Halomonas、Xanthomonadales uncultured、Thiobacillus、Hydrogenophilaceae uncultured是實驗組和對照組共同的優(yōu)勢反硝化菌屬。通過添加生物強化菌劑和玉米芯固體碳源可以提高反應器內(nèi)污泥微生物群落豐度和多樣性，并且生物強化優(yōu)勢脫氮菌群可以長期穩(wěn)定的存在于系統(tǒng)中。
　　為了優(yōu)化生物強化菌劑中好氧反硝化菌

6、群結(jié)構，從河道泥土中篩選出3株好氧反硝化菌，經(jīng)分子生物學鑒定，分別被確定為克雷伯菌（Klebsiella variicola）、不動桿菌（Acinetobacter sp.）和鞘氨醇桿菌（Sphingobacterium sp.），且均為革蘭氏陰性桿菌。以硝酸鹽作為唯一氮源對其進行反硝化能力檢測，這3株菌株在對數(shù)增長期反硝化能力最好，硝酸鹽去除率均在85%以上。K.variicola、A.sp.、S.sp.最佳C/N分別為9、12和12

7、。K.variicola最適溫度為30～40℃；A.sp.最適溫度為30℃～35℃；S.sp.在環(huán)境溫度為25℃左右，反硝化能力達到最佳。K.variicola在DO為2.7mg/L～7.6mg/L時，硝酸鹽降解率均穩(wěn)定在94%以上，亞硝酸鹽降解能力達到隨DO的增加而提高；A.sp.在DO大于2.7mg/L時，硝酸鹽降解率在83%以上，S.sp.在DO大于5.4mg/L時，硝酸鹽降解率在84%以上，且亞硝酸鹽沒有明顯累積現(xiàn)象。
　

8、　現(xiàn)場試驗階段，臨江污水處理廠進水呈現(xiàn)明顯的低碳氮比污水特點。通過向反應池投加玉米芯固體碳源與生物強化菌劑，NH4+-N、TN降解率較去年同期提高了5.33%和9.58%，出水平均濃度均達到一級A標。從玉米芯和纖維球樣品中檢測出Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Actinobacteria、Acidobacteria、Nitrospirae等12個門類，其中Proteobacteria、Ba

9、cteroidetes、Firmicutes平均相對豐度占總細菌數(shù)的10%以上。在試驗初期，玉米芯和纖維球樣品內(nèi)Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes相對豐度差異較大，隨著試驗的進行，玉米芯與纖維球樣品內(nèi)各菌門相對豐度差異逐漸縮小。β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria和CFB-group在各個時期玉米芯樣品菌群相對豐度都要高于纖維球樣品。玉米芯樣品和纖維球樣品只發(fā)現(xiàn)了

10、Nitrosomonas和Nitrospira兩種自養(yǎng)硝化菌屬，自養(yǎng)硝化菌屬平均豐度分別占玉米芯和纖維球樣品細菌總數(shù)的0.41%和1.28%。同時，在樣品中檢測到13類反硝化菌屬，整個試驗過程反硝化菌屬平均豐度分別占玉米芯和纖維球樣品細菌總數(shù)的11.68%和8.43%，其中Thauera和Dechloromonas是它們共同的優(yōu)勢反硝化菌屬。通過向反應池添加生物強化菌劑，將反應池內(nèi)需要改善的目標微生物菌群相對豐度從3.99%提高到15.