何 強,孫興福,艾海男,劉鴻霞,李茂林 (重慶大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室,重慶 400045)

兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器運行效能及其微生物特性

何 強*,孫興福,艾海男,劉鴻霞,李茂林 (重慶大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室,重慶 400045)

為考察兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器(TISTD)的處理效能和影響因素,試驗研究了反應(yīng)器在不同污泥投配率下的運行效能,并通過顯微鏡、掃描電鏡觀察污泥中微生物的形態(tài)和種類,同時通過厭氧培養(yǎng)和分離,以或然計數(shù)法(MPN)確定優(yōu)勢菌株,用16S rDNA測序分析及系統(tǒng)發(fā)育分析研究優(yōu)勢菌株.結(jié)果表明,在中溫條件 35℃±2℃下,TISTD反應(yīng)器最佳污泥投配率為 30%,在此投配率下,排泥含水率達(dá)到92.1% ,VS/TS0.2～0.25,產(chǎn)氣量為40.35L/d;污泥顯微鏡觀察結(jié)果顯示,有各種形態(tài)的變形蟲、豆形蟲、鞭毛蟲和纖毛蟲等原生動物,內(nèi)反應(yīng)器污泥電鏡掃描照片顯示包括各種絲狀菌、桿狀菌、球狀菌以及體積較大的菌膠團(tuán),污泥中的微生物種群表現(xiàn)出高度的多樣性;16S rDNA序列分析及系統(tǒng)發(fā)育樹分析結(jié)果顯示,外反應(yīng)室的優(yōu)勢菌分屬芽孢桿菌屬,證明外反應(yīng)室的反應(yīng)處于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段,是污泥水解酸化的主要場所;內(nèi)反應(yīng)室的優(yōu)勢菌分屬于甲烷螺菌屬,證明內(nèi)反應(yīng)室是適合產(chǎn)甲烷菌生長并產(chǎn)氣的主要場所,從而實現(xiàn)了污泥同時濃縮消化的生物相分離.

污泥；濃縮消化；TISTD反應(yīng)器；微生物特性

針對傳統(tǒng)的污泥厭氧處理工藝存在的負(fù)荷低、消化時間長、投資費用高等問題,開發(fā)新的高效、低耗的污泥厭氧工藝非常迫切[1-4].基于沉降動力學(xué)和生物反應(yīng)動力學(xué)等理論,本課題組研發(fā)了新型兩相一體式污泥濃縮消化反應(yīng)器(TISTD),該反應(yīng)器的主體是由外應(yīng)室、內(nèi)反應(yīng)室和三相分離器 3個部分組成,實驗室試驗及中試試驗證明,該反應(yīng)器具有良好的污泥濃縮消化功能,消化效果優(yōu)于普通濃縮池、消化池[5-10].

本質(zhì)上看,TISTD反應(yīng)器依然遵循厭氧消化過程的3階段理論,其處理效能高低直接同反應(yīng)器中微生物有關(guān),而微生物之間既協(xié)同作用,又相互影響、制約[3,11-16].TISTD反應(yīng)器中有兩種關(guān)系極為密切的功能菌群:產(chǎn)酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群,產(chǎn)酸菌將有機物轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機酸,而產(chǎn)甲烷菌利用這些有機酸轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳等氣體從而實現(xiàn)污泥的減量化[17-20].在這個過程中,對于污泥消化來說,這2類菌群之間必須達(dá)到某種平衡才可使反應(yīng)器的運行處于一種穩(wěn)態(tài),但是這2類菌群之間的平衡是脆弱的,這是由于2種微生物在生理學(xué)、營養(yǎng)需求、生長速度及對周圍環(huán)境的敏感程度等方面存在較大的差異[21-23].

本研究從微生物學(xué)角度出發(fā),探索TISTD反應(yīng)器在最優(yōu)工況下反應(yīng)器內(nèi)微生物的分布特性及優(yōu)勢菌屬,為進(jìn)一步優(yōu)化TISTD反應(yīng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運行參數(shù)、提高污泥處理效能提供微生物學(xué)理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 TISTD的控制與運行

本反應(yīng)器由外反應(yīng)室、內(nèi)反應(yīng)室、沉淀出水區(qū)、污泥壓縮區(qū)及集氣室5部分組成(圖1).外反應(yīng)室與內(nèi)反應(yīng)室下部通過水孔相連接,頂部連接三相分離器,表1所列數(shù)據(jù)為本反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)[9].

表1 TISTD反應(yīng)器的構(gòu)造參數(shù)Table 1 Construction parameters of TISTD

試驗污泥取自重慶市雞冠石污水處理廠二沉池,由外反應(yīng)室的底部進(jìn)入,在外反應(yīng)室完成初步濃縮和水解酸化過程后沉降,沉淀下來的污泥經(jīng)過底部過水孔進(jìn)入內(nèi)反應(yīng)器,在內(nèi)反應(yīng)器里進(jìn)行濃縮消化處理,然后經(jīng)由三相分離器實現(xiàn)氣水、泥水的分離,消化污泥由反應(yīng)器底部排出,沼氣由氣液分離器頂部經(jīng)洗氣瓶和濕式氣體流量計計量后排出,上清液由反應(yīng)器出水區(qū)排至計量水箱測定體積后排出[8].

圖1 TISTD反應(yīng)器剖面及運行原理Fig.1 Cutaway view and treatment principle of the TISTD

接種污泥取至初沉池,污泥接種量為 50L,當(dāng)天進(jìn)二沉池污泥 20L,對接種污泥進(jìn)行馴化,并逐漸升高反應(yīng)器內(nèi)的溫度至35℃左右(1℃/h),之后把溫度控制在 35℃±2℃.每天按照投配率的10%即 11L加入剩余污泥以間歇進(jìn)泥,間歇排水和間歇排泥的方式進(jìn)行繼續(xù)培養(yǎng)馴化.初期不排泥,在運行了大約28d時,反應(yīng)器的產(chǎn)氣穩(wěn)定,排泥含水率、VS/TS以及產(chǎn)氣量達(dá)到較為穩(wěn)定水平,表明反應(yīng)器內(nèi)形成了較為穩(wěn)定的微生物種群結(jié)構(gòu),即完成反應(yīng)器的啟動.然后在保持溫度不變,每天(24h)攪拌4次,每次攪拌時間30min下,控制反應(yīng)器使之在污泥投配率分別為 20%、30%、40%、50%(即污泥的投加量分別為 22,33,44, 55L/d)時達(dá)到穩(wěn)定運行狀態(tài),即反應(yīng)器在該投配率條件下產(chǎn)氣穩(wěn)定,排泥含水率、VS/TS達(dá)到相對穩(wěn)定水平,每個階段在效果穩(wěn)定一周后提高投配率進(jìn)入下一運行階段[10].

1.2 分析項目及方法

每24h在反應(yīng)器中下部的取樣口取樣一次,污泥含水率、COD以及VS/TS的測定,采用國際標(biāo)準(zhǔn)方法[24];產(chǎn)氣量采用濕式氣體流量計,pH值直接用哈希pH測定儀;揮發(fā)性有機酸(VFA)的分析采用碳酸鹽堿度-VFA聯(lián)合滴定法[25].

1.3 厭氧菌株的分離和培養(yǎng)

取1g污泥樣品,在厭氧條件下,采用10倍梯度稀釋法, 無菌移液管取稀釋液 0.5mL加入平板, 無菌刮涂布后于恒溫(35℃±2℃)、厭氧條件下培養(yǎng)待用.

微生物的培養(yǎng)用厭氧工作站(Bugbox,英國Ruskinn公司),供氣采用H2-CO2混合氣體(體積比 4:1).采用甲烷菌培養(yǎng)基和厭氧產(chǎn)酸菌培養(yǎng)基兩種培養(yǎng)基分別、同時同條件下培養(yǎng)[26],培養(yǎng)基的配制方法參考 Hungate[27]和孫征等[28]的方法,微生物計數(shù)采用或然數(shù)法(MPN法)[29].培養(yǎng)基的配方如下:產(chǎn)甲烷菌:乙酸 3.5g,甲醇 3.5g,磷酸二氫鉀0.4g,磷酸氫二鉀0.4g,氯化鎂0.1g,氯化銨1g,酵母汁1g,水1000mL.另外加入還原劑L－半胱氨酸和指示劑刃天青,使用前每5m1加入3%硫化鈉0.lmL,pH7.0.

厭氧產(chǎn)酸菌:磷酸氫二鉀0. 4g,氯化銨1g,酵母膏1g,氯化鎂1g,葡萄糖8g,氯化鈉1g,1%溴甲酚紫指示劑 5mL,L－半胱氨酸和氧化還原指示劑刃天青, 水1000mL,pH7.0～7.2.

1.4 16S rDNA V3區(qū)擴增與TGGE電泳

用于16S rDNA擴增的PCR反應(yīng)引物為通用引物:正向引物 8F:AGAGTTTGATCCTG GCTCAG;反向引物 1495R:CTACGGCTACCT TGTTACGA.采用菌落PCR方法.

模板制備:用接種針挑取少量單菌落至30μL滅菌超純水(盛放在 PCR管中),置于 PCR儀中98℃加熱 5min,再轉(zhuǎn)移到 1.5mL離心管中以8500r/min離心10min.上清液轉(zhuǎn)移出來作為模板備用.

PCR反應(yīng)體系的組成和反應(yīng)條件如下:總反應(yīng)體積為25μL,其中含16μL雙蒸水,2.5μL Buffer (含 Mg2+),引物稀釋到 10pmol/uL,P1和 P2各1μL,DNA模板2μL,2U Taq聚合酶(鼎國生物技術(shù)有限公司).以TE取代模板DNA做空白對照.溫度設(shè)置:95℃預(yù)變性5min;94℃變性1min;56℃退火1min;72℃延伸1min30s,共35個循環(huán),最后72℃延伸10min結(jié)束反應(yīng).所得產(chǎn)物由瓊脂糖電泳檢測,經(jīng)切膠回收、PCR擴增、TGGE鑒定后送交測序公司進(jìn)行測序.

2 結(jié)果與討論

2.1 TISTD反應(yīng)器的運行效果

pH值、揮發(fā)性有機酸(VFA)是厭氧消化過程中重要的影響因素,并且揮發(fā)性脂肪酸(VFA)是厭氧消化過程的重要中間產(chǎn)物.根據(jù)甲烷發(fā)酵3階段理論,有72%的甲烷來自乙酸的裂解,只有28%的甲烷來自H2的氧化和CO2的還原,而乙酸大部分是由產(chǎn)酸菌氧化乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等VFA而生成.運行良好的厭氧消化反應(yīng)器,其VFA濃度應(yīng)小于500mg/L,最好是低于300mg/L[30].由圖2可見,反應(yīng)器內(nèi)部的pH值和VFA在每次提高投配率之后的2d,其變化的幅度都非常大,即VFA突然大幅增加, pH值大幅降低,之后又趨于平穩(wěn).但基本上都在厭氧消化需要控制的范圍之內(nèi),2～3d之后又趨于平穩(wěn).說明本反應(yīng)器在設(shè)計工況下運行狀況良好,具有抵抗沖擊負(fù)荷的能力,能夠滿足厭氧消化的需要.總體上來看,外反應(yīng)室的pH值較內(nèi)反應(yīng)室低,外反應(yīng)室pH 6.65～7.05,內(nèi)反應(yīng)室的pH 6.9～7.5;相應(yīng)地,外反應(yīng)室的VFA濃度要高于內(nèi)反應(yīng)室,外反應(yīng)室的VFA濃度的平均值大約在380mg/L左右,內(nèi)反應(yīng)室的VFA濃度的平均值約在290mg/L.根據(jù)厭氧消化的3階段理論分析,可能的原因是外反應(yīng)室的條件利于水解酸化菌群和產(chǎn)酸菌群的生長繁殖而導(dǎo)致有機酸大量積累,是污泥水解酸化的主要場所;內(nèi)反應(yīng)室的有機酸被微生物降解,導(dǎo)致有機酸濃度降低pH值升高,是產(chǎn)甲烷的主要場所.

從圖3可以看出,隨著投配率的增大,反應(yīng)器排泥含水率未呈現(xiàn)規(guī)律性變化,當(dāng)投配率為 20%的時候,排泥含水率反而有所降低,平均含水率達(dá)到 89.3%,之后隨著投配率的增加,排泥含水率急劇的升高.在達(dá)到設(shè)計水平的投配率下時,排泥平均含水率為 92.1%,可以認(rèn)為反應(yīng)器對30%的投配率仍具有較好的濃縮結(jié)果,特別是對于沒有污泥脫水設(shè)施的小型污水處理廠,有利于污泥的直接干化處理.投配率為40%的時候,排泥平均含水率為 95.5%,仍然較一般的污泥消化池的排泥低,且此狀態(tài)下的污泥不失流動性,對于有污泥脫水處理設(shè)施的污水處理廠而言,可參照此參數(shù)運行.當(dāng)投配率再提高時,排泥含水率增大,反應(yīng)器的處理效能已接近普通消化池.可以認(rèn)為是超出了反應(yīng)器最大承受能力了,導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)的微生物生態(tài)系統(tǒng)紊亂甚至崩潰.

圖2 反應(yīng)器污泥在運行期間的pH值與VFA變化Fig.2 Change of pH and VFA during operating stage

由圖 3可以看出,投配率￡30%的時候,反應(yīng)器的進(jìn)泥 VS/TS 0.53～0.77,排泥含水率穩(wěn)定在0.2～0.25;當(dāng)投配率為 40%時,進(jìn)泥 VS/TS 0.58～0.78,出泥的VS/TS值已經(jīng)上升至0.3～0.45;當(dāng)投配率為 50%時,進(jìn)泥 VS/TS 0.51～0.70,出泥的VS/TS值逐漸變?yōu)?.38～0.44.從VS/TS的變化可以看出,30%的投配率是反應(yīng)器運行的一個拐點,對于 30%以下的投配率反應(yīng)器有著穩(wěn)定運行、消化良好的試驗效果,對于30%以上的投配率,污泥消化效果較差.

由圖3可知,當(dāng)投配率小于30%時候,每天的產(chǎn)氣量與投配率為線性關(guān)系,投配率繼續(xù)增加,每天的產(chǎn)氣量增幅減少,甚至出現(xiàn)了降低的情況,如在投配率為50%的時候,產(chǎn)氣量為43.62L/d,而投配率為40%的時候,產(chǎn)氣量為44.57L/d.同時,當(dāng)投配率小于等于30%時,每m3污泥的平均產(chǎn)氣量與投配率呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系,投配率再增加,每立方米污泥的平均產(chǎn)氣量由1.21m3下降至0.8m3.2個產(chǎn)氣量曲線在 30%的投配率前都是近似的線性關(guān)系說明,隨投配率的提高反應(yīng)器內(nèi)易被厭氧降解的基質(zhì)相應(yīng)增加,因而厭氧產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌迅速增殖使產(chǎn)氣量呈線性增加;當(dāng)投配率達(dá)到一定到程度(投配率高于 30%)后,每天的產(chǎn)氣量幾乎不變,但是每天的進(jìn)泥量卻在增加,所以單位污泥的產(chǎn)氣量下降.分析可能的原因是,隨著投配率的進(jìn)一步增加,反應(yīng)器內(nèi)易降解的有機質(zhì)大幅增加而致使產(chǎn)酸菌過量繁殖,導(dǎo)致VFA過量積累,最終抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性,所以在投配率高于30%時繼續(xù)提高污泥投加量,產(chǎn)氣量不再增加或上升反而有下降的趨勢.

圖3 不同投配率下反應(yīng)器產(chǎn)氣量、污泥含水率和VS/TS變化Fig.3 Treatment efficiency variety curve of reactor in different stable operating stage

研究結(jié)果表明,TISTD反應(yīng)器內(nèi)的微生物種群在投配率為 30%時,呈現(xiàn)一個較好的生態(tài)平衡狀態(tài),即整個反應(yīng)器內(nèi)的微生物與環(huán)境之間、微生物各種群之間達(dá)到高度的適應(yīng)、協(xié)調(diào)與統(tǒng)一的狀態(tài).當(dāng)?shù)陀?0%的投配率時,系統(tǒng)中多種微生物的生長、代謝與繁殖所需的有機質(zhì)不足,致使種群數(shù)量較少,種群結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,此時反應(yīng)器處理效能低、產(chǎn)氣量低且不穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷能力低.投配率過高,易被微生物降解的有機物過剩,水解酸化菌群和厭氧產(chǎn)酸菌群密度急劇增加,揮發(fā)性有機酸大量積累,產(chǎn)甲烷菌群的活性被抑制,直至TISTD反應(yīng)器內(nèi)厭氧消化過程中微生物種群結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)被打破,污泥的厭氧消化趨于停滯狀態(tài),反應(yīng)器的處理效能反而不高.

2.2 微生物形態(tài)觀察及細(xì)菌群落計數(shù)

圖4 TISTD系統(tǒng)外部反應(yīng)室污泥光學(xué)顯微鏡照片(×400)Fig.4 Optical microscope photographs of sludge in the outer reaction chamber of TISTD(×400)

在最優(yōu)工況下,分別取內(nèi)外反應(yīng)器污泥做光學(xué)顯微觀察和電鏡掃描.從圖4可以看到,外反應(yīng)室的污泥微生物種類較多,有各種形態(tài)的草履蟲、豆形蟲和纖毛蟲等原生動物,呈團(tuán)狀存在或零星分布,而內(nèi)反應(yīng)室污泥在光學(xué)顯微鏡下幾乎觀察不到微生物,分析可能的原因,一是因為內(nèi)反應(yīng)室的微生物種群由于細(xì)胞個體太小,在光學(xué)顯微鏡下無法看見;二是因為內(nèi)反應(yīng)室處于嚴(yán)格的厭氧條件,在外反應(yīng)室中的原生動物無法在內(nèi)反應(yīng)室中適應(yīng)、生存.圖 5中的(a)(b)(c)(d)分別為同一時期內(nèi)反應(yīng)室污泥的不同樣品的掃描電鏡圖片,可以看出,內(nèi)反應(yīng)室污泥中菌群種類復(fù)雜,各種形態(tài)的細(xì)菌互營互生,菌絲交錯相互結(jié)合形成了復(fù)雜的菌群結(jié)構(gòu),細(xì)胞形態(tài)包括球狀、桿狀等,有許多菌膠團(tuán)存在.

圖5 TISTD反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)室污泥微生物電鏡掃描鏡照片(′15000)Fig.5 Sludge microorganisms by SEM micrograph in inner TISTD reactor(′15000)

圖6 厭氧分離純化的優(yōu)勢菌株光學(xué)顯微鏡照片(′400)Fig.6 Photographs of predominant strains by optical microscope(′400)

表2 內(nèi)外反應(yīng)器中菌落計數(shù)結(jié)果Table 2 Colony counting results of reactor

圖6中分離培養(yǎng)的厭氧菌株包含的形態(tài)也呈多樣性分布,得到的菌株形態(tài)比較整齊一致,純化結(jié)果較好.說明了厭氧工作站為厭氧微生物的培養(yǎng)提供了良好的條件,可以進(jìn)行厭氧細(xì)菌的計數(shù)分析.但從表3中可以看出, 采用稀釋活菌落計數(shù)法,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)室中厭氧細(xì)菌數(shù)量并不高.這很可能是由于反應(yīng)室中許多細(xì)菌屬于未培養(yǎng)微生物.

經(jīng)分離純化培養(yǎng),從系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)室污泥中分離純化選出 20株細(xì)菌,分別標(biāo)號為:內(nèi)反應(yīng)室,N1～N10;外反應(yīng)室,W1～W10.經(jīng)菌落計數(shù)(表3),其中數(shù)量最多的只有 6株,編號為 N4,N5,N6, W3,W4,W9.這說明反應(yīng)器系統(tǒng)在最佳投配率(30%)階段可分離培養(yǎng)得到的優(yōu)勢菌株數(shù)量不多,可能還存在較多的未培養(yǎng)菌株維持反應(yīng)器運行的功能.結(jié)果表明,TISTD反應(yīng)器中的可培養(yǎng)的微生物種群大部分為厭氧消化過程中的厭氧和兼性厭氧功能種群,為其良好的處理效能提供了主要支撐.

2.3 優(yōu)勢菌株的16S rDNA序列測定及系統(tǒng)發(fā)育分析

圖7可見,菌落電泳條帶較清晰明顯,亮度較高,不含特異性條帶,無拖帶現(xiàn)象,不含引物二聚體,可以用以后續(xù)的測序研究.

6株優(yōu)勢菌(N4,N5,N6,W3,W4,W9)經(jīng)切膠回收、PCR擴增、TGGE鑒定和送交測序后得到3株菌(W3、W9、N4)的 16S rDNA序列.使用MEGA 4軟件包對測得3株優(yōu)勢菌的序列進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析,建立系統(tǒng)發(fā)育樹,見圖8.

圖7 優(yōu)勢菌株的DNA瓊脂糖電泳圖譜Fig.7 Agarose gel electrophoresis of dominant strains

經(jīng)過對W3、W9、N4 3株優(yōu)勢菌株16S rDNA序列分析及系統(tǒng)發(fā)育樹分析,W4、W9菌株和芽孢桿菌屬(Bacillus)的同源性較好,在 98%以上,N4菌株和甲烷菌屬(Methanospirillum)的同源性較好,在97%以上.可以初步鑒定W4和W9是芽孢桿菌屬,N4是甲烷螺菌屬(Methanosp irillumhungatei).其中W4和W9菌株是在外反應(yīng)室獲得,根據(jù)表2的結(jié)果,這2株菌株是外反應(yīng)室的數(shù)量最多的 2類菌株,其數(shù)量分別為 1.3×105和1.2×105,說明W4和W9是外反應(yīng)室中起主要作用的功能菌株;結(jié)合圖2和圖3,證明外反應(yīng)室是水解酸化階段的主要場所;同理,N4菌株是在內(nèi)反應(yīng)室獲得,證明內(nèi)反應(yīng)室是適合產(chǎn)甲烷菌生長并產(chǎn)氣即污泥厭氧消化的主要場所.因此,反應(yīng)器能培養(yǎng)厭氧和兼性厭氧的產(chǎn)甲烷菌群,并且能有效的實現(xiàn)污泥厭氧消化過程中的生物相分離.

圖8 優(yōu)勢菌株16S rDNA序列系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.8 16S rDNA sequence phylogenetic tree of Strain of dominantStrain

3 結(jié)論

3.1 在中溫條件下,通過實驗確定了TISTD反應(yīng)器的最佳投配率為30%,在此投配率下,排泥平均含水率為 92.1%,VS/TS0.2～0.25,產(chǎn)氣量為40.35L/d.TISTD實現(xiàn)了在一個反應(yīng)器內(nèi)同時濃縮和消化,且污泥濃縮和消化的效果明顯好于普通的濃縮池和消化池.

3.2 通過對反應(yīng)器內(nèi)污泥的觀察,可以看到系統(tǒng)中的微生物種類繁多.光學(xué)顯微鏡可以看到外反應(yīng)室存在變形蟲、豆形蟲、鞭毛蟲和纖毛蟲等眾多原生動物;通過電鏡掃描可以看到內(nèi)反應(yīng)室菌群種類復(fù)雜,各種形態(tài)的細(xì)菌互營互生,菌絲交錯相互結(jié)合形成了復(fù)雜的菌群結(jié)構(gòu),細(xì)胞形態(tài)包括球狀、桿狀等,有許多菌膠團(tuán)存在.

3.3 通過厭氧分離和培養(yǎng)得到的優(yōu)勢菌株在光學(xué)顯微鏡下包括各種形態(tài),如短桿狀、絲狀和球狀.其中3株優(yōu)勢細(xì)菌經(jīng)序列分析鑒定分別為芽孢桿菌屬和產(chǎn)甲烷菌屬,表明反應(yīng)器實現(xiàn)了兩相的分離.

3.4 通過使用MEGA 4軟件包對測得3株優(yōu)勢菌的序列進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析,初步確認(rèn)了污泥濃縮消化優(yōu)勢菌株的種類.證明TISTD反應(yīng)器有效的實現(xiàn)了污泥厭氧消化過程中的生物相分離,外反應(yīng)室的優(yōu)勢菌群是芽孢桿菌屬,是污泥濃縮酸化主要場所,內(nèi)反應(yīng)室的優(yōu)勢菌群是古細(xì)菌和甲烷菌屬,是污泥消化產(chǎn)甲烷的主要場所.

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Operation efficiency and microbial characteristics of two-phase integrated sludge thickening and digestion reactor.

HE Qiang*, SUN Xing-fu, AI Hai-nan, LIU Hong-xia, LI Mao-lin (Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment, Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400045, China). China Environmental Science, 2012,32(11)：2039～2046

An experimental study was conducted to investigate the treatment efficiency and impact factors of TISTD reactor. The treatment efficiency was investigated in different sludge dosage rate, besides, the shape and type of the microbe in sludge was observed by microscope and SEM, at the same time, MPN method was applied to determine the predominant strains by anaerobic culture and separation, and then 16S rDNA sequencing and phylogenetic analysis was used to study the predominant strains. The results showed that under mid-temperature(35℃±2℃) condition, the best sludge dosage rate was 30%, and the sludge organic matter decomposition rate and discharged sludge moisture content could be up to 65.09% and 92.09% respectively under the best condition. The microscopy results showed that there was a variety of different shaped Amoeba, Colpidium, Flagellates,Ciliates,and some other protozoa in the sludge and the SEM photos showed that the sludge contains variety of filamentous, bacilliform spherical bacteria , fungus, and the relatively larger size zoogloea, which demonstrated TISTD reactor had a high biodiversity in microbial communities. 16S rDNA sequence analysis and phylogenetic tree analysis proved that the outer chamber reaction was in hydrogenesis and acetogenesis stage and was the main places of sludge hydrolysis and acidification for that the Bacillus was the predominant microbial community while the within chamber was suitable for the growth of methanogens and gas production , which was the main place to achieve the biological sludge thickening and digestion separation for that Methane Spirillum or Archaea was the predominant microbial community.

sewage sludge；thickening and digestion；TISTD reactor；microbial characteristics

2012-03-20

水體污染控制與治理科技重大專項(2009ZX07315-002)

* 責(zé)任作者, 教授,hq0980@126.com

X172

A

1000-6923(2012)11-2039-08

何 強(1965-),男,江蘇江陰人,教授,主要從事水污染控制理論與技術(shù)研究.發(fā)表論文80余篇.