[01746089]真菌负载活性炭技术用于难降解工业废水的深度处理研究

本成果是根据“河南省科技创新杰出青年计划-典型工业废水中难降解有机污染物的真菌降解及深度处理研究（104100510006）”、“国家自然科学基金-基于宏转录技术对活性污泥在适应印染废水过程中微生物种群结构和功能活性的演变机制研究（21077032）”项目任务,经过连续三年的研究取得的。项目围绕难降解工业废水中持久性有机污染物的深度处理开展工作。建立了以酵母菌群为主体的混合真菌负载活性炭的好氧上流式生物反应器,对经常规物化-生化处理的难降解工业废水的二级出水进行深度处理,并与未负载生物的活性炭反应器、负载活性污泥的活性炭反应器和多种化学氧化方法的处理效果相比较。同时采用最新分子生物学技术,对反应器运行过程中微生物的存留情况、菌群结构进行追踪,建立反应器运行的分子生物学监控技术。取得的主要研究成果和创新点如下： 1、构建了以酵母菌为主体、混合真菌菌群负载活性炭的上流式连续小试反应器,对难降解印染废水和造纸废水进行深度处理,达到较好的处理效果 本研究利用筛选获得的高效脱色酵母菌群和降解性真菌菌群负载活性炭,构建真菌负载活性炭反应器,对难降解工业废水的二级出水进行深度处理。小试反应器有效容积 7.12 L,进水流量0.593 L/h,曝气量16 L/h,水力停留时间12 h,DO含量4～6 mg/L。反应器连续运行6个月,在印染废水COD435～757 mg/L、色度160～240倍波动的情况下,COD、色度去除率均达到80%;在造纸废水COD363～454 mg/L、色度128-160倍变化的情况下,COD、色度去除率分别达到66%、86%,实现废水达标排放。实验同时构建对照组的纯活性炭反应器、活性污泥负载活性炭反应器,在相同条件下深度处理印染废水和造纸废水。结果显示,真菌负载活性炭反应器对两种难降解工业废水的深度处理效果明显较好,而以酵母菌为主体、混合真菌负载活性炭的废水深度处理技术国内还未见报道。 2、利用分子生物学技术,对反应器运行中微生物的存留、菌群结构变化进行追踪,建立分子生物学监控技术 采用平板菌落计数、DAPI染色计数、荧光定量PCR法对真菌负载活性炭反应器中不同类群微生物的丰度变化进行了追踪。结果表明,从种污泥到反应器运行稳定,细菌始终在系统中占优势地位,其次是放线菌,真菌最少,且反应器下层微生物多于上层;真菌负载活性炭反应器中真菌与细菌的比例始终高于两个对照组。PCR-DGGE、高通量测序分析结果表明,反应器中的优势细菌是变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门;而原活性污泥中的优势菌是变形菌门、厚壁菌门、放线菌门和拟杆菌门。由此可知,随着反应器的运行,厚壁菌门、放线菌门的细菌逐渐被拟杆菌门和绿弯菌门取代;而真菌负载活性炭反应器中投加的高效脱色真菌在反应器运行30天后有所减少,需定时补充。 3、混合真菌负载生物膜的印染废水深度处理技术在实际企业得到成功应用 本研究中的真菌负载生物膜废水深度处理技术在小试研究的基础上,结合企业实际,为新乡市联达印染有限公司等企业设计了日处理1000吨废水的印染废水处理和深度处理工艺,在进水COD 1900～-4500 mg/L、色度500-700的条件下,最终出水COD不超过100 mg/L,色度不超过50,达到新乡市废水排放要求,具有明显的环境和经济效益。而利用生物法对该类废水进行深度处理的例子还未见报道,这也是生物强化技术在应用上的突破和创新。 4、利用分子生物学技术对实际印染废水处理系统中微生物群落结构变化进行追踪 利用定量PCR、PCR-DGGE、16S rDNA分析以及高通量测序技术对上述实际工程中从种污泥到系统稳定运行过程中的微生物群落结构变化进行了追踪。结果表明,微生物群落结构变化明显。随着系统的运行,细菌多样性逐渐增加,真菌和古菌多样性逐渐减少,类群趋于单一。但无论微生物群落如何变化,系统的处理效果并未降低,还还略有上升,说明微生物具有巨大的功能冗余性。三大类微生物的定量研究结果表明,在二级处理单元中由于加入了真菌菌群,因而真菌数量明显大于种污泥,随着反应的运行,真菌比例逐渐降低,但仍明显高于一级生化处理单元,说明实际工程中,真菌能够在二级生化单元长期存留。研究还发现,二级生化处理单元的古菌比例甚至略高于细菌,至于古菌在难降解污染物降解方面的功能尚需深入研究,而利用分子生物学技术对印染废水处理系统构建过程中微生物群落的进化研究目前国内外还未见报道。