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文檔簡介
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)
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