大型城市污水處理廠EEs去除及低水溫下生物增效研究.pdf

1、環(huán)境雌激素（EEs）是水環(huán)境中一類典型污染物，其顯著特點(diǎn)是濃度低、毒副作用大，存在較大的生態(tài)安全隱患，已成為水環(huán)境生態(tài)保護(hù)的又一重要問題。城市污水處理廠(MWWTP)的出水是受納水體補(bǔ)給的重要來(lái)源，亦是水環(huán)境中EEs污染物的主要來(lái)源之一。
　　論文以某大型MWWTP為研究對(duì)象，采用重組基因酵母法檢測(cè)EEs活性、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)檢測(cè)EEs濃度、16S rDNA-PCR擴(kuò)增測(cè)序技術(shù)解析微生物群落多樣性、PICRUSt軟

2、件系統(tǒng)預(yù)測(cè)微生物功能結(jié)構(gòu)等研究，探討活性污泥污水處理(AS)和污泥厭氧消化(AD)兩種生物系統(tǒng)的EEs賦存、去除規(guī)律及微生物群落和功能信息。在低水溫下，選用商用硝化菌作為增效劑，對(duì)AS系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)研究，以考察低溫生物增效技術(shù)對(duì)其硝化功能和EEs活性去除的影響。
　　重組基因酵母法、錦鯉卵黃蛋白原、雄性錦鯉性腺指數(shù)3種生物學(xué)檢測(cè)方法對(duì)污水中EEs活性的檢測(cè)結(jié)果一致，基于生物倫理和便于操控考慮，選用重組基因酵母法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，污水樣品

3、中液相EEs活性當(dāng)量占比為93.5％～97.7％。采用GC-MS對(duì)水樣中EEs類化合物檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，樣品中雙酚A(BPA)、乙炔雌二醇(EE2)、雌酮(E1)和雌二醇(E2)的檢出率分別為100％、33％、28％和17％，未檢出4-正壬基酚(4-n-NP)和4-正辛基酚（4-n-OP），原污水、二沉池出水中BPA濃度分別為611～1420ng/L和110～406ng/L，以其作為EEs的主要代表化合物。
　　對(duì)不同季節(jié)的缺氧-厭氧-好

4、氧(A2O)工藝AS系統(tǒng)的硝化能力、EEs活性去除能力和微生物信息研究發(fā)現(xiàn)，冬季低溫時(shí)氨氮和EEs活性（以EEq計(jì)）去除率最低，分別為90.6％和76.9％，微生物豐富度和多樣性指數(shù)也最低。不同季節(jié)的活性污泥中，微生物群落多樣性差異較大，在“脂類代謝”和“外源性物質(zhì)的生物降解和新陳代謝”等六個(gè)代謝子路徑變化幅度大于5％，“氨基酸代謝”、“碳水化合物代謝”和“能量代謝”3個(gè)主代謝功能無(wú)明顯差異(變化幅度小于5％)。
　　夏季不同工藝

5、、污泥停留時(shí)間(SRT)和水力停留時(shí)間（HRT）的AS系統(tǒng)硝化能力和EEs活性去除能力大小依次為:A2O+接觸氧化聯(lián)合工藝（Ⅳ系列）＞長(zhǎng)SRT和HRT的A2O工藝（Ⅴ系列）＞短SRT和HRT的A2O工藝(Ⅰ系列)。不同工藝、SRT和HRT的AS系統(tǒng)微生物群落多樣性無(wú)明顯差異。
　　基于已知8個(gè)雌激素降解酶的功能基因，利用已知EEs降解菌、Integrated Microbial Genomes&Microbiomes(IMG)系統(tǒng)

6、和PICRUSt軟件系統(tǒng)對(duì)不同季節(jié)活性污泥16S rDNA-PCR擴(kuò)增測(cè)序結(jié)果進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，提出“已知EEs降解菌豐度”、“群落優(yōu)勢(shì)菌預(yù)估的EEs降解功能指數(shù)”、“PICRUSt預(yù)測(cè)的EEs降解基因豐度”3種微生物群落EEs降解能力評(píng)估模型，以夏季不同工藝、SRT和HRT的AS系統(tǒng)（Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ系列）測(cè)序結(jié)果分析驗(yàn)證，PICRUSt預(yù)測(cè)的EEs降解基因豐度與實(shí)測(cè)的EEs活性二級(jí)去除效果一致，說明該模型適于評(píng)估AS系統(tǒng)微生物EEs降解能力

7、。
　　混合污泥（初沉污泥+濃縮剩余污泥）經(jīng)厭氧消化后的水相中氨氮、總磷和總氮濃度分別是消化前的31、48和23倍，而EEs活性略高于消化前，因此水相的回流不會(huì)加重AS系統(tǒng)的EEs負(fù)荷。AS與AD系統(tǒng)PICRUSt預(yù)測(cè)的EEs降解基因豐度分別為0.174％～0.183％和0.184％～0.202％，基因豐度相近，但因其所處生物反應(yīng)條件不同，AS與AD系統(tǒng)的微生物群落多樣性和主代謝功能“碳水化合物代謝”均存在較大差異。
　　基

8、于以上研究，為提高污水處理廠對(duì)EEs的總?cè)コ剩诘退疁叵?，選取對(duì)EEs活性去除效果較差的AS系統(tǒng)作為試驗(yàn)對(duì)象，選用商用硝化菌作為生物增效劑，進(jìn)行硝化和EEs降解能力強(qiáng)化工程試驗(yàn)具有實(shí)際意義。在試驗(yàn)前、投料初期、末期，AS系統(tǒng)對(duì)EEs活性的二級(jí)去除率分別為84.1％、89.2％、89.2％，PICRUSt預(yù)測(cè)的EEs降解基因豐度分別為0.178％、0.185％、0.185％，硝化功能基因指數(shù)分別為0.30、0.33、0.36。試驗(yàn)前、后

9、二沉池出水中氨氮濃度均值分別為15.6mg/L、4.37mg/L，亞硝態(tài)氮濃度均值分別為3.97mg/L、0.41mg/L，硝態(tài)氮濃度均值分別為5.48mg/L、15.45mg/L，氨氮和亞硝態(tài)氮濃度降低，硝態(tài)氮濃度升高。投加硝化菌對(duì)AS系統(tǒng)微生物的主要代謝功能、CODCr去除效果、污泥產(chǎn)率系數(shù)和微生物相等無(wú)顯著影響，硝化類功能基因指數(shù)提高，亞硝態(tài)氮生物轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的能力提升。EC:1.14.13.-和E1.14.-.-是主要的BPA降

10、解基因，菌劑的投加，AS系統(tǒng)微生物優(yōu)勢(shì)菌群中的BPA第ii類代謝途徑的關(guān)鍵功能基因（E1.14.-.-和E4.2.1）指數(shù)升高。BPA污泥負(fù)荷由8.83ng BPA/kg MLSS·d上升至菌劑投加中期21.06ng BPA/kg MLSS·d時(shí)，仍能夠保持較高的BPA二級(jí)去除率，BPA削減量為105.9g/d。
　　在EEs降解能力強(qiáng)化試驗(yàn)?zāi)┢?，初沉池發(fā)生異常擾動(dòng)，造成AS系統(tǒng)揮發(fā)性污泥濃度(MLVSS)與污泥濃度(MLSS)比