復(fù)合鐵酶促活性污泥絮體結(jié)構(gòu)與生物多樣性分析.pdf

1、上世紀(jì)70年代以來，水體富營養(yǎng)化已成為世人矚目的水環(huán)境問題，2007年我國太湖的藍(lán)藻爆發(fā)以及2008年山東半島沿海的滸苔事件更是引起廣泛關(guān)注。水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理雖然復(fù)雜，但其根本原因是水體中氮、磷等營養(yǎng)性物質(zhì)含量過高造成的，因此，控制氮、磷等植物性營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體是解決富營養(yǎng)化問題的根本途徑。針對城鎮(zhèn)污水脫氮除磷處理技術(shù)難題，青島理工大學(xué)污水處理與資源化課題組提出了復(fù)合鐵酶促活性污泥法，其以提高污水處理微生物活性為切入點(diǎn)，采用人

2、為調(diào)控鐵離子介入的強(qiáng)化微生物活性的研究策略，利用鐵離子參與電子傳遞作用與酶促反應(yīng)激活劑作用的原理，強(qiáng)化鐵離子介入微生物生化反應(yīng)過程，達(dá)到提高功能微生物代謝反應(yīng)活性的目的。其為解決污水生物脫氮除磷系統(tǒng)存在的固有矛盾與瓶頸問題提供了一種全新的思路。該技術(shù)在前期大量的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、現(xiàn)場小試以及半生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)研究中，在強(qiáng)化污水生物脫氮除磷能力方面均取得了較為突出的處理效果，特別在抵抗低溫硝化方面取得了重要突破。
　　 本文主要應(yīng)用能譜分析、

3、PCR-DGGE、PCR-RFLP等16SrDNA分子生物學(xué)手段，結(jié)合復(fù)合鐵酶促活性污泥技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的城市污水處理廠的應(yīng)用及現(xiàn)場小試試驗(yàn)系統(tǒng)，通過對復(fù)合鐵酶促活性污泥與普通活性污泥的絮體結(jié)構(gòu)和生物多樣性的分析，目的在于解決微生物多樣性與群落結(jié)構(gòu)變化對系統(tǒng)功能的影響，探討鐵離子對微生物多樣性與群落結(jié)構(gòu)變化的影響。
　　 本研究利用PCR-DGGE、PCR-RFLP等16SrDNA分子生物學(xué)方法對不同含鐵量復(fù)合鐵酶促活性污泥的

4、種群結(jié)構(gòu)以及主要菌種的種屬進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，(1)不同含鐵量復(fù)合鐵酶促活性污泥的微生物種群結(jié)構(gòu)之間存在差異性，其中0.05gFe3+/gMLSS含鐵量的復(fù)合鐵酶促活性污泥中微生物多樣性豐度最高;(2)復(fù)合鐵酶促活性污泥微生物種群結(jié)構(gòu)相對于普通活性污泥呈現(xiàn)出的差異性，說明鐵離子對活性污泥微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能多樣性產(chǎn)生一定影響，促進(jìn)了微生物的生長，推動了功能微生物對環(huán)境的適應(yīng)能力;(3)復(fù)合鐵酶促活性污泥與普通活性污泥系統(tǒng)中微生物共

5、分11大類。復(fù)合鐵酶促活性污泥的優(yōu)勢菌群順序?yàn)?β-變形菌綱、γ-變形菌綱、梭菌綱、δ-變形菌綱、暖繩菌綱(分別占79.79％，5.32％，5.32％，2.13％，2.13％)。普通活性污泥系統(tǒng)中優(yōu)勢菌群順序?yàn)?β-變形菌綱、α-變形菌綱、γ-變形菌綱、梭菌綱（分別占78.89％，8.89％，5.56％，4.44％)。
　　 采用復(fù)合鐵酶促活性污泥技術(shù)的城市污水處理廠實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)微生物多樣性研究表明，(1)復(fù)合鐵酶促活性污泥實(shí)際

6、生產(chǎn)系統(tǒng)的微生物多樣性相當(dāng)豐富，對外來的環(huán)境沖擊影響表現(xiàn)出較強(qiáng)的動態(tài)穩(wěn)定性。污泥的內(nèi)外回流不可避免的造成了微生物在不同區(qū)域中的“流動”，因此大部分微生物在不同功能區(qū)域中的種群結(jié)構(gòu)差別不大，在池中不同位置的分布都比較均一。(2)采用相同實(shí)際污水為進(jìn)水的復(fù)合鐵酶促活性污泥實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)與小試試驗(yàn)系統(tǒng)的生物群落多樣性具有較好的一致性，只是各種細(xì)菌所占比例發(fā)生微小波動。
　　 本研究采用絮體粒徑分布測定、zeta電位測定、電子能譜元素分析

7、(XPS)、電子能譜元素分析(EDS)等方法，分析了復(fù)合鐵酶促活性污泥的絮體結(jié)構(gòu)和存在形式。不同含鐵量(0.01、0.03、0.05、0.08gFe3+/gMLSS)的復(fù)合鐵酶促活性污泥胞外聚合物EPS中均未發(fā)現(xiàn)鐵元素。復(fù)合鐵酶促活性污泥中的鐵元素被微生物吸收利用，主要存在于微生物細(xì)胞內(nèi)，并參與微生物的新陳代謝，進(jìn)而提高了活性污泥微生物的代謝反應(yīng)活性。X射線電子能譜(XPS)分析顯示復(fù)合鐵酶促活性污泥中鐵元素的存在形式為一種金屬有機(jī)化合