生物凈水工藝中微生物群落特征與處理效果研究.pdf

1、近年來，飲用水水源遭受微量有機(jī)物的污染。為了確保飲水安全，在有機(jī)污染物進(jìn)入飲用水管網(wǎng)系統(tǒng)之前需要從原水中除去。然而，常規(guī)水處理工藝混凝、沉淀、過濾和消毒不能有效去除微量有害有機(jī)污染物，因此，自來水廠使用深度處理技術(shù)或?qū)ΜF(xiàn)有的處理單元升級(jí)來提高凈水能力。在眾多深度處理工藝中，生物處理技術(shù)作為經(jīng)濟(jì)有效和環(huán)境友好方法而倍受關(guān)注，它是依靠填料上生長(zhǎng)的微生物群落分解代謝有機(jī)物進(jìn)而達(dá)到有效除去水中有機(jī)污染物的目的。目前，有關(guān)生物處理技術(shù)的研究主要集

2、中在工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)、處理效果和影響因素上，而從微生物群落著手分析其結(jié)構(gòu)、代謝功能及去除有機(jī)物等方面探討凈水效果的研究相對(duì)缺乏。本文以生物濾池（生物強(qiáng)化活性濾池和生物活性炭濾池）處理工藝作為研究對(duì)象，對(duì)啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行階段的微生物群落特征與處理效能開展了系統(tǒng)研究。
　　對(duì)生物活性炭濾池啟動(dòng)運(yùn)行中微生物生物量、生物活性、代謝功能及水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)分析，揭示了生物活性炭濾池微生物生長(zhǎng)代謝規(guī)律與出水水質(zhì)變化特征。通過不同掛膜時(shí)間微生

3、物群落功能的主成分分析，提出微生物群落代謝功能達(dá)到穩(wěn)定作為評(píng)價(jià)掛膜啟動(dòng)過程是否完成的重要標(biāo)志，為指導(dǎo)生物活性濾池的自然掛膜啟動(dòng)和后續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提供理論依據(jù)。
　　在生物濾池穩(wěn)定運(yùn)行階段，從微生物數(shù)量、細(xì)胞成分和生化代謝方面對(duì)不同生物濾池微生物生物量與活性的分布規(guī)律進(jìn)行了全面研究，提出了最優(yōu)解離載體顆粒上生物量的方法。四種生物濾池中生物量與活性呈顯著的成層分布，隨濾層深度增加而降低;四種生物濾池底層生物量差異較小，但生物活性差異較大。

4、同一濾池深度，球狀活性炭填料的生物量與活性均高于柱狀活性炭填料，表明球狀活性炭填料有利于生物膜的形成與穩(wěn)定。
　　采用PCR-單鏈構(gòu)象多態(tài)性技術(shù)和Biolog技術(shù)相結(jié)合的手段對(duì)生物凈水工藝中的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了分析，為飲用水處理生物濾池操作單元的功能解析和凈水機(jī)理探討提供技術(shù)支持。研究結(jié)果顯示，進(jìn)水水質(zhì)是影響生物凈水工藝中微生物群落結(jié)構(gòu)和組成的重要因素，混凝與過濾工藝對(duì)水中微生物群落結(jié)構(gòu)無明顯影響。各生物濾池的微生物種群呈

5、多樣性，主要群落結(jié)構(gòu)差異小，表明各生物濾池經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，其中的微生物群落組成趨于一致。兩生物強(qiáng)化濾池中微生物群落代謝特征相似，其碳源利用率分別為73.4％和75.5％。兩生物活性炭濾池中微生物群落代謝特征存在明顯差異，填充球狀炭的生物活性炭濾池微生物群落碳源利用率79.6％高于填充柱狀炭的生物活性炭濾池的54.8％(p＜0.01)。研究還發(fā)現(xiàn)，生物強(qiáng)化濾池中的填料對(duì)微生物群落代謝功能的影響較小，而生物活性炭濾池的球狀活性炭填料有利

6、于微生物群落生長(zhǎng)繁殖，微生物群落有較強(qiáng)的代謝活性。
　　建立了從生物凈水工藝中篩選有機(jī)污染物降解優(yōu)勢(shì)菌的評(píng)價(jià)體系，通過傳統(tǒng)培養(yǎng)、細(xì)胞活性測(cè)定以及除污效果相結(jié)合的方法，從四個(gè)生物濾池中分離出28株優(yōu)勢(shì)菌，主要為巨大芽胞桿菌、短小芽胞桿菌、弗勞地枸櫞酸桿菌、豚鼠氣單胞菌、惡臭假單胞菌、肺炎克雷氏菌和粘質(zhì)沙雷氏菌屬。獲得4株較高脫氫酶活性和除污能力的菌株，可作為飲水生物處理工藝中生物強(qiáng)化的菌種資源。應(yīng)用PCR擴(kuò)增方法對(duì)部分優(yōu)勢(shì)菌株進(jìn)行對(duì)

7、硝基苯酚和氯苯代謝相關(guān)功能基因的探查，為初篩特定有機(jī)污染物降解菌提供簡(jiǎn)便、快速的方法。
　　采用分子量分布和GC-MS檢測(cè)等手段，研究了長(zhǎng)江南京段原水中有機(jī)物組成和特性，并對(duì)生物濾池工藝去除有機(jī)物的效能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明:長(zhǎng)江南京段原水中的溶解性有機(jī)物主要由分子量小于1K的有機(jī)物構(gòu)成，占溶解性有機(jī)物總量的48％～60％。水源水中檢出微量有機(jī)物94種，以烷類、脂類、苯環(huán)類、酮類及酚類有機(jī)物為主，這些有機(jī)物質(zhì)的總量約占總的微量有機(jī)

8、物的90％以上。從不同分子量區(qū)間有機(jī)物的去除效果來看，各生物濾池能有效的去除分子量在10KD以下的有機(jī)物，對(duì)低分子有機(jī)物的去除優(yōu)于高分子有機(jī)物，填充球狀炭的生物強(qiáng)化濾池對(duì)低分子有機(jī)物的去除率比填充柱狀炭的生物強(qiáng)化活性濾池高，生物活性炭濾池對(duì)低分子有機(jī)物的去除率也具有同樣的規(guī)律。從有機(jī)物污染綜合指標(biāo)（CODMn、UV254和BDOC）的去除率來看，兩生物強(qiáng)化濾池間無顯著性差異(p＞0.05)。而在兩種生物活性炭濾池中，球狀炭生物濾池對(duì)CO