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不断加速,RTO之AO工艺处理淀粉污水效能及微生物群落

发布时间:2020-11-11 作者:分子筛

跟着我国工业化进程的不断加速,工业废水排放量也日益激增,其对水环境的影响程度已不容忽视。特别是高浓度氨氮废水的超标排放,RTO极易形成自然水体富养分化,出现水华和赤潮现象。生化处理是如今运用最广、最经济的污水处理方式,常见工艺包含以活性污泥法为根底的AO,A2/O和MBR等。活性污泥内部微生物在代谢分化污染物时,一方面将污染物中的碳氮物质用于本身成长,另一方面,与其他生物一起组成较为安稳的微生态系统。因而,活性污泥中微生物多样性的研讨对优化处理工艺具有重要意义。

但是,因为传统分子生物学技能的限制,别离培育法只能辨别缺乏1%的微生物,难以提醒活性污泥中微生物的群落结构和成长机制。近年来,跟着分子生物学技能的开展,具有通量高、成本低、灵敏度高、流程自动化等优势的高通量测序技能已广泛运用于污泥微生物的研讨,而且在提醒水处理工艺功用菌群方面发挥了重要作用。AO工艺作为重要的活性污泥法工艺之一,RTO资讯具有耗能低、脱氮作用杰出、抗冲击负荷才能强等长处,其微生物群落结构动态首要受温度和进水水质等影响。孙豆豆通过比照5 ℃及10 ℃下AO工艺中的活性污泥,发现各微生物样品门、纲水平上差异较小,首要纲均为鞘脂杆菌纲和Betaproteobacteria纲,而嗜热丝菌门和脱铁杆菌门等只在5 ℃的样品中发现。蒙小俊等研讨发现,AO工艺处理焦化废水时,其处理作用安稳时好氧段中优势菌门首要为Proteobacteria、Planctomycetes、Acidobacteria、Candidatus、Saccharibacteria和Bacteroidetes等,而且Proteobacteria门占主导地位,其相对丰度份额为36.00%~76.98%。邹晓凤等发现在AO工艺处理煤化工废水时,好氧段中微生物的首要菌属为未分类菌属、Nitrospira、Nitrosospira、Azospira、Coxiella和Vampirovibrio等。

此外,在淀粉废水中,氨氮含量较高,碳氮比难以满意微生物正常代谢分化。运用AO工艺解读淀粉厂废水处理效能及微生物群落结构的研讨,以及结合实践污水厂及试验室小试设备解读其运转进程中微生物差异性的研讨均鲜有报导。依据此,焚烧炉本研讨以河北某淀粉工业污水处理厂及试验室AO反响器为研讨目标,通过调试AO工艺的运转参数优化水质处理作用;一起运用Miseq测序技能,解析污水厂及试验室AO反响器各阶段微生物群落动态改变;结合ANOVA剖析办法,解读污水厂及试验室AO反响器微生物群落结构差异,为淀粉工业废水处理工艺的安稳运转供应技能支撑与理论依据。

1 资料与办法

1.1 污水站及反响器运转

污泥样品取自河北省某淀粉工业污水处理厂,该厂规划水量15 000 m3·d−1,进水首要有3个来历:淀粉厂区废水、维生素B12厂区废水和企业内部生活污水。其间淀粉园区废水量9 948 m3·d−1,维生素B12废水量5 956 m3·d−1。该站主体工艺为多组改进型AO工艺,进水COD和NH4+-N均匀浓度别离为500 mg·L−1和450 mg·L−1。污水站首要规划运转参数:污泥浓度3 000 mg·L−1,混合液回流比50%,污泥回流比50%。共监测水质142 d,其间第1~60天为前期调试阶段,第61~142天为后期安稳运转阶段。别离于污水厂调试开始时及氨氮去除率安稳在98%时,即第3天取污泥样品,编号为X1(缺氧段)和X2(好氧段),第132天取污泥样品编号为Z1(缺氧段)和Z2(好氧段)。取样置于冰桶中运回试验室,离心(5 min,11 000 r·min−1)后称取5 g冷冻于−80 ℃冰箱中,以备DNA提取。

AO反响器如图1所示,其选用有机玻璃制造,主体由进水桶(50 L),缺氧池(A池,1.8 L),好氧池(O池,5.4 L)以及沉淀池和蠕动泵组成。接种污泥取自淀粉工业污水处理厂生化池,接种污泥浓度(MLSS)为3 000 mg·L−1左右。污水厂污泥取回后,闷曝24 h后排出上清液,去除原有污水中的有机成分,在AO工艺溶液体积不变的状况下缓慢进人工配水。为确保试验室AO设备与污水厂可比性,进水COD和氨氮均匀浓度别离为500 mg·L−1和450 mg·L−1,人工配水组成:葡萄糖680 mg·L−1,氯化铵440 mg·L−1,磷酸二氢钾100 mg·L−1,七水合硫酸镁100 mg·L−1,七水合硫酸锌0.06 mg·L−1,氯化钙47 mg·L−1,硫酸亚铁40 mg·L−1,硫酸镁40 mg·L−1,而且需添加微量 CoCl2·6H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O,以确保微生物成长所必需的微量元素[11]。

AO工艺进水及污泥回流均选用蠕动泵操控流量,进水流量初期操控为0.1 L·h−1,因设备反响体积较小,蠕动泵污泥及硝化液回流量较低,故恰当进步回流比,使污泥和硝化液回流比别离为200%和100%,初期缺氧段和洽氧段溶解氧浓度别离为0.1 mg·L−1和6.5 mg·L−1。水质监测共45 d。在实践监测进程中,依据COD浓度改变投加碳源,在污泥驯化进程中及AO反响器脱氮功率安稳在85%时,水质不再发作显着改变,别离在第5天、第20天、第41天取污泥样品150 mL,依据时刻先后顺序编号W1、W2、W3,离心(5 min,11 000 r·min−1)后称取5 g冷冻于−80 ℃冰箱中,以备DNA提取。

图1 试验室AO反响器流程图

1.2 DNA提取及PCR扩增

DNA提取选用PowerSoil® DNA Isolation Kit试剂盒,依照试剂盒流程提取DNA。以所提取各样品DNA为模版,对其16S rDNA V4区扩增。反响系统为30 μL,上游引物为EUb341f:5′-cctacgggaggcagcag-3′,下流引物为Eub907r:5′-ccgtcaattcctttgagttt-3′。PCR扩增管中添加DNA模板0.5 μL,正反向引物各0.6 μL,灭菌水22.4 μL,dNTP 2.4 μL,3 μL缓冲液,ExTaq酶0.5 μL。PCR反响程序:先94 ℃预变性10 min,然后进行30个循环(94 ℃变性1 min,55 ℃退火1 min,72 ℃延伸1 min),终究72 ℃延伸10 min。

扩增完毕后,运用1%琼脂糖凝胶电泳对PCR产品进行检测,运用Axyprep DNA凝胶收回试剂盒(AXYGEN)切胶收回DNA。PCR扩增后的条带亮度显着,方位明晰,可直接用于后续测序剖析。托付北京理化剖析测试中心进行Illumina MiSeq高通量测序。

1.3 高通量测序数据剖析

本研讨选用Illumina MiSeq PE2 × 125测序办法进行测序。测序数据下机后,依据Barcode拆分不同样本数据,并去除Barcode序列及引物序列,运用FastQC对序列进行质量操控。运用FLASH(v1.2.7,ccb.jhu.edu/software/FLASH/)依据overlap拼接Miseq双端测序数据,拼接成功率操控在90%以上。运用QIIME(1.8,qiime.org/)过滤低质量序列,运用UCLUST (v1.2.22, http://www.drive5.com/uclust/downloads1_2_22q.html)对取得的高质量序列进行操作分类单元(OTU)区分,97%作为类似性阈值,并将取得的OTU与SILVA(Realease123,www.arb-silva.de)非冗余度0.9的16S序列数据库比对,取得各OTU代表序列的分类信息。依据OTU的聚类成果,运用QIIME(1.8,qiime.org/)软件核算各个样本α多样性,以反映本次测序深度、物种均匀性等,并依据注释成果,核算样本间间隔矩阵,进行PCA可视化。运用ANOVA(analysis of variance)办法核算污水厂与反响器中门和纲水平上物种注释的丰度差异状况。运用冗余剖析(RDA)解析微生物与环境因子的相关性。试验规划原始数据上传NCBI网站,数据项目编号(BioSample accession)为SAMN08107549。

1.4 惯例水质目标测定

废水中惯例目标检测办法为:COD选用微波消解法;氨氮选用纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009);硝态氮选用麝香草酚分光光度法(GB/T 5750.5-2006);亚硝态氮运用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法(GB/T 7493-1987);污泥浓度(MLSS)运用恒重法;pH选用PHB-2型pH计;DO选用LDO™ 便携式溶氧仪。

1.5 计算剖析

所得微生物群落结构数据运用SPSS 19.0软件进行差异显着性剖析,P

2 成果与评论

2.1 水质处理作用剖析

对污水厂和试验室反响器AO工艺处理系统进行水质目标监测,别离合计142 d和45 d,其对氨氮和COD处理作用别离如图2和图3所示。

图2 污水厂氨氮和COD去除作用

图3 试验室反响器氨氮和COD处理作用

由图2可知,污水厂进水COD浓度为384~732 mg·L−1,终究出水COD浓度为24~145 mg·L−1,COD去除率为73.54%~96.52%,COD均匀去除率为87.25%。污水厂进水氨氮浓度为256.0~491.0 mg·L−1,终究出水氨氮浓度为1.1~163.0 mg·L−1,氨氮去除率为64.15%~99.66%,氨氮均匀去除率为89.57%。研讨标明,淀粉工业废水含有很多含碳有机物、含氮有机物以及多种微量元素,易被微生物运用分化。本研讨中,污水厂污泥浓度前期较低,在运转第3天取样,污泥浓度为2 215 mg·L−1。为了进步污泥硝化才能,污水厂进步生化池水温,由29 ℃进步到34 ℃,一起延伸污泥停留时刻,到第132天所采样品Z1、Z2污泥浓度已到达3 683 mg·L−1,COD和氨氮浓度去除作用逐步进步。邓仁建等研讨发现,进步污泥浓度有助于进步COD和总氮去除率,在污泥浓度为4 300 mg·L−1时,SBR总磷去除率最高为75.6%。KAWASAKI等研讨发现,污泥浓度较低时,有机物不能被彻底降解;当污泥浓度维持在3 000~5 000 mg·L−1时,处理作用安稳。

由图3可知,试验室AO反响器进水COD浓度为315~478 mg·L−1,终究出水COD浓度为40~80 mg·L−1,COD去除率为78.57%~90.83%,COD均匀去除率为84.22%。进水氨氮浓度为364~521 mg·L−1,终究出水氨氮浓度为49.9~434.7 mg·L−1,氨氮去除率为4.21%~88.50%,氨氮均匀去除率为39.57%。反响器脱氮功率到达88.50%,以为反响器发动成功。COD去除作用改变不显着,前期污泥驯化阶段直到终究,COD去除率均在90%以上,乃至出现0 mg·L−1,证明该试验反响器进水或许存在碳源缺乏的状况,需外加碳源进步脱氮性能。前期(第1~10天)和中期(第11~35天)污泥驯化阶段处理作用较差,后期(第36~45天)处理作用逐步好转,成果标明该淀粉工业污水处理厂的活性污泥对相同氨氮、COD浓度的淀粉工业废水及葡萄糖模仿废水均能到达较好的处理作用。钟复兴等通过接种实践污水厂好氧池污泥,以试验室反响器处理模仿废水时发现,COD和氨氮的去除率别离高达90.9%和90.4%,并基本坚持安稳,这与本研讨成果相共同。





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文章来源:中国吸附剂网

文章标题:不断加速,RTO之AO工艺处理淀粉污水效能及微生物群落

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