上流式厭氧污泥床(UASB)啟動(dòng)時(shí)其性能和不同相空間微生物群落變化研究.pdf

1、規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)廢水產(chǎn)生量大，未經(jīng)處理隨意排放入環(huán)境中，對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境危害極大。目前，處理高濃度有機(jī)廢水的技術(shù)以低成本的厭氧方法為主，而最常用的厭氧工藝主要有以下幾種:厭氧濾器(AF)、上流式厭氧污泥床(UASB)、復(fù)合厭氧反應(yīng)器(UASB+AF)、兩段厭氧消化法和升流式污泥床反應(yīng)器(USR)等。UASB是現(xiàn)今污水反應(yīng)器改良的創(chuàng)新源頭，作為第一代厭氧反應(yīng)器，近十年來(lái)一直是污水處理領(lǐng)域最重要的研究對(duì)象。在所有厭氧處理系統(tǒng)中，微生物對(duì)降低養(yǎng)殖

2、場(chǎng)廢水有機(jī)物含量，實(shí)現(xiàn)廢水無(wú)害化起著重要作用。從20世紀(jì)70年代UASB反應(yīng)器出現(xiàn)以來(lái)，對(duì)其微生物的研究一直集中在顆粒污泥上，以期了解其微生物間的關(guān)系，對(duì)開發(fā)維護(hù)反應(yīng)器性能穩(wěn)定的工程技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。但是，反應(yīng)器的啟動(dòng)是形成顆粒污泥的關(guān)鍵因素，決定了反應(yīng)器的穩(wěn)定性和處理效率。同時(shí)，隨著微生物的分子技術(shù)的發(fā)展，16S rRNA技術(shù)廣泛應(yīng)用于微生物菌群種類的研究，使微生物生態(tài)學(xué)不斷在廣度和深度上拓展。因此本論文從畜牧環(huán)境保護(hù)理念出發(fā)，用UA

3、SB厭氧處理豬場(chǎng)污水，研究反應(yīng)器啟動(dòng)期間污水理化特性及不同相空間微生物的變化情況，以便為規(guī)?；i場(chǎng)的厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)技術(shù)的改進(jìn)研發(fā)提供理論依據(jù)。本試驗(yàn)通過(guò)監(jiān)測(cè)UASB反應(yīng)器啟動(dòng)期間不同相空間（三相分離器下的不同高度）廢水水樣CODtot、CODss、CODcol、CODsol這4種形式COD和TS、VS、TSS、VSS這4種形式污泥濃度及pH等指標(biāo)的變化，研究UASB反應(yīng)器不同相空間污染物分布情況，利用基于16S rRNA的Miseq高通

4、量測(cè)序技術(shù)，研究、分析啟動(dòng)期間不同相空間豬場(chǎng)廢水微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性，探討啟動(dòng)期間反應(yīng)器內(nèi)部處理機(jī)制。本研究得出的結(jié)論如下:
　　(1) UASB反應(yīng)器在常溫下通過(guò)連續(xù)進(jìn)水的方式，經(jīng)過(guò)96天的啟動(dòng)階段，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。啟動(dòng)過(guò)程經(jīng)歷了四個(gè)水力停留時(shí)間階段，最終COD去除率達(dá)到80％以上，氣體產(chǎn)率為0.8998L/L·d。啟動(dòng)過(guò)程中，每次降低水力停留時(shí)間后，COD去除率和氣體產(chǎn)率均隨之出現(xiàn)較大的波動(dòng)，但運(yùn)行一段時(shí)間后，恢復(fù)到穩(wěn)定的水平

5、。在啟動(dòng)期間，有機(jī)負(fù)荷不斷升高，啟動(dòng)末期達(dá)到10.95kgCOD/(m3·d)。
　　(2) UASB反應(yīng)器不同相空間COD的變化趨勢(shì)在整個(gè)啟動(dòng)期間無(wú)規(guī)律，但到了接近穩(wěn)定期時(shí)，CODss、 CODcol、CODsol會(huì)隨著反應(yīng)器的高度，處理效率不斷增加，到了出水口的位置，達(dá)到最大。但位于三相分離器下端部分的COD處理效率會(huì)有部分降低。而出水口的CODtot處理效率能達(dá)到80％以上。
　　(3) UASB反應(yīng)器不同相空間污泥濃

6、度的變化趨勢(shì)在整個(gè)啟動(dòng)期間都表現(xiàn)為底部濃度最高，達(dá)到50-60g/L，其余空間呈現(xiàn)不顯著關(guān)系(P＞0.05)。懸浮性固體物質(zhì)在整個(gè)啟動(dòng)期間出水口相比起進(jìn)水口顯著增多(P＜0.05)，說(shuō)明UASB反應(yīng)器能起到一定的排除懸浮固體物質(zhì)的作用。
　　(4)從“門、綱、目、科、屬”進(jìn)行分析都顯示，豬場(chǎng)廢水的優(yōu)勢(shì)菌為擬桿菌。ABR池里的厭氧污泥的優(yōu)勢(shì)菌是甲烷菌和擬桿菌。UASB反應(yīng)器的微生物來(lái)源于進(jìn)水口的豬場(chǎng)廢水和接種的厭氧污泥，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器運(yùn)

7、行，進(jìn)行群落更替后，反應(yīng)器不同相空間優(yōu)勢(shì)菌種類無(wú)變化，只是在數(shù)量上有差異。不管在啟動(dòng)的哪個(gè)階段，反應(yīng)器內(nèi)部不同相空間的微生物種類相似性均較高。在啟動(dòng)前期反應(yīng)器內(nèi)部水的流動(dòng)較大，導(dǎo)致菌種在不同空間分布不同。另外，本試驗(yàn)檢測(cè)出甲烷粒菌屬于反應(yīng)器啟動(dòng)初期優(yōu)勢(shì)菌，在此后，甲烷粒菌被沖刷在反應(yīng)器外，推斷甲烷粒菌附著在沉降性差的污泥上。但在啟動(dòng)完后，Methanosaetaceae（甲烷鬃菌科）主要富集在反應(yīng)器底部，說(shuō)明甲烷鬃菌科是構(gòu)成顆粒污泥的優(yōu)