丝状膨胀好氧颗粒污泥细菌组成及丝状膨胀的控制

第37卷第1O期2011年10月北京工业大学学报J0URNAL0FBEIJINGUNIVERSITY0FTECHN0L0GYV01．37NO．100ct．2Ol1丝状膨胀好氧颗粒污泥细菌组成及丝状膨胀的控制纪树兰，李建婷，秦振平，刘志培，崔丹红(1．北京工业大学环境与能源工程学院，北京100124；2．中国科学院微生物研究所，北京100080)摘要：采用构建16SrDNA克隆文库方法对发生丝状膨胀的好氧颗粒污泥的细菌种群进行研究．结果表明，丝状膨胀的好氧颗粒污泥共包含六大类群，分别是fl-proteobacteria(36．23％)、Sphingobacteria(20．29％)、6-Pro—teobacteria(13．04％)、Flavobacteria(1O．14％)、T．Proteobacteria(t．45％)和Actinobacteria(1．45％)，通过序列比对可知好氧颗粒污泥中存在Sphaerotilusn~tan$等丝状菌，但根据所占比例确定其不是导致好氧颗粒污泥丝状膨胀的细菌．对膨胀颗粒污泥外边缘的丝状微生物进一步鉴定，发现它属于丝状真菌．试验验证了进水pH随运行时间降低是导致葡萄糖配水培养好氧颗粒污泥发生丝状膨胀的主要原因．采用缩短运行周期、运行过程中投加NaHCO和减少曝气量的方法均可预防好氧颗粒污泥的丝状膨胀，但投加碱度是最直接有效的方法，且在发生丝状膨胀初期还可通过该方法控制膨胀．关键词：好氧颗粒污泥；16SrDNA克隆文库；丝状微生物中图分类号：X172文献标志码：A文章编号：0254—0037(2011)10—1530一O6●好氧颗粒污泥是由多物种的微生物相互聚集形成的团体⋯，它具有沉淀性能优良、抗有机负荷、生物量丰富并能有效脱氮除磷等优点，使得好氧颗粒污泥具有很广阔的应用前景．但是，好氧颗粒污泥在培养和应用过程中存在不稳定性问题，极大地限制了好氧颗粒污泥在废水处理工程中的应用．Liu等指出颗粒污泥不稳定性的重要引发因素是丝状菌的过度生长．好氧颗粒污泥发生丝状膨胀后细菌群落结构发生很大变化，未发生膨胀的好氧颗粒污泥是以丝状菌为骨架，由球菌和杆菌等多种微生物聚集形成的颗粒]，而发生膨胀的颗粒污泥内部丝状菌大量繁殖并伸出颗粒，在颗粒污泥周围缠绕，大量其他微生物由于不适环境，生长受到抑制甚至消失．丝状膨胀好氧颗粒污泥密度低，沉降性能差，结构松散且颗粒不断长大，最终解体．目前虽然已有一些文献报导了好氧颗粒污泥中丝状菌的过度生长问题，但是针对丝状菌过度生长的原因及控制的研究报导还很少．另外好氧颗粒污泥自身独特的结构使得好氧颗粒污泥丝状膨胀的控制对策有别于传统活性污泥，颗粒污泥一旦发生膨胀很难控制．本试验运用构建16SrDNA克隆文库的方法对葡萄糖配水培养好氧颗粒污泥时发生丝状膨胀后颗粒污泥的细菌群落结构进行了研究，并运用丝状微生物鉴定方法对好氧颗粒污泥中的丝状微生物进行进一步的鉴定，然后根据膨胀微生物的生长规律和特点确定导致好氧颗粒污泥发生丝状膨胀的主要原因，从根源上找到预防和控制好氧颗粒污泥丝状膨胀的有效措施，这对于好氧颗粒污泥的成熟培养和实际应用具有重要意义．1材料与方法1．1好氧颗粒污泥的培养好氧颗粒污泥在玻璃圆柱体反应器中培养，反应器高150cm，直径8cm，有效容积5．5L，换水率为70％．采用空气压缩机由反应器底部充入空气，微孔曝气头曝气，转子流量计控制曝气量．收稿日期：2009-09—29．基金项目：北京市自然科学基金资助项目(8102008)；北京市学术创新团队计划资助项目(PHR200907105)作者简介：纪树兰(1953一)，女，北京人，教授．第1O期纪树兰，等：丝状膨胀好氧颗粒污泥细菌组成及丝状膨胀的控制试验进水采用人工葡萄糖配水：p(COD)约为1000mg／L，c(C)：c(N)：c(P)为100：5：1，pH为7．0～7．5．培养过程中反应器运行参数为：进水10min，出水10min，曝气时间为340min减沉淀时间，沉降时间随培养时间逐渐降低．曝气量0．3m／h．反应器运行3周好氧颗粒污泥出现颗粒化，后继续运行2周，好氧颗粒污泥外部出现大量丝状菌，好氧颗粒污泥发生丝状膨胀(见图2)．取膨胀好氧颗粒污泥10g作为污泥样品进行克隆文库的构建．挑取膨胀颗粒污泥外边缘的丝状菌进行丝状微生物的鉴定．自动控制系统i反：．应器：—主～[图1试验装置图Fig．1Schematicrepresentation(a)显微镜片(4()倍)(b)扫描电镜照片(500倍)图2好氧颗粒污泥丝状微生物照片Fig．2Filamentousmicr00ganismsofaerobicgranularsludge1．216SrDNA克隆文库的构建丝状膨胀好氧颗粒污泥的16SrDNA克隆文库的构建及序列分析参