生物砾间接触氧化反应器中原核生物多样性及其对剩余污泥减量化的贡献.pdf
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生物接触氧化法的基本原理及影响其效果的因素一、生物接触氧化法的基本原理1、生物接触氧化法的特点生物接触氧化法是生物膜法的一种形式。
它是在生物滤池法的基础上发展起来的,从生物膜固定和污水流动来说,相似于生物滤池法。
从污水充满曝气池和采用人工曝气看,它又相似于活性污泥法。
所以,生物接触氧化法兼有生物滤池法和活性污泥法的特点。
实践表明,生物接触氧化法具有BOD负荷高,处理时间短,占地面积小,不需污泥回流,不产生污泥膨胀,运转比较灵活,维护管理方便等一系列优点,因此,是一种有发展前途的处理方法。
2、生物膜对废水的净化作用在生物接触氧化法中,微生物主要以生物膜的状态固着在填料上,同时又有部分絮体或碎裂生物膜悬浮于处理水中。
生物接触氧化池中的生物膜重量,比曝气池内悬浮活性污泥的重量大得多,一般生物膜重量为6000-14000mg/L,而氧化池中呈悬浮状的微生物(活性污泥)浓度一般为200-1000 mg/L。
由此,可粗略地用生物膜重量表示生物接触氧化法中的微生物重量,用生物膜浓度表示微生物浓度。
附着在填料表面的生物膜对废水的净化作用:最初,稀疏的细菌附着于填料表面,随着细菌的繁殖逐渐形成很薄的生物膜。
在溶解氧和食料(有机物)都充足的条件下,微生物的繁殖十分迅速,生物膜逐渐加厚。
生物膜的厚度通常为1.5-2.0mm,其中外表面1到1.5 mm深处为好气菌,1.5 mm深处到内表面与填料壁相接的部分为弱厌气菌。
废水中的溶解氧和有机物扩散到生物膜内为好气菌利用。
但是,当生物膜长到一定厚度时,溶解氧无法向生物膜内扩散,好气菌死亡、溶化,而内层的厌气菌得以繁殖发展。
经过一段时间后,厌气菌在数量上亦开始下降,加上代谢气体的逸出,使内层生物膜出现许多空隙,附着力减弱,终于大块脱落。
在生物膜脱落的填料表面上,新的生物膜又重新生长发展。
实际上,新陈代谢过程在生物接触氧化池中生物膜发展的每一个阶段都是同时存在着的,这样就使其去除有机物的能力保持在一个水平上。
污泥处理中微生物群落的多样性分析随着城市化进程的加快,污水处理变得越来越重要。
污泥是污水处理系统中的一个重要组成部分,传统的污泥处理方法包括厌氧消化、好氧氧化等。
然而,这些方法存在着一些问题,如处理效果差、能源消耗高等。
因此,研究发现了生物转化反应器(Bioreactor)这一新型污泥处理技术,极大地提高了污泥处理的效率与安全性。
生物转化反应器(Bioreactor)依靠微生物对有机物进行降解,其效率和处理效果受微生物群落的影响。
微生物群落是指微生物的总体存在形态,包括细菌、真菌、古菌等无论广度还是多样性都十分丰富。
微生物群落种类的多样性对生态系统中能量和物质的循环过程有重要影响。
在微生物群落中,存在着多种微生物,不同的物种间都存在着一定的协同作用,影响处理效能,而微生物的特定群落又对不同处理方法起到关键作用。
这表明,了解微生物群落的多样性对提高污泥处理效率至关重要。
在污泥处理中,利用生物转化反应器技术处理时,需要对微生物群落进行分析,这样有助于有效控制生物转化反应器内微生物群落,提高处理效率。
目前,主要的分析方法是基于方法将背景群落和功能群落相结合,以识别特定有机物的分解和微生物降解效率的分析。
最近的研究表明,随着微生物群落的多样性评估和分析方法的不断发展,生物转化反应器技术的效率得以显著提高。
对微生物群落的深入研究,可以为亚太地区的污泥处理技术提供有力支持。
同时,污泥处理中微生物群落分析也存在挑战。
由于微生物群落存在着一定的复杂性和多样性,因此,微生物群落分析的难度比较大。
特别是富集不同的微生物群落,提高其总体的特异性,同时排除可能会引起干扰的物质是很重要的。
因此,对于污泥处理中微生物群落分析的研究,需要建立一系列成熟的技术和方法,以解决实际操作中所遇到的问题。
总之,污泥处理中微生物群落的多样性分析已成为生物转化反应器技术的一个重要组成部分,微生物群落特定种类的提取和分析对于提高处理效率有着重要的作用。
砾间接触氧化法简介第一章美华公司简介MWH(美华集团)是专注于服务全球「涉水基础建设」(Wet Infrastructure) 的美国技术与管理顾问机构,提供综合性解决方案,包括策略规划、可行性研究、规划、设计、工程管理、工程建设、操作与营运管理、资产管理、天然灾害修复、风险管理、财务与法务、稽查与评估等服务,业务范围涵盖水、污(废)水、水资源、环境、生态、土壤与地下水、工业、水力、石油与天然气、矿业、港湾、海岸、水路、路上交通等专业领域。
总部座落于美国丹佛市(Denver) Broomfield,发迹时间可追溯至1820年,目前7,500多名员工分布于全球六大洲30多个国家,年营业额约美金20亿元。
美华集团是一家100%由员工拥有的私人企业。
MWH在台湾称为「美商杰明」,在大陆称为「美华集团」,「美商杰明」与「美华集团」于2009年合并为MWH大中华区 (MWH Greater China) ,营运管理上隶属亚太区域总部 (MWH Asia Pacific Region)。
「美商杰明工程顾问股份有限公司台湾分公司」(MWH Americas Inc., Taiwan Branch)于1991年 5月在台湾台北成立,营运资金新台币2,000万元,积极投入城市及工业水与污 (废) 水处理、海水淡化、水回收再利用、水域环境保护与生态复育、土壤与地下水污染整治、环境监测等环保领域工作。
「美华集团」于1996年于上海成立办事处,随即又于1998年10月在上海正式成立「美环协咨询(上海)有限公司」,因应执行工程总承包(EPC)的需要,又于2005年7月,在上海成立「美华环境工程 (上海) 有限公司」(MWH Environmental Engineering (Shanghai) Co., Ltd.)。
积极从事于城市污水、工业废水、自来水、水域环境污染防治与生态修复、土壤与地下水修复、节能减排、工业安全/建康/环保(EHS)、尾矿处理等工作,提供环境综合解决方案 (Integrated Solutions of Environment) 的咨询服务。
生态砾石床(砾间接触氧化)技术的研究摘要:生态砾石床(砾间接触氧化)作为一种新型的微污染水质生态净化技术,在日本和台湾已大范围应用并取得了良好的水质净化效果,为河川水质净化生态技术的大家庭又添一员得力干将。
随着国家对污水治理和水生态修复越来越重视,寻求与生态相融合的水治理技术已越来越迫切,生态砾石床技术作为较少数可直接或间接设置于河道、河岸滩地以及地下的水处理技术,开发其作为部分微污染农村生活污水及河道的治理主线工艺,具有重大实际意义。
关键词:生态砾石床;污水治理;水生态修复引言生态砾石床技术是一种利用天然砾石作为接触填料,利用砾石槽作为容器来模拟自然河道中跌水及冲刷作用的强化自然生态净化水质过程,可通过接触沉淀、吸附、生物降解等多重作用有效去除污水中的BOD5、SS、氨氮、总磷。
开发生态砾石床技术的本意是通过此项技术,可直接改善弱污染河川水质,此项技术起源在日本。
经国内外多年实践表明,该技术既适用于弱污染的河川水质的直接净化,也可作为污水处理工程的尾端净化技术。
特别是在国外和台湾侧重应用于污染程度不高的污水处理工程,而且生态砾石床技术还可直接建设于河内和岸边,对排入河内的合流制管道污水直接进行就地处理。
在台湾,仅用于处理支流排水的生态砾石床工程已建成了20余座,既可解决河川的污染问题,使河道恢复其主要功能(如航运、泄洪等),还可杜绝因兴建管网带来的大量投资浪费。
1、净化机制生态砾石床的特点是由于砾石填料孔隙间存在的孔隙比适中,沉降点距离又比较短,砾石面隙间能自然形成一些相对比较连续且畅通的孔隙水流通道,当水流通过这些孔隙时,水中所夹带的大量固体悬浮物会因沉淀、物理拦截、水动力作用等原因发生直接氧化运动从而降落沉淀至砾石表面。
水中含有部分可溶性有机活性物质通过水分子与天然砾石表面微生物形成有机接触,因砾石表面带电性能好的缘故,水中的大量有机活态物质可以有效吸附或沉淀于砾石表面形成生物膜。
生长并着附于砾石表面的生物膜,会迅速地氧化吸收和分解所吸附的污染物质,并在生物膜表面形成好氧环境,在生物膜内部形成厌氧环境,通过此两个不同的生物环境,分别进行硝化作用和反硝化作用,进而去除污染物中的氮;通过土壤和砾石自带的吸附效果,以及砾石表面生产的藻类的生物作用,可实现磷的去除。
砾间接触氧化法简介第一章美华公司简介MWH(美华集团)是专注于服务全球「涉水基础建设」(Wet Infrastructure) 的美国技术与管理顾问机构,提供综合性解决方案,包括策略规划、可行性研究、规划、设计、工程管理、工程建设、操作与营运管理、资产管理、天然灾害修复、风险管理、财务与法务、稽查与评估等服务,业务范围涵盖水、污(废)水、水资源、环境、生态、土壤与地下水、工业、水力、石油与天然气、矿业、港湾、海岸、水路、路上交通等专业领域。
总部座落于美国丹佛市(Denver) Broomfield,发迹时间可追溯至1820年,目前7,500多名员工分布于全球六大洲30多个国家,年营业额约美金20亿元。
美华集团是一家100%由员工拥有的私人企业。
MWH在台湾称为「美商杰明」,在大陆称为「美华集团」,「美商杰明」与「美华集团」于2009年合并为MWH大中华区 (MWH Greater China) ,营运管理上隶属亚太区域总部 (MWH Asia Pacific Region)。
「美商杰明工程顾问股份有限公司台湾分公司」(MWH Americas Inc., Taiwan Branch)于1991年 5月在台湾台北成立,营运资金新台币2,000万元,积极投入城市及工业水与污 (废) 水处理、海水淡化、水回收再利用、水域环境保护与生态复育、土壤与地下水污染整治、环境监测等环保领域工作。
「美华集团」于1996年于上海成立办事处,随即又于1998年10月在上海正式成立「美环协咨询(上海)有限公司」,因应执行工程总承包(EPC)的需要,又于2005年7月,在上海成立「美华环境工程 (上海) 有限公司」(MWH Environmental Engineering (Shanghai) Co., Ltd.)。
积极从事于城市污水、工业废水、自来水、水域环境污染防治与生态修复、土壤与地下水修复、节能减排、工业安全/建康/环保(EHS)、尾矿处理等工作,提供环境综合解决方案 (Integrated Solutions of Environment) 的咨询服务。
!第!"卷!第!#期!$##"年!#月生物砾间接触氧化反应器中原核生物多样性及其对剩余污泥减量化的贡献"林山杉!!金玉花!!付丽丽!!全成实"!#东北师范大学城市与环境科学学院!长春!=$$"J ""#吉林大学医学部病理生物学教育部重点实验室!长春!=$$?!!"$$?>$=>"$收稿!"$$?>$’>!!收修改稿!"国家自然科学基金$批准号#J $’&!!"’%&吉林省科技厅研究基金$"$$J $&$">!%和首都师范大学三维信息获取应用教育部重点实验室开放基金资助项目!(>)@/7#L /.626@.26@.!6*3)@/7#5*)摘要!!采用分子生物学手段#通过构建!?4+Q D <基因文库#对新型剩余污泥减量化处理技术***生物砾间接触氧化反应器!;C T Q "中悬浮颗粒的原核生物多样性进行了系统发育分析#并讨论了多种原核生物共存对剩余污泥减量化的贡献#结果表明#颗粒的原核生物可分为好氧呼吸菌群与厌氧水解发酵菌群两大类#其中#优势菌群分别是以呼吸代谢为主的假单胞菌属和以发酵为主要代谢方式的拟杆菌)噬纤维菌菌属#它们的!?4+Q D <序列各占文库的!&V#此外#好氧菌群中还发育有#蛋白菌$$蛋白菌$&蛋白菌$亚硝化螺菌属$土壤杆菌属$衣原体属$葡萄糖杆菌属及褐色高温单孢菌属细菌(厌氧菌群中则发育属于螺旋体属$"蛋白菌$反硝化菌$乳杆菌属$真杆菌属的原核生物#反应系统中两大相反环境多种原核生物的共存#为在降解污水有机物的同时#达到剩余污泥减量化做出巨大贡献#关键词!!生物砾间接触氧化反应器悬浮颗粒!原核生物多样性!&E 56/#$基因文库!假单胞菌属!拟杆菌%噬纤维菌属!!用常规的生物方法处理生活污水!产生剩余污泥及对其后续处理与处置是较为棘手的环境问题#发达国家用于剩余污泥处理与处置的费用占整个废水处理厂建设和运行费用的’$V )?$V ’!(!我国也达到=$V )J $V#为此!污泥减量的处理技术研究成为当务之急#剩余污泥的成分可分为三部分#$!%原污水中未被分解的大分子有机物"$"%生物处理过程中!产生的微生物菌团"$=%少量的固体无机物#前两种成分在剩余污泥中占很大比重#可见!使剩余污泥减量的有效方法之一!是采用多样性的微生物群落!即#在有机废水处理系统中!既发育有以水中的溶解有机物为基质!分子氧$T "%为最终电子受体的好氧呼吸菌群"又存在分解大分子有机物为小分子有机物!并以小分子有机物为最终电子受体的水解发酵菌群#研究发现!生物砾间接触氧化反应器是好氧呼吸菌群及厌氧水解发酵菌群的主要生境!其中反应器的颗粒污泥中的相关菌群较为丰富#生物砾间接触氧化反应器!是在直径J $5)!高!$$5)的圆柱形容器中!以直径!$5)的碎石球体做填料!其底部安置曝气头连续曝气$如图!所示%#试验用生活污水采自东北师范大学校园污水井!反应器经过=个月的连续运行!C T E 由进水的==?#%&)A 4L g !降到=")A 4L g !!去除率达到I $#’V "[T E ’由进水的!?$#’)A 4L g !降到!$#!&)A4L g !!去除率达到I =#&V "44由进水的"I %#=&)A 4L g !降到"%#%&)A 4L g !!去除率达到’J "!I $#=V "D Y J>D 从’%#?!)A 4L g !降到!’#’I )A 4L g !!去除率为&=#J V#反应器运行期间无剩余污泥排出#本研究采用非培养手段构建此生物砾间接触氧化反应器颗粒污泥的!?4+Q D <基因文库!测定其原核生物多样性!进而分析该多种原核生物对剩余污泥减量化的贡献#图&!生物砾间接触氧化实验装置图!)储水池"")恒流泵"=)曝气泵"J )恒温控制计"’)曝气头"?)砾石球"&)恒温探头&!材料与方法&’&!采样从生物砾间接触氧化反应器中采集活性颗粒污泥"$$)L !装于灭菌离心管中#室温下离心后!取沉淀置于g "$j 有待提取E D <#&’(!%#$提取由于活性颗粒污泥中!含有部分有机物!E D <提取物颜色偏黑!B C Q 扩增效果不好#因此!提取E D <之前!用缓冲液冲洗!以减少E D <提取物中有机物的含量#具体方法为!取!A 颗粒污泥与$#!)*74L g !磷酸盐缓冲液$MY &#"%’)L 混合!室温轻轻振荡培育!6后!!?$$$L 离心!$)/.弃上清!留沉淀’"(#E D <提取采用,冻沸>溶菌酶>4E 4-方法’=(!即$!%冻沸#向细菌沉淀中加入’)L 灭菌的O (D B缓冲液$’$))*74Lg !O +/2>R @21!"$))*74Lg !(E O <!!$$))*74L g !D @C 7!$#$!A 4L g !聚乙烯吡咯烷酮!M Y 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T"和Y"""蛋白菌则具有水解蛋白质&淀粉&核酸及各种脂肪!降解芳香族有机物成有机酸的功能"乳杆菌除了能分解糖外!还可以还原F1=k成F1"k"真菌属细菌分解糖及碳水化合物生成丁酸&醋酸和甲酸’!J(#而褐色高温单胞菌属!兼性好氧!具有很强的水解淀粉能力!并且可以少量的还原硝酸盐到亚硝酸盐’!’(#为此!反应系统中两大相反环境多种原核生物的共存!为在降解污水有机物的同时!达到剩余污泥减量化做出巨大贡献#其净化机理如图?所示#图E!多样原核生物净化污水机理图为了定量研究优势菌群在多种原核生物中的相对数量!建议设计相应探针!进一步采用荧光原位杂交$F N4Y%技术!进行更深层次的研究#致谢!文中的分子生物学实验部分#得到东北师范大学遗传与细胞研究所黄百渠教授实验室的大力支持与帮助#在此表示感谢#IJ"!!第!"卷!第!#期!$##"年!#月参!考!文!献!!L*H(-!C6@21Y<!9/7.1+9;!13@7#-.5*G M7/.A*8)131> R*7/2)3*+1:G51R/*)@22M+*:G53/*./.361@53/0@31:27G:A1 M+*5122#S@3Q12!"$$$!=J$!"%#="$J)="!""!;@R*+9!E1Z+/12b!b@.221.E[#(88/5/1.3+15*01+,*81.0/> +*.)1.3@7E D<8*+1W M+122/*.57*./.A R,/.:/+1531W3+@53/*.)136*:2#F(949/5+*R/@7(5*7*A,!"$$=!J J#!’=)!?==!Y1b‘!]G‘Y!b@.1Y#B+17,2/2H@26/.A/)M+*012E D<1W> 3+@53/*.8+*)@8*+1232*/7#4*/7[/*7*A,f[/*561)/23+,!"$$’!=&!"==&)"=J!J!Y17)G3[!9@.G17B!F+@.5*S!13@7#<23+@31A,8*+*M3/)/> c/.A\G@7/3,@.:\G@.3/3,*8E D<1W3+@531:8+*)2*/7#b9/5+*R/*> 7*A/5@79136*:2!"$$!!J’#&)"$’![7@5^@77LL![G++177BC!;H/77/@)Y!13@7#O61G21*8!?4+E> 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