论文摘要
厌氧生物处理工艺具有有机负荷高、能量消耗低、剩余污泥产量少等优点,同时厌氧消化过程中产生的沼气又是一种非常优良的能源,因此厌氧生物处理工艺是一种非常有前途的有机污染物处理工艺。但是丙酸积累问题一直是制约厌氧生物处理工艺实际应用的一个关键因素。本研究利用硫酸盐还原菌对厌氧消化体系中微生物的生态平衡进行调节,提高厌氧微生物对丙酸的快速降解能力,避免厌氧体系出现丙酸积累。本研究所获得的结果可以指导实际厌氧反应器的设计、调试和运行,减少甚至避免厌氧处理过程中的丙酸积累的发生,提高厌氧处理系统的稳定性。本研究以间歇式厌氧反应器为研究对象,研究了硫酸盐还原菌对厌氧消化过程中丙酸转化的影响;添加适量硫酸盐对厌氧反应器稳定性的影响;产酸细菌、产甲烷细菌与硫酸盐还原菌协同厌氧体系的最佳温度、pH条件;硫酸盐添加量对协同厌氧体系的影响。同时在试验过程中,利用PCR-DGGE技术对厌氧污泥中微生物种群结构进行了动态监测。主要研究结论如下:（1）硫酸盐还原作用对厌氧消化过程中丙酸转化影响的研究结果表明,硫酸盐的添加提高了厌氧反应器中丙酸降解的速率,减少了丙酸对产甲烷细菌的抑制作用,从而提高了反应器COD去除率。DGGE图谱显示添加硫酸盐体系中产甲烷菌种群结构发生了变化,优势种群发生了转移。我们认为硫酸盐还原菌对厌氧反应器中丙酸的降解会产生促进作用,因此可以通过硫酸盐还原菌、产酸菌和产甲烷菌之间的协同作用来维持厌氧反应器稳定运行。（2）添加硫酸盐体系和不添加硫酸盐体系对负荷冲击抵抗力的对比研究结果表明,当容积负荷为6kg/m3·d时,添加硫酸盐体系平均COD去除率为76.2%,平均产甲烷量为270 mL/g;不添加硫酸盐体系平均COD去除率为72.9%,平均产甲烷量为259mL/g。当容积负荷为8kg/m3·d时,添加硫酸盐体系平均COD去除率为60%,平均产甲烷量为216 mL/g;不添加硫酸盐体系平均COD去除率为50%,平均产甲烷量为178mL/g。试验结果表明添加硫酸盐体系抵抗负荷冲击的能力比不添加硫酸盐体系强。添加硫酸盐体系和不添加硫酸盐体系对负荷冲击恢复力的对比研究结果表明,负荷冲击后添加硫酸盐体系能较快的恢复到冲击前的处理效果。当冲击负荷为6 kg/m3·d时,添加硫酸盐体系的恢复期为4天,不添加硫酸盐体系的恢复期为6天。当冲击负荷为8kg/m3·d时,添加硫酸盐体系的恢复期为7天,不添加硫酸盐体系的恢复期为11天。DGGE图谱显示负荷冲击前后两个厌氧反应体系中产甲烷菌种群结构发生了变化,但添加硫酸盐体系产甲烷菌群落保持了较好的多样性。我们分析认为负荷冲击前后保持丰富的产甲烷菌多样性是添加硫酸盐体系受冲击负荷影响较小以及恢复正常运行较快的原因之一。添加硫酸盐体系中产甲烷菌丰富的多样性与硫酸盐还原菌代谢作用有关。（3）产酸细菌、产甲烷细菌与硫酸盐还原菌协同体系最佳温度、pH值研究结果表明,35℃为最佳温度运行条件,pH值为7.2是最佳pH值运行条件。（4）硫酸盐添加量对协同体系影响的研究结果表明,当COD/SO42-值为27:1时,硫酸盐还原菌对厌氧反应器运行效果的促进作用最好。当COD/SO42-值低于40:1时,由于硫酸盐浓度过低,硫酸盐还原作用不足以为产甲烷菌创造有利的生存条件,因而不能提高厌氧反应器的运行效果。当COD/SO42-值高于27:1时,硫酸盐还原菌与产甲烷菌的基质竞争和硫化物的毒性作用都可能对厌氧反应器运行效果产生影响,影响硫酸盐还原菌对厌氧反应器运行效果的促进作用。