剩余污泥碱性厌氧发酵混合菌系构建与性能

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1、博士学位论文剩余污泥碱性厌氧发酵混合菌系构建与性能CONSTRUCTIONANDPROPERTIESOFMIXEDMICROBIALCONSORTIUMINALKALINEANAEROBICFERMENTATIONOFEXCESSSLUDGE接伟光哈尔滨工业大学2015年06月国内图书分类号：TU992.3学校代码：10213国际图书分类号：628.356密级：公开工学博士学位论文剩余污泥碱性厌氧发酵混合菌系构建与性能博士研究生：接伟光导师：彭永臻教授申请学位：工学博士学科：市政工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2015年

2、06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU992.3U.D.C:628.356DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringCONSTRUCTIONANDPROPERTIESOFMIXEDMICROBIALCONSORTIUMINALKALINEANAEROBICFERMENTATIONOFEXCESSSLUDGECandidate：JieWeiguangSupervisor：Prof.PengYongzhenAcademicDegreeAppliedfor

3、：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要污泥既是污水处理厂的副产物，同时也是一种可利用性较高的二次资源。然而，随着城市污泥产量的不断增加，污泥处理处置问题迫在眉睫。污泥中含有丰富的有机物以及氮

4、、磷等营养元素，其中部分有机物经厌氧消化可产生挥发性脂肪酸（volatilefattyacids，VFAs），VFAs是污水处理厂生物营养物（氮和磷）去除工艺中最适宜的有机碳源。因此，利用污泥厌氧消化过程的产酸阶段获得VFAs是使污泥实现资源化利用的有效途径之一。本研究探讨了不同pH发酵条件下剩余污泥产VFAs的状况及细菌菌群结构，确定了剩余污泥发酵产VFAs的最佳pH条件，在该发酵条件下筛选产蛋白酶能力较高的菌株，并构建剩余污泥碱性厌氧发酵产蛋白酶混合菌系。分析了产蛋白酶混合菌系对剩余污泥碱性厌氧发酵过程中有机物及氮磷等溶出的

5、影响。利用MiSeq高通量测序揭示不同发酵体系中细菌菌群结构与有机物及氮磷溶出的关系。本研究为剩余污泥碱性厌氧发酵的快速启动和稳定运行开拓了新思路，同时对于提高剩余污泥的资源化、减量化、稳定化程度具有重要的意义。pH对剩余污泥厌氧发酵过程中VFAs及氮磷溶出影响研究表明，碱性发酵+条件更有利于VFAs溶出，且pH10.0条件下VFAs及NH4-N溶出量均最高，3-而酸性发酵条件更有利于PO4-P的溶出。DGGE分析表明，不同pH条件下剩余污泥厌氧发酵过程中微生物菌群结构不同，优势菌群主要为Pseudomonassp.,Clost

6、ridiumsp.,Variovoraxsp.和unculturedbacteria。从碱性厌氧发酵剩余污泥中最终筛选获得2株产蛋白酶活力较高的耐碱细菌HIT-01菌株和HIT-02菌株，经鉴定分别为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）和芽孢杆菌属细菌（Bacillussp.），其最适产蛋白酶发酵条件均相同。静态运行模式研究表明，接种产蛋白酶菌株HIT-01或/和HIT-02，均能够加速剩余污泥碱性厌氧发酵过程中VFAs的累积。DGGE分析表明，HIT-01菌株和HIT-02菌株逐渐成为碱性厌氧发酵剩余污泥中的优势菌

7、群并成功定殖。依据发酵体系中各种有机物及氮磷溶出规律，构建了剩余污泥碱性厌氧发酵产蛋白酶混合菌系，并确定了其最适产酸发酵条件。该发酵条件可缩短发酵启动时间2d，发酵体系中各有机物浓度均可在碱性发酵第8d达到峰值，其中可溶性蛋白质和VFAs浓度所占SCOD总量比例分别为29.87%和44.54%。通过半连续流运行模式研究表明，反应器JWG-G（接种HIT-01菌株和HIT-02菌株）中各有机物浓度均最高，其SCOD（t-N-P）分别为反应器JWG-0、JWG-A、JWG-E（接种HIT-01菌株）和JWG-F（接种HIT-02菌株

8、）的125.22、1.44、1.31-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文和1.19倍，表明在碱性条件下同时接种HIT-01菌株和HIT-02菌株更有益于剩余污泥发酵过程中有机物的溶出。反应器JWG-E、JWG-F和JWG-G中VFAs平均浓度分别是反应器JWG-