上流式厭氧污泥床(UASB)啟動時其性能和不同相空間微生物群落變化研究.pdf

1、規(guī)模化養(yǎng)豬場廢水產(chǎn)生量大，未經(jīng)處理隨意排放入環(huán)境中，對人體和生態(tài)環(huán)境危害極大。目前，處理高濃度有機廢水的技術(shù)以低成本的厭氧方法為主，而最常用的厭氧工藝主要有以下幾種:厭氧濾器(AF)、上流式厭氧污泥床(UASB)、復合厭氧反應器(UASB+AF)、兩段厭氧消化法和升流式污泥床反應器(USR)等。UASB是現(xiàn)今污水反應器改良的創(chuàng)新源頭，作為第一代厭氧反應器，近十年來一直是污水處理領(lǐng)域最重要的研究對象。在所有厭氧處理系統(tǒng)中，微生物對降低養(yǎng)殖

2、場廢水有機物含量，實現(xiàn)廢水無害化起著重要作用。從20世紀70年代UASB反應器出現(xiàn)以來，對其微生物的研究一直集中在顆粒污泥上，以期了解其微生物間的關(guān)系，對開發(fā)維護反應器性能穩(wěn)定的工程技術(shù)提供科學依據(jù)。但是，反應器的啟動是形成顆粒污泥的關(guān)鍵因素，決定了反應器的穩(wěn)定性和處理效率。同時，隨著微生物的分子技術(shù)的發(fā)展，16S rRNA技術(shù)廣泛應用于微生物菌群種類的研究，使微生物生態(tài)學不斷在廣度和深度上拓展。因此本論文從畜牧環(huán)境保護理念出發(fā)，用UA

3、SB厭氧處理豬場污水，研究反應器啟動期間污水理化特性及不同相空間微生物的變化情況，以便為規(guī)模化豬場的厭氧反應器啟動技術(shù)的改進研發(fā)提供理論依據(jù)。本試驗通過監(jiān)測UASB反應器啟動期間不同相空間（三相分離器下的不同高度）廢水水樣CODtot、CODss、CODcol、CODsol這4種形式COD和TS、VS、TSS、VSS這4種形式污泥濃度及pH等指標的變化，研究UASB反應器不同相空間污染物分布情況，利用基于16S rRNA的Miseq高通

4、量測序技術(shù)，研究、分析啟動期間不同相空間豬場廢水微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性，探討啟動期間反應器內(nèi)部處理機制。本研究得出的結(jié)論如下:
　　(1) UASB反應器在常溫下通過連續(xù)進水的方式，經(jīng)過96天的啟動階段，達到穩(wěn)定狀態(tài)。啟動過程經(jīng)歷了四個水力停留時間階段，最終COD去除率達到80％以上，氣體產(chǎn)率為0.8998L/L·d。啟動過程中，每次降低水力停留時間后，COD去除率和氣體產(chǎn)率均隨之出現(xiàn)較大的波動，但運行一段時間后，恢復到穩(wěn)定的水平

5、。在啟動期間，有機負荷不斷升高，啟動末期達到10.95kgCOD/(m3·d)。
　　(2) UASB反應器不同相空間COD的變化趨勢在整個啟動期間無規(guī)律，但到了接近穩(wěn)定期時，CODss、 CODcol、CODsol會隨著反應器的高度，處理效率不斷增加，到了出水口的位置，達到最大。但位于三相分離器下端部分的COD處理效率會有部分降低。而出水口的CODtot處理效率能達到80％以上。
　　(3) UASB反應器不同相空間污泥濃

6、度的變化趨勢在整個啟動期間都表現(xiàn)為底部濃度最高，達到50-60g/L，其余空間呈現(xiàn)不顯著關(guān)系(P＞0.05)。懸浮性固體物質(zhì)在整個啟動期間出水口相比起進水口顯著增多(P＜0.05)，說明UASB反應器能起到一定的排除懸浮固體物質(zhì)的作用。
　　(4)從“門、綱、目、科、屬”進行分析都顯示，豬場廢水的優(yōu)勢菌為擬桿菌。ABR池里的厭氧污泥的優(yōu)勢菌是甲烷菌和擬桿菌。UASB反應器的微生物來源于進水口的豬場廢水和接種的厭氧污泥，經(jīng)過反應器運

7、行，進行群落更替后，反應器不同相空間優(yōu)勢菌種類無變化，只是在數(shù)量上有差異。不管在啟動的哪個階段，反應器內(nèi)部不同相空間的微生物種類相似性均較高。在啟動前期反應器內(nèi)部水的流動較大，導致菌種在不同空間分布不同。另外，本試驗檢測出甲烷粒菌屬于反應器啟動初期優(yōu)勢菌，在此后，甲烷粒菌被沖刷在反應器外，推斷甲烷粒菌附著在沉降性差的污泥上。但在啟動完后，Methanosaetaceae（甲烷鬃菌科）主要富集在反應器底部，說明甲烷鬃菌科是構(gòu)成顆粒污泥的優(yōu)