味精废水处理中好氧颗粒污泥培养及其菌群研究 4页

2014年第40卷第2期工业安全与环保February2014IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection·47·味精废水处理中好氧颗粒污泥培养及其茵群研究*于鲁冀范铮孔德芳柏义生(郑州大学郑州450002)摘要以某味精污水处理厂厌氧池的厌氧颗粒污泥作为接种污泥，通过控制运行条件，在序批式反应器(SBR)中，经过约125d的培养，最终形成了平均粒径为0．6Inln的好氧颗粒污泥。研究表明，该好氧颗粒污泥具有良好的除污性能。成熟的好氧颗粒污泥对COD和NW—N的平均去除率分别达到了92．9l％和96．25％。不同培养阶段的好氧颗粒污泥其群落多样性差别不大，且拥有共同的优势菌种。随着培养时间的推移，其优势菌种也在不断地演变。与厌氧颗粒污泥和活性污泥相比，好氧颗粒污泥的群落多样性更加丰富。关键词好氧颗粒污泥除污性能菌群味精废水ResearchontheCultivationofAerobicGranuleSludgeUsingMonosodiumGlutamateWaStewaterandItsFloraYULujiFANZhengKONGDofangBOYisheng(ZhengzhouUniversityZhentzhou45OrgY2)Abst~ctWithanaerobicgranularsludgeastheinoculationsludgefromamonosediumglu~',．tesewageplantandbycon·trollingoperationalconditions，aparticleofaerobicgranularsludgeisultimat由developedinsequencingbatchreactorafterthecultureabout125days，whosesizeisabout0．6mm．Thestuayshowsthattheaerobicgranularsludgehasgoodperfor-maliceofdecontamination．Matureaero~cgranularsludgereach~thel~movalrateofCODandNH一N，92．91％and96．25％respectively．Aerobicgranularsludgehastheslightestdiferon~invariousculturesta~s。andshar~theadvan-tagesofcommonstrains．AstheculturetimepaSts，thedominantStFa~haveevolvedconstantly．ComparedwithS／laCticgranularsludgeandactivatedsludge，aerobicgranularsludgehaSrichcommunitydiversity．KeyWordsaerobicgranularsludgedecontaminationperformancefloramonosodiumglutamatesewage0引言颗粒污泥。试验用水取自某味精污水处理厂调节池味精废水存在高浓度COD、高NHg—N和低pH味精综合生产废水，其进水水质特征见表1。值的特点，且无机盐和SS较高，是较难处理的高浓表1试验用水进水水质特征mg／L(#I值除外)度有机废水⋯1。近年来，好氧颗粒污泥处理废水已经发展成为污水处理的新型工艺2。目前大多数的研究者对于好氧颗粒污泥的研究多集中在培养条件、形成机理、结构特性等方面，而关于其微生物群1．2试验装置落多样性的报道较少3。近年来一些研究者开始采本次试验采用SBR反应器，如图l所示。材质用变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析好氧颗粒污泥中均为有机玻璃。装置尺寸：圆柱内径为9cm，有效微生物群落的多样性，这种方法适于定性研究样品高为100cm，有效容积为6．35L，H／D为11．1，容积中群落的动态变化规律]。本文利用味精废水培养交换率为50％，反应器内的温度维持253O℃。好氧颗粒污泥，采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析1．3分析指标及方法其微生物群落的多样性，以期为进一步提高好氧颗COD采用重铬酸钾标准法测定，N时一N浓度粒污泥的除污能力和稳定性提供理论指导。采用纳氏试剂分光光度法测定，SV、SVl、MISS等采1材料和方法用标准法测定，污泥形态采用普通光学显微镜(连接1．1接种污泥和试验用水数码相机拍摄图片)观察，微生物群落多样性采用变接种污泥取自某味精污水处理厂厌氧池的厌氧性梯度凝胶电泳(DGGE)分析。*基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07210—002—002)。n·48·2000b080邑槲6040叫吲2O0气时间／d火图4启动阶段对NI-I4~一N的去除效果微型臼吸水泵2．1．2出现阶段图1试验装置示意经过约75d培养，反应器中出现大量的粒径约2结果与讨论为0．2min的好氧颗粒污泥，如图5所示。2．1好氧颗粒污泥的形成过程形成过程分为3个阶段，分别为启动阶段(约15d)、出现阶段(约60d)和成熟阶段(约50d)。形成过程对其污泥形态、物理性能和除污性能进行分析研究。2．1．1启动阶段SBR反应器运行15d后，厌氧颗粒污泥不断解体，在水力剪切力下厌氧颗粒解体变小留下内核，污图5出现阶段形态泥以絮状为主，污泥颜色呈黄褐色。污泥经过驯化已适应味精废水，SVI由启动驯颗粒污泥启动阶段MISS和SVI的变化过程如图2化阶段的96mIfg降低到16mL／g左右。随着好氧所示。启动阶段污泥沉降性能较差(sⅥ由59．12mL／g颗粒污泥的进一步形成，污泥质量浓度也由最初的到96．20mL／g)，MISS基本上稳定在6g／L。6g／L左右逐渐增长达到9g／L左右，如图6所示。l01001088086●’∞6064目404宴20202窆∞00时间，d5l5294664图2启动阶段MISS和SVI变化时间／d图6出现阶段MLSS和SVI变化从图3和图4污泥颗粒化启动阶段COD和N瞰出现阶段随着好氧颗粒污泥的大量生长和形成，一N的去除效果来看，试验初期对COD、NH4+一N去除对COD的平均去除率为9o％，最高达到了92．58％；率非常不稳定，主要是污泥颗粒化厌氧环境与好氧环对NH4+一N的平均去除率为93．32％，最高的为97．97％，境的转化造成的[。运行约7d后，对COD、NHg—N如图7、图8所示。由于好氧颗粒污泥的大量形成去除率都达到了80％左右，处理效率明显提高。自此需要更充足碳源和氮源l6j，因此去除率也有了相应可以认为好氧颗粒污泥培养启动阶段结束。的提高。、120010002．1．3成熟阶段800经过约120d的培养，反应器中出现了大量的600外观不规~ItJ(大部分呈球状，有的呈椭圆形)、粒径较400小的好氧颗粒污泥，如图9所示，平均直径约为0．6200mm，最大的颗粒直径已经达到0．8inln。。从图lO成熟阶段MISS和SVI的变化过程可以时间／d看到，进入成熟阶段后，SVI相比出现阶段更稳定，稳图3启动阶段对COD的去除效果定在24mL／g。污泥质量浓度也稳定在9g／L左右。n·49·动段出阶段都较优良，可以直接用于PcR扩增。、1200、lo0．1000801O08006。80寇60040誊6o400越2020040蓑。0蚓2O115294664蟋隍O时间／d螂水COD一出水COD+去除率时『白J／d峨图l1成熟阶段对COD的去慑除效果．图7出现阶段对COD的去除效果．、200100-、20016080160∞邑120gl2O段60糌80408040删402O蟋(-_1／S∞O00115294664刚问／d时间／d呻进水氨氮+出水氨氮。去除率．氨氮进水一氨氮出水+去除率图8出现阶段对Nl—N的去除效果图l2成熟阶段对Nl-h~一N的去除效果2．2．2变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析微生物群落多样性变性梯度凝胶电泳(DGGE)泳道中的每个条带代表好氧颗粒污泥微生物群落中的一个优势菌种或者某种微生物。条带数越多则代表微生物多样性越丰富，条带越亮则代表该种微生物的相对数量越多8，如图13所示。图9成熟阶段形态用QuantityOne软件对图l3的泥样DGGE图谱进行分析，其比对示意图如图14所示。图中选取多l‘样性较好的第一泳道(从左至右)为标准，其他泳道目与此标准泳道的相似性指数通过戴斯系数(DiceCO—eficient)计算获得。从图l3和图14可以看出，在好氧颗粒污泥的培养过程中，微生物种群的种类在演替过程中，既有时I司／d原始种群的消亡，也有新增种群的增强L9J。图lO成熟阶段和SVI变化从图ll和图l2可以看出，COD平均去除率达92．91％左右，最高达95．69％。Ni-h~一N的平均去除率达96．25％，最高达99．o4％。随着好氧颗粒污泥逐渐成熟，其内部骨架和结构也逐渐成形，微生物大量吸附营养源，再逐渐消化，因此提高了去除率【7]。2．2好氧颗粒污泥群落多样性的分析2．2．1好氧颗粒污泥基因组DNA的提取及PCR扩增图l3泥样的总细菌图14IXT,GE分离图谱的提取泥样基因组DNA均用试剂盒提取。以DC_d~E图谱相似性分析HindⅢ作为Mark检测，用EB染色，片段长度约为23注：图14底部17代表不同培养时期的好氧颗粒污I(b，与细菌基因组DNA片段大小一致，纯度与浓度泥，8代表活性污泥，9代表厌氧颗粒污泥。n·5O·将好氧颗粒污泥多样性指数H与活性污泥和3结论厌氧颗粒的多样性指数比较后(见表2)可以看出，(1)通过味精废水培养好氧颗粒污泥，经过约好氧颗粒污泥的微生物种群较活性污泥和厌氧颗粒125d的培养，最终形成了颗粒粒径平均为0．6inln更加丰富。的好氧颗粒污泥，各测试指标相对稳定，标志着采用表2泥样DC_~E条带的~aBnnoll—Weaver(H)多样性指数味精废水培养好氧颗粒污泥培养成功。(2)成熟的好氧颗粒污泥对COD和NH4~一N的去除效果较理想。对COD的平均去除率达到92．91％，最高去除率达到了95．69％。对NH4~一N的去除率平2．2．3微生物群落相似性分析均在96．25％，最高去除率达到了99．04％。戴斯系数(Dicecoeficient)越大，表明相似度越(3)不同时期培养的好氧颗粒污泥群落多样性大，差异越小【l0]。利用QuantityOne软件对图13的差别不大，拥有共同的优势菌种且优势菌种在不断泥样DGGE图谱进行分析计算，得出好氧颗粒污泥的演变中。与厌氧颗粒污泥和活性污泥相比，好氧DGGE图谱的相似性表，见表3(1～7分别表示不同颗粒污泥的群落多样性更加丰富。培养时期的好氧颗粒污泥，8代表活性污泥，9代表参考文献厌氧颗粒污泥)。[1]成应向．味精废水的治理技术及其发展趋势[j]．工业水表3DGGE图谱相似性分析处理，2003，23(2)：6—9．[2]朱灵峰，何卫卫，张杰．好氧颗粒污泥的研究现状及发展前景[J]．环境污染与防治，2008，30(5)：78—82．[3]TayJH，LiuQis}IarI，LiuYu．Microscopicobservationofaero-bicgranulationinsequentialaerobicsludgeblanketreactor[J]．ApplMicrobiol，2001，91(1)：168—175．[4]朱亮，许向阳，曹丹风，等．降解苯胺和氯苯胺类污染物好氧污泥颗粒化及微生物种群结构分析【J]．微生物学报，2OO7，47(4)：654—661．[5]LIUYu，YANGShufang，TAYJcohwa．Improvestabilityofnero·bicgranulesbyselectingslowgrowing=itrifyingbacteriaEJ]．JBiotech，2004，108(2)：161—169．从表3可以看出，各泳道的条带相关性较差，相[6]黄玉峰，张丽丽，郝薇，等．SBR中好氧颗粒污泥的培养似性系数多在50％以下，这也说明好氧污泥颗粒化与除污效能[J]．中国给水排水，2005，21(2)：53—55．过程中，微生物种群结构发生了较为复杂的变化。[7]牟丽娉，黄钧．SBR中好氧颗粒污泥及其脱氮功能的研究进展【J]．中国给水排水，2OO9，25(2)：21—26．图15表示用WPGMA算法做出的系统树状图。[8]weiSong，YuejunPan，Kun，eta1．Efectofseed从图l5可以看出，聚类分析过程中发现，好氧污泥slu(1geoncharacteristicsandmicrobialcommunityofaerobic颗粒化各阶段微生物群落的同源性不高，这与图谱granularsludge[J]．JournalofEnvironmentalSciences，2010，相似性分析得到的结论相一致。22(9)：1312—1318．0．150．400．600．8OlOO[9]张斌，邱志刚，金敏，等．污泥好氧颗粒化过程中微生物群落结构的演变与分析[J]．环境工程学报，2011，5(10)：2369—2374．【103赵继红，何淑英，李继香，等．PCR—DGGE分析啤酒废水生物处理工艺的微生物区系[J]．环境科学，2OO8，29(10)：2950—2955．作者简介于鲁冀，男，1962年生，教授，从事城市污水、工业废水处理技术研究。(收稿日期：2013—01—16)图15DGGE图谱聚类分析注：1一7分别表示不同培养时期的好氧颗粒污泥，8代表活性污泥，9代表厌氧颗粒污泥。