菌絲球生物載體的構建及其強化廢水處理效能研究.pdf

1、生物強化技術對改善廢水處理系統(tǒng)的出水水質及提高運行的穩(wěn)定性具有重要的作用,也是廢水處理領域的熱門研究方向之一。該技術以生物載體為依托,在保持功能菌數(shù)量和活性的基礎上,強化功能菌對目標污染物的去除作用。因此,開發(fā)相容性好、不改變現(xiàn)有處理系統(tǒng)工藝的生物載體,以期最大限度地發(fā)揮生物強化技術的效能是十分必要的。特別是利用生物質材料如稻草、竹絲等為生物載體,成為目前的熱點?；诖?本研究致力于菌絲球的研發(fā),將其作為一種新型的生物載體用于難降解污染

2、物的去除。
　　以黑曲霉Y3形成的菌絲球為對象,研究了載體菌絲球的制備條件和生長、結構等特性。結果表明,蔗糖和氯化銨是菌絲球生長的最適碳源和氮源,最佳量分別為10g/L和1g/L。環(huán)境因子中溫度和剪切力對菌絲球制備過程影響顯著,在一定范圍內升高溫度有利于菌絲球生物量的增加,160r/min形成的剪切力條件下菌絲球生物量達到最大,約為5.25g/L培養(yǎng)基。菌絲球生長迅速(從孢子接種到菌絲球成熟只需要72h),沉降性能良好(球徑3mm

3、的菌絲球沉速約為0.01m/s),其屬于大孔隙結構載體、表面帶正電荷、菌絲表面附有以糖和蛋白為主的胞外聚合物。通過吸附實驗證明,菌絲球對細菌具有良好的吸附性能,吸附量達7.7×1010cfu/g菌絲干重,且可以將菌絲球或固定特定功能菌的混合菌絲球冷凍干燥保存。
　　菌絲球大孔隙結構的特點,造成其應用過程中存在結構穩(wěn)定性差、易破損的問題。為此,通過投加生物絮凝劑的方法,提高菌絲球的結構穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)菌絲球的同時添加生物絮凝劑

4、,可以不改變菌絲球的內部結構,其完整率由75.1％提高到83.6%,干重由0.0677g/100mL提高到0.0767g/100mL。另外,改變反應器的結構,實現(xiàn)定向導流,避免混亂剪切力對菌絲球造成的破壞,也可以提高菌絲球結構的穩(wěn)定性,延長其使用壽命。
　　采用序批式反應器(SBR),考察了菌絲球作為生物質載體固定苯胺降解菌,對目標污染物的降解效能。結果顯示,系統(tǒng)運行7周期后,對苯胺的去除穩(wěn)定,達到0.9mg/(mg生物量·d),

5、而活性污泥系統(tǒng)的去除量僅有0.6mg/(mg生物量·d),證明菌絲球作為生物質載體是可行的,能夠有效地實現(xiàn)工程菌群的固定化、維持系統(tǒng)菌群結構的穩(wěn)定性和對目標污染物的高效降解。為了進一步提高功能菌的活性,在系統(tǒng)中添加電氣石,反應系統(tǒng)的啟動時間從7個周期縮短到1個周期,系統(tǒng)啟動加速,且系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。
　　運用生態(tài)位分離理論和微生物協(xié)同代謝的原則,實現(xiàn)載體菌絲球固定菌群的多樣性和功能性,將多種功能菌群固定在菌絲球上,并投加到序批式

6、氣升反應器(SBAR)系統(tǒng)中。系統(tǒng)運行結果表明,逐步提高進水苯胺濃度,系統(tǒng)出水指標穩(wěn)定,對沖擊負荷有較強的抵抗能力,苯胺降解和硝化反硝化過程順利進行,氮的去除率達到80%左右,解決了苯胺廢水處理出水氨氮濃度過高的問題。群落組成分析表明,菌群主要由變形細菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria)組成,菌群組成穩(wěn)定、多樣性豐富,固定的功能菌能穩(wěn)定存在。
　　為了驗證菌絲球作為生物質載體對底物適應的廣

7、譜性,選擇菌絲球固定苯酚降解菌,探討此類廢水的處理效能。研究結果表明,苯酚降解菌在系統(tǒng)中穩(wěn)定存在,運行5個周期后,系統(tǒng)對酚類化合物和TOC的凈化效果穩(wěn)定,對總酚的去除效能達到0.5mg/(mg生物量·d),高于對照活性污泥系統(tǒng)的0.4mg/(mg生物量·d)。系統(tǒng)群落菌群主要由變形細菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)和桿菌門(Bacteroidetes)組成,菌群組成穩(wěn)定、多樣性豐富,證明菌絲