好氧颗粒污泥耐受高碳氮负荷的生物学机制研究

《好氧颗粒污泥耐受高碳氮负荷的生物学机制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ByChenGuo．keADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfdlmentoftherequirementForthedegreeofMasterofMicrobiologyChengDuInstitudeofBiology,TheChineseAcademyofScienceApril，2013好氧颗粒污泥耐受高碳氮负荷的生物学机制研究陈国科(微生物学)指导老师：黄钧研究员摘要：在4L反应器中，以好氧颗粒污泥为接种污泥，扩大培养了具有良好去除碳氮能力的好氧颗粒污泥。整个实验采用批

2、次进水的方式运行，以补加葡萄糖和硫酸铵的猪场废水为基质，通过调节进水负荷、曝气量和沉降时间等条件，成功获得了成熟的好氧颗粒污泥。COD和NH4+-N去除率分别稳定在97％和85％左右。首先，通过不断提高进水碳氮负荷，研究了好氧颗粒污泥同时耐受高碳氮负荷的能力。本实验培养出的好氧颗粒污泥呈黄褐色，近似椭球状，其表面凹凸不平，这种结构增加了好氧颗粒污泥的表面积。好氧颗粒污泥密度约为1．0099·ml～，具有良好的沉降性能和流化性；颗粒结构致密，可为多种微生物共存提供良好的微生态环境。进水负荷6．9．10．9kgCOD·m-3．d～、0．255．0．455kgNH4+-N·m-3．d’1时，COD和

3、NH4+-N去除率分别达96％和80％以上，说明好氧颗粒污泥能够同时耐受高碳氮双重负荷。负荷提升至12．9kgCOD·m-3-d-1、0．505kgNH4+-N·m-3．d～，好氧颗粒污泥去除率不断下降，颗粒逐渐解体，系统崩溃。另外，随进水负荷的不断提高，粒径逐渐减小。这可能增加了颗粒的传质传氧作用，有利于好氧颗粒污泥抵抗高碳氮废水的冲击。其次，本实验采用PCR-DGGE方法研究了好氧颗粒污泥不同负荷条件下的细菌群落变化。随着负荷的提高，细菌种类和优势群落不断发生演变。不同负荷阶段微生物群落的进化树共有三大分支。提升负荷初期细菌群落结构相对简单，负荷提高过程中(I一Ⅲ)群落结构不断多样化，负荷

4、Ⅲ到V前期多样性指数处于最高的阶段，此时期微生物群丰富，颗粒污泥稳定，去除效率高，可能是好氧颗粒污泥运行的理想时期。进入负荷Ⅵ，微生物群落减少，恢复期和负荷Ⅵ属进化树同一个分支，且多样性指数相差不大，可能好氧颗粒污泥没有完全恢复。序列分析表明，好氧颗粒污泥中的微生物大多分布在Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria三个门，不同负荷条件下的微生物群落主要在这三个门之问变化。再次，为了研究EPS对高负荷条件下好氧颗粒污泥的作用，本实验采用三维荧光扫描了不同负荷条件下的EPS样品，图谱显示，颗粒内层的TB—EPS含有更多的疏水性类蛋白物质(类色氨酸物质和

5、类酪氨酸物质)，外层的LB—EPS含有较多的类腐殖酸物质，这种结构可能有利于维持颗粒结构的稳定性，有利于增强颗粒与周围物质的黏连和接触。对比不同负荷条件下的三维荧光图谱发现，类摘要v腐殖酸物质主要存在负荷Ⅵ和负荷再次冲击期，可能对解体后的颗粒的再生有促进作用。类色氨酸物质对不断提升的进水负荷比较敏感，类酪氨酸物质几乎存在于所有负荷阶段，这些疏水性类蛋白物质可能对好氧颗粒污泥的稳定性和完整性具有重要作用。在负荷Ⅲ和Ⅳ阶段，EPS样品图谱的荧光强度最大，这和测得的EPS含量相一致，适当的EPS含量和组成可能对保持好氧颗粒污泥结构和功能稳定性至关重要。最后，为了研究好氧颗粒污泥反应器中微生物之间的相

6、互作用，本试验采用检测反应器内信号分子AI．2的方法，分析了不同负荷阶段微生物之间的群体感应作用。研究发现，在负荷提升过程中，水溶液中AI．2活性开始增强的时间晚于颗粒，可能水溶液中的信号来自颗粒逐渐向外释放的AI一2分子。好氧颗粒污泥反应系统中，进水负荷9-11kgCOD·m-3．d～、0．4．0．5kgNH4+-N·m"3"d‘1时，AI．2活性较强，微生物之间相互交流比较活跃，并且保持较好的COD和NH4+-N去除效果。好氧颗粒污泥内部的AI一2活性高于出水溶液。颗粒污泥作为一个微生物群落的聚集体，其内部的信号分子可能更直接地影响好氧颗粒污泥的稳定和功能。研究表明，群体感应可能对好氧颗粒

7、污泥同时耐受高碳氮负荷发挥重要的作用。本试验通过研究高碳氮负荷下好氧颗粒污泥的群落结构变化、EPS组成以及群体感应等，初步揭示颗粒污泥耐受高碳氮负荷的生物学机制，为好氧颗粒污泥技术的工艺设计、应用及调控提供理论依据。关键词：好氧颗粒污泥；高碳氮负荷；DGGE；胞外多聚物：群体感应II好氧颗粒污泥耐受高碳氮负荷的生物学机制研究TheBiologicalMechanismofAerobicGranul