水蚯蚓—微生物共生EBPR系统除磷特性及群落结构研究

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目前,城市污水处理厂普遍存在除磷效果不稳定、剩余污泥难以处理处置等问题,随着社会经济的发展和城市化进程的加快,这些问题将更为突出,在一定程度上制约社会经济的发展。水蚯蚓污泥减量和强化生物除磷(EBPR)技术因具有节能、高效、经济等优点,已成为环境领域研究热点之一。本课题创造性地将水蚯蚓污泥减量与EBPR技术有机结合,建立了水蚯蚓-微生物共生EBPR系统。针对该系统展开了一系列的研究,以期为提高水蚯蚓污泥减量工艺除磷效果提供可靠的理论基础和有效的技术支持。首先以水蚯蚓排泄物和残体为研究对象,考察其释放氮磷的规律。研究表明,排泄物累积释放TN0.11mg·g-’,TP0.068mg·g-1,残体累积释放TN0.65mg-g-’,TP0.062mg-g’。在水蚯蚓-微生物共生系统中,排泄物的量远多于残体的量,因此排泄物P的释放对系统的影响大于残体的释放。进一步探析排泄物对EBPR系统除磷效果的影响,30d的运行结果表明,水蚯蚓排泄物作为一种复杂的有机物,可以促进EBPR系统除磷,相比对照组10.96mg·L-1的去除量,试验组PO43--P平均去除量略有增加,为11.64mg-L-1。基于上述研究,建立水蚯蚓-微生物共生EBPR系统,120d的运行表明,水蚯蚓能够适应厌氧-好氧交替运行的环境,且生长良好,系统稳定运行时,单位填料中水蚯蚓湿重为4.4±0.6g。水蚯蚓-微生物共生EBPR系统表观污泥产率为0.184gMLSS/gCOD,与常规对照系统相比,共生EBPR系统相对污泥减量率为25.2%。水蚯蚓-微生物共生EBPR系统厌氧释磷得到强化,释磷量较常规对照EBPR系统提高15mmg·L-1。厌氧过程合成的PHAs主要以PHB为主,含有少量的PHV,共生EBPR系统合成的PHB和PHV量均多于常规对照系统。水蚯蚓-微生物共生EBPR系统P043--P去除效率得到提高,从86.6%提高到94.3%,出水P043--P浓度维持在0.5mg·L-1以下,并且波动小,稳定性高。PCR-DGGE分析表明,水蚯蚓-微生物共生EBPR系统建立后,其菌群多样性较为丰富,与常规的EBPR系统微生物群落结构相似度较低。共生EBPR系统以Pseudomonas sp、Uncultured Rhodocyclaceae bacterium、Thiothrix sp、Thiothrix nivea、Sulfur-oxidizing bacterium等聚磷菌和Candidatus Competibacter phosphatis聚糖菌为优势菌。与常规对照系统种群相比,水蚯蚓-微生物共生EBPR系统优势菌种增加了Pseudomonas sp、Uncultured Rhodocyclaceae bacterium、Thiothrix sp等聚磷菌,而聚糖菌Candidatus Competibacter phosphatis的数量显著减少。
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