级联胁迫厌氧污泥以提高PTA废水降解效率的机制研究

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精对苯二甲酸(PTA)是化纤类产品的重要上游材料,其需求量随着纤维、涤纶和薄膜等需求的日益扩大而增加。在PTA工业生产过程中会产生大量含有芳香族有机酸的难降解废水,现今主要去除PTA废水中污染物的方法为厌氧与好氧工艺相结合,而如何提高厌氧阶段的污染物去除效率成为处理此类废水的一个重要研究方向。本课题首先采用级联胁迫技术驯化厌氧活性污泥,研究经胁迫后的污泥对PTA废水中难降解有机物的去除效果;其次对污泥粒径大小、脱氢酶活性、辅酶F420含量、污泥EPS含量和组分变化进行了研究,以对比胁迫前后污泥理化性质和生物活性的变化;再次通过透射电镜对污泥中微生物拍照,以及提取污泥中DNA进行检测,来了解污泥中生物形态和量的变化;最后采用PCR-DGGE技术研究PTA废水级联胁迫厌氧污泥对污泥中微生物群落结构变化的影响,以期从更深层次来了解级联胁迫厌氧污泥提高PTA废水降解效率的机制。主要研究结果如下:1、首先,采用PTA废水级联胁迫厌氧污泥,研究胁迫前后,污泥对于PTA废水中TA以及p-T酸的去除效果。研究表明,胁迫前后的厌氧污泥对TA与p-T酸的去除率均随着TA及p-T酸浓度的升高而降低。与未经胁迫的厌氧污泥相比,经级联胁迫后的厌氧污泥对PTA废水中TA和p-T酸的去除率均有一定程度的提高,当TA浓度为1.00g/L和1.50g/L时,去除率从未经胁迫时的63%、27%分别提高到80%、39%;当p-T酸浓度为0.500g/L和0.625g/L时,厌氧污泥对p-T酸的去除率分别从未经胁迫时的60%、50%提高到75%、65%。2、其次,厌氧污泥的理化性质也随着级联胁迫而发生变化。(1)经级联胁迫后的厌氧污泥粒径有所增加,污泥中粒径和体积平均径分别从59.2μm、82.8μm增加到70.6μm、98.2μm,分别增加了11.4μm与15.4μm;但是胁迫前后污泥频率分布趋势基本相同。(2)脱氢酶活性与辅酶F420含量均随着级联胁迫的进行有一定程度的提高。脱氢酶活性从1502U/g TS提高到2431U/gTS,提高了62%,辅酶F420的含量从0.066μmol/gTS提高到0.082μmol/gTS,提高了24%。(3)从细胞的EPS总量来看,TA浓度为1.00g/L组含量最少,为32.8mg/g TS;TA浓度为2.50g/L组含量最多,为49.0mg/g TS;EPS总量增加了16.2mg/g TS。从总EPS中的蛋白质和多糖分别来看,蛋白质增加了11.7mg/gTS;多糖增加了4.5mg/g TS。3、再次,对胁迫过程中不同时期的厌氧污泥进行透射电镜观察,以及提取检测污泥DNA含量。研究发现,接种污泥及胁迫后污泥中微生物均以杆状细菌为主,尤其是短杆菌占绝对优势,说明短杆菌为此厌氧污泥的主要细菌类型。污泥中DNA浓度随着级联胁迫的进行,先升高再趋于平稳。当TA浓度为2.50g/L时,厌氧污泥中DNA含量与未胁迫污泥相比,提高了32.9%。4、最后,采用PCR-DGGE技术研究PTA废水级联胁迫厌氧污泥对污泥中微生物群落结构变化的影响。通过分析污泥DGGE图谱中各条带的光密度值,发现代表优势细菌的两条条带随着胁迫的进行光密度值逐渐增大,说明级联胁迫过程可以驯化和选育降解PTA废水的优势菌种。此外,根据DGGE图谱的相似性矩阵,发现相邻组厌氧污泥中的微生物群落结构差异性较小,而从整个胁迫过程的始末来看,微生物群落结构差异较大,未胁迫组与TA浓度2.50g/L组的相似性为57.3%。
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