好氧颗粒污泥降解DMP特性及其微生物群落研究

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邻苯二甲酸酯(PAEs)是一类具有雌激素活性的塑料改性添加剂,随塑料工业的发展而广泛存在于环境中。因其具有生物毒性、疏水性和生物富集性等特点,属于难降解有机物。生物降解法具有经济性、无二次污染等优点,但生物降解效率主要取决于微生物数量及活性,而PAEs降解菌生长缓慢、易流失,从而限制了生物处理反应器的进一步应用。好氧颗粒污泥能具有结构紧密、沉降性能良好等优点,可持留多功能菌,生物协作性强,能大幅度提高反应器的生物量浓度和活性,增强反应器的处理能力。因此进行好氧污泥颗粒化技术处理PAEs废水的研究具有重要的理论意义,为开发高效有机废水好氧生物处理工艺提供应用基础。   本研究以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为代表污染物,葡萄糖为共代谢基质,以剩余污泥为接种污泥,在序批式生物反应器(SBR)内探索了降解DMP好氧污泥颗粒化的可行性,并分析了颗粒污泥的相关特性;其后,考察了温度、pH、曝气强度、邻苯二甲酸(PA)、氨氮因素对成熟颗粒污泥降解DMP的影响,进而建立了DMP生物降解动力学模型;最后,利用聚合酶链式反应变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,解析了污泥颗粒化过程中微生物菌群多样性以及降解功能菌的发育变化特性。实验通过梯度降低污泥沉降时间并逐步提高进水DMP负荷,在SBR内成功实现好氧污泥颗粒化。成熟颗粒污泥的粒径在0.5~1.0 mm,SVI为30-40 mL/g、MLSS为3.4 g/L左右,外观呈橙黄色。颗粒污泥比重为1.0177 g/cm3,含水率为97.6%,耗氧速率(SOUR)为106.1 mg/(gVSS·h),反应器处理能力大大提高。电镜观察表明,颗粒污泥表面粗糙,微生物相丰富,含有丝状菌、球菌和短杆菌,且胞外聚合物(EPS)在颗粒化过程中起了重要作用。好氧颗粒污泥具有较好的污染物去除能力,DMP与COD去除率分别达到92.3%与90.6%;总氮去除率达到85%以上,可实现同时去除有机物并脱氮。当温度为25~35℃,pH值为7.0~9.0,曝气强度为1.38cm/s,PA浓度在500 mg/L以下时,DMP的生物降解效果最好,50mg/L的氨氮浓度对DMP降解无大的影响。好氧颗粒污泥降解DMP符合Haldane基质抑制模型,当初始浓度为240.2mg/L时,可得到最佳比降解速率265.3mg/(g-h)。颗粒化过程中,微生物种群结构发生了演替变化,接种污泥中的部分条带消失并出现了新的特异性条带可能与DMP降解优势菌群的发育有关。特异性条带经分析表明,降解DMP的好氧颗粒污泥主要菌群分别属于Uncultured Bacteria、y-protebacteria、α-protebacteria和Bacillales类群。
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