ASBR处理水热改性污泥的微生物学特性研究

论文摘要

本文对中温、高温ASBR（厌氧序批式反应器）处理水热改性污泥进行了试验研究,探讨了启动阶段和典型负荷下两种ASBR的运行效果,并采用“DGGE（变性梯度凝胶电泳）技术”作为主要分析手段研究了反应器中细菌及古菌的群落结构及变化。对中温、高温ASBR处理水热改性污泥的快速启动研究结果表明:（1）采用序批式运行方式,能在52d内实现中温ASBR的快速启动。在稳定期,中温ASBR对水热改性污泥的TCOD和SCOD平均去除率分别为94.2%和89.2%。SEM（扫描电镜）和DGGE结果表明,在中温ASBR启动过程中反应器中的微生物形态和种类均发生了变化,稳定期有4种优势细菌和4种优势古菌,主要为球菌、杆菌。（2）采用序批式运行方式,梯度升温法能在131d内较快地启动高温ASBR反应器。在稳定期,高温ASBR对水热改性污泥的TCOD和SCOD平均去除率分别为63.8%和83.3%。SEM和DGGE结果表明,高温ASBR启动过程中反应器中的微生物形态和种类也都发生了变化。稳定期有3种优势细菌和5种优势古菌,主要为球菌、杆菌,其中甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）是主要的优势菌种之一。逐步提高中温、高温ASBR的有机负荷,分别为1.050kgCOD/m3·d、2.098kgCOD/m3·d、4.196kgCOD/m3·d和7.762kgCOD/m3·d,研究各负荷下反应器内的微生物特性。结果表明:（1）长期运行后,高温ASBR中的微生物形态比较单一,主要呈现杆状,尤其以短杆菌为主;而中温ASBR中的微生物形态相对丰富,有球菌、杆菌、丝状菌和螺旋菌等。（2） DGGE结果表明,中温、高温ASBR各有3种优势细菌。甲烷八叠球菌是中温和高温ASBR反应器中的优势古菌之一;高温ASBR中的优势短杆菌为热自养甲烷热杆菌。（3）随着负荷逐渐增大,中温、高温ASBR污泥EPS（胞外聚合物）含量都有所增加,变化幅度均大于50mg/l,且EPS成分的比例发生了变化,同时中温、高温ASBR污泥活性也分别提高了1.1倍和1.2倍。同时采用T-RFLP、FISH分子生物学手段研究了中温、高温ASBR在有机负荷为7.762 kg·m-3·d-1的条件下反应器内微生物的群落结构。结果表明:中温ASBR比高温ASBR生物量多、物种丰富度大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 污泥的处理处置技术
• 1.2.2 国内外污泥处理处置技术发展状况
• 1.2.2.1 国外污泥处理处置技术的发展
• 1.2.2.2 我国污泥处理处置技术
• 1.2.3 污泥的厌氧消化
• 1.2.4 ASBR的研究进展
• 1.2.4.1 ASBR的运行原理
• 1.2.4.2 ASBR的特点
• 1.2.4.3 ASBR运行影响因素（操作条件）
• 1.2.4.4 ASBR运行效果监测指标
• 1.2.4.5 ASBR的应用研究
• 1.2.5 环境微生物群落结构解析技术研究进展
• 1.2.5.1 传统培养分离方法
• 1.2.5.2 群落水平生理学指纹方法（CLPP）
• 1.2.5.3 生物标记物方法
• 1.2.5.4 现代分子生物学方法
• 1.2.5.5 FISH技术
• 1.3 研究目的与意义
• 1.4 研究内容
• 1.5 技术路线
• 第2章 16S rDNA的PCR-DGGE群落结构解析方法的建立
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验药品及设备
• 2.1.1.1 试验药品
• 2.1.1.2 试验设备
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.2.1 DNA提取
• 2.1.2.2 PCR扩增反应
• 2.1.2.3 变性梯度凝胶电泳（DGGE）方法
• 2.2 结论与讨论
• 2.2.1 DGGE条件的优化
• 2.2.2 PCR-DGGE群落结构解析方法的重现性
• 2.3 本章小结
• 第3章 ASBR处理水热改性污泥启动阶段的微生物特性
• 3.1 试验部分
• 3.1.1 试验装置
• 3.1.2 常规分析项目及方法
• 3.2 中温ASBR的快速启动方法与特性
• 3.2.1 污泥性质
• 3.2.2 中温ASBR的序批式启动方法
• 3.2.3 产气量
• 3.2.4 pH值和碱度
• 3.2.5 反应器出泥COD
• 3.2.6 微生物形态
• 3.2.7 微生物种群结构
• 3.3 高温ASBR的快速启动方法与特性
• 3.3.1 污泥性质
• 3.3.2 高温ASBR的梯度升温启动方法
• 3.3.3 产气量
• 3.3.4 pH值与碱度
• 3.3.5 反应器出泥COD
• 3.3.6 微生物形态
• 3.3.7 微生物种群结构
• 3.4 本章小结
• 第4章 ASBR处理水热改性污泥典型负荷下的微生物特性
• 4.1 典型工艺特性下ASBR处理效率
• 4.2 微生物形态的比较
• 4.3 微生物种群结构分析
• 4.3.1 真细菌的种群结构分析
• 4.3.2 古细菌的种群结构分析
• 4.4 污泥内层和外层胞外聚合物
• 4.4.1 实验样品
• 4.4.2 测定方法
• 4.4.2.1 LB-EPS和TB-EPS的提取方法
• 4.4.2.2 多糖的测定
• 4.4.2.3 蛋白质和腐殖酸的测定
• 4.4.3 结果讨论
• 4.4.3.1 污泥负荷对胞外聚合物的影响研究
• 4.4.3.2 污泥负荷对LB-EPS和TB-EPS的影响研究
• 4.5 污泥活性
• 4.6 本章小结
• 第5章 ASBR微生物群落的T-RFLP、FISH方法解析
• 5.1 试验材料
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 T-RFLP分析方法
• 5.2.1.1 DNA提取（详见第二章）
• 5.2.1.2 PCR扩增反应（详见第二章）
• 5.2.1.3 酶切
• 5.2.1.4 脱盐纯化
• 5.2.1.5 毛细管电泳及检测
• 5.2.2 FISH分析方法
• 5.2.2.1 FISH探针
• 5.2.2.2 玻片处理及药品配制
• 5.2.2.3 杂交步骤
• 5.3 结论与讨论
• 5.3.1 样品的T-RFLP图谱分析
• 5.3.2 FISH技术监测
• 5.4 本章小结
• 结论和建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢