復合鐵酶促活性污泥絮體結構與生物多樣性分析.pdf

1、上世紀70年代以來，水體富營養(yǎng)化已成為世人矚目的水環(huán)境問題，2007年我國太湖的藍藻爆發(fā)以及2008年山東半島沿海的滸苔事件更是引起廣泛關注。水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象發(fā)生的機理雖然復雜，但其根本原因是水體中氮、磷等營養(yǎng)性物質含量過高造成的，因此，控制氮、磷等植物性營養(yǎng)物質進入水體是解決富營養(yǎng)化問題的根本途徑。針對城鎮(zhèn)污水脫氮除磷處理技術難題，青島理工大學污水處理與資源化課題組提出了復合鐵酶促活性污泥法，其以提高污水處理微生物活性為切入點，采用人

2、為調控鐵離子介入的強化微生物活性的研究策略，利用鐵離子參與電子傳遞作用與酶促反應激活劑作用的原理，強化鐵離子介入微生物生化反應過程，達到提高功能微生物代謝反應活性的目的。其為解決污水生物脫氮除磷系統(tǒng)存在的固有矛盾與瓶頸問題提供了一種全新的思路。該技術在前期大量的實驗室規(guī)模、現(xiàn)場小試以及半生產(chǎn)性實驗研究中，在強化污水生物脫氮除磷能力方面均取得了較為突出的處理效果，特別在抵抗低溫硝化方面取得了重要突破。
　　 本文主要應用能譜分析、

3、PCR-DGGE、PCR-RFLP等16SrDNA分子生物學手段，結合復合鐵酶促活性污泥技術在實際生產(chǎn)運行的城市污水處理廠的應用及現(xiàn)場小試試驗系統(tǒng)，通過對復合鐵酶促活性污泥與普通活性污泥的絮體結構和生物多樣性的分析，目的在于解決微生物多樣性與群落結構變化對系統(tǒng)功能的影響，探討鐵離子對微生物多樣性與群落結構變化的影響。
　　 本研究利用PCR-DGGE、PCR-RFLP等16SrDNA分子生物學方法對不同含鐵量復合鐵酶促活性污泥的

4、種群結構以及主要菌種的種屬進行分析。研究結果表明，(1)不同含鐵量復合鐵酶促活性污泥的微生物種群結構之間存在差異性，其中0.05gFe3+/gMLSS含鐵量的復合鐵酶促活性污泥中微生物多樣性豐度最高;(2)復合鐵酶促活性污泥微生物種群結構相對于普通活性污泥呈現(xiàn)出的差異性，說明鐵離子對活性污泥微生物群落結構及其功能多樣性產(chǎn)生一定影響，促進了微生物的生長，推動了功能微生物對環(huán)境的適應能力;(3)復合鐵酶促活性污泥與普通活性污泥系統(tǒng)中微生物共

5、分11大類。復合鐵酶促活性污泥的優(yōu)勢菌群順序為:β-變形菌綱、γ-變形菌綱、梭菌綱、δ-變形菌綱、暖繩菌綱(分別占79.79％，5.32％，5.32％，2.13％，2.13％)。普通活性污泥系統(tǒng)中優(yōu)勢菌群順序為:β-變形菌綱、α-變形菌綱、γ-變形菌綱、梭菌綱（分別占78.89％，8.89％，5.56％，4.44％)。
　　 采用復合鐵酶促活性污泥技術的城市污水處理廠實際生產(chǎn)系統(tǒng)微生物多樣性研究表明，(1)復合鐵酶促活性污泥實際

6、生產(chǎn)系統(tǒng)的微生物多樣性相當豐富，對外來的環(huán)境沖擊影響表現(xiàn)出較強的動態(tài)穩(wěn)定性。污泥的內外回流不可避免的造成了微生物在不同區(qū)域中的“流動”，因此大部分微生物在不同功能區(qū)域中的種群結構差別不大，在池中不同位置的分布都比較均一。(2)采用相同實際污水為進水的復合鐵酶促活性污泥實際生產(chǎn)系統(tǒng)與小試試驗系統(tǒng)的生物群落多樣性具有較好的一致性，只是各種細菌所占比例發(fā)生微小波動。
　　 本研究采用絮體粒徑分布測定、zeta電位測定、電子能譜元素分析

7、(XPS)、電子能譜元素分析(EDS)等方法，分析了復合鐵酶促活性污泥的絮體結構和存在形式。不同含鐵量(0.01、0.03、0.05、0.08gFe3+/gMLSS)的復合鐵酶促活性污泥胞外聚合物EPS中均未發(fā)現(xiàn)鐵元素。復合鐵酶促活性污泥中的鐵元素被微生物吸收利用，主要存在于微生物細胞內，并參與微生物的新陳代謝，進而提高了活性污泥微生物的代謝反應活性。X射線電子能譜(XPS)分析顯示復合鐵酶促活性污泥中鐵元素的存在形式為一種金屬有機化合