（环境工程专业论文）高温egsb处理pvc离心母液废水的效能及系统微生物种群演替的研究.pdf

摘要 二次启动成功后继续运行期间，e g s b 系统反应条件的改变对其处理效能造 成了一定的影响，相应地，反应器内微生物种群也表现出了一定的变化。主要 体现在：环境条件的改变( 空气进入厌氧系统) 使系统的处理效能由改变前的 7 0 左右下降到改变后的4 0 左右，系统微生物种类和数量减少，可能是空气的 进入抑制了严格厌氧菌( 如产甲烷菌) 的生长；基质的改变( 梯度增加和减少 葡萄糖占进水的比例) 没有恢复系统处理效能，但系统内微生物种群数量有所 增加，可能是基于共代谢机制的修复对其中适应葡萄糖基质的那部分微生物的 生长起到了促进作用；种源的改变( 添加活性污泥) 使系统的处理效能由4 0 左右上升到6 5 左右，系统修复成功，系统内微生物又呈现出特效种群占优的 现象；h r t 的增加，使得微生物与基质的接触反应更充分，系统处理效能由6 5 左右上升到7 5 左右，反应器内形成了菌群数量、种类更加占优的优势种群。 这种优势菌种和系统最大处理效能时的优势菌种的d g g e 的结果显示分属不同 的条带，但系统处理效能接近，为进一步弄清高温e g s b 处理p v c 母液废水效 能和系统内微生物种群种属之间的对应关系，还需d n a 测序等分子生物学手段 的进一步确证，以期为高温e g s b 处理p v c 离心母液废水的系统操作条件的优 化提供更强有力的指导。 关键词：高温厌氧e g s b 反应器p v c 离心母液种群演替 a b s t r a c t a b s t r a c t t h em o t h e rl i q u i do fp o l y v i n y lc h l o r i d e ( p v c ) p r o d u c e db yt h es u s p e n s i o n p o l y m e r i z a t i o ni sal ( i n do fl l i g ht e m p e r a t u r e d ( a b o u t6 0 - - 7 0 c ) ，l o wc o n c e n t r a t e d , r e f r a c t o r yc h e m i c a lw a s t e w a t e r e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ( e g s b ) r e a c t o rh a s t h ef e a t h e r so fl e s ss i t ea r e a s ，b e t t e re f f i c i e n c yo fm a s st r a n s f e r , h i g h e rc o dv o l u m e l o a d i n g , a n ds oo n , t h e r e f o r e ，i ti so n eo ft h em o s te f f i c i e n ta n a e r o b i cr e a c t o r s u pt o d a t e , t h ee g s br e a c t o ri sm a i n l yu s e di nt h et r e a t m e n to fh i g ha n dm e d i u m c o n c e n t r a t e dw a s t e w a t e ru n d e rm e s o p h i l i cc o n d i t i o n , h o w e v e r , f e wr e s e a r c h sf o c u s o nt h et r e a t m e n to fl o wc o n c e n t r a t e dc h e m i c a lw a s t e w a t e rb ye g s bu n d e r t h c r m o p h i l i cc o n d i t i o n i no u rr e s e a r c h ，t h ec e n t r i f u g a lm o t h e rl i q u i di sf i r s td i r e c t l y t r e a t e db yb s eo ft h e r m o p h i l i ca n a e r o b i ce x t e n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ( e g s b ) r e a c t o r , w h i c hi sc o o l i n g - s a v e d ，e f f i c i e n c y - i m p r o v e da n dp o w e rc o n s u m p t i o n - r e d u c e d t h eb i o d e g r a d a b i l i t yo ft h er e f r a c t o r ym o t h e rl i q u i do fp v cb ye g s ba n dt h e m a x i m u mp o t e n t i a lp e r f o r m a n c eo ft h ee g s br e a c t o rw e r es t u d i e d ，a n dt h e s u c c e s s i o no fm i c r o b i a l p o p u l a t i o n s i nt h ee g s bs y s t e mw a se x p l o r e d t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep e r f o r m a n c eo ft h er e a c t o ra n dt h es u c c e s s i o no fm i c r o b i a l p o p u l a t i o n sw a si n v e s t i g a t e dt or e v e a lt h ee s s e n t i a lr u l eo ft r e a t i n gm o t h e rl i q u i do f p v cb ye g s bu n d e rt h e r m o p h i l i cc o n d i t i o n , t h u sl a y i n gt h ef o u n d a t i o nf o rt h e t r e a t m e n to fh i g ht e m p e r a t u r e d ，l o wc o n c e n t r a t e d ，r e f r a c t o r yc h e m i c a lw a s t e w a t e r t h ee g s br e a c t o rw a se m p l o y e dt ot r e a tm o t h e rl i q u i do fp v cu n d e r t h e r m o p h i l i cc o n d i t i o n ( 5 5 士2 ) t h es y s t e mw a ss u c c e s s f u l l ys t a r t e du pb y g r a d u a l l yc h a n g i n gt h ep r o p o r t i o no fg l u c o s es i m u l a t e dw a s t e w a t e ra n dt h em o t h e r l i q u i do fp o l y v i n y lc h l o r i d e d u r i n gt h ep e r i o do fs t a r t u p ，t h eo r g a n i cl o a d i n gr a t e a n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) w e r ea b o u t0 2 k g c o d m 3 da n d5 0 h ，a n dt h e c o dr e m o v a le f f i c i e n c yr e m a i n e da p p r o x i m a t e l y8 0 c o n t i n u i n gt oe n h a n c et h e l o a d i n gr a t et oi n v e s t i g a t et h em a x i m u mp r o c e s s i n ge f f i c i e n c yo ft h es y s t e m ，w h e n t h eo r g a n i cl o a d i n gr a t ea n dh r tr e a c h e d0 6 k g c o d m 3 da n d16 坨7 0 c o d r e m o v a le f f i c i e n c yw a sa c h i e v e d t h es y s t e ms h o w e dag o o ds t a b i l i t ya n ds h o c k 1 i i a b s t r a c t r e s i s t a n c e t h er e a c t o r , w h i c hh a db e e nd e p o s i t e df o rt w om o n t h s ，c o u l db es t a r tu p s t a b l ya n dq u i c k l yw i t h i n12d a y sb yg r a d u a l l yi n c r e a s et h el o a d i n gr a t e p o l y m e r a s e c h a i nr e a c t i o n - d e n a t u r eg r a d i e n tg e le l e c t r o p h o r e s i s ( p c r - d g g e ) w a su s e dt o a n a l y z et h es l u d g es a m p l e sa td i f f e r e n ts t a g e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es u c c e s s i o n o ft h en u m b e ra n ds t r u c t u r eo fm i c r o b i a lc o m m u n i t yw a so b v i o u s t h ei n o c u l a t e d s p e c i e so ft h eb e g i n n i n go ft h ei n i t i a ls t a r t u pw a sr i c h , b u tn oo b v i o u sd o m i n a n t s p e c i e s ；a tt h ee n do fs u c c e s s f u lo ft h ei n i t i a ls t a r t u pa n do p e r a t i o n ，t h em i c r o b i a l w e r ed o m e s t i c a t e da n ds e l e c t e d ，a n dt h ed o m i n a n ts p e c i e s ，w h i c hc a r le f f e c t i v e i y d e g r a d a t et h em o t h e rl i q u o ro fp v cw e r ef o r m e d t h eb a n d so fd g g ep r o f i l e sw e r e s i g n i f i e a n t i yd e c r e a s e di n d i c a t e dt h a tt h en u m b e ro fm i c r o o r g a n i s m sw e r er e d u c e d , b u ts o m eb a n d sw e r ec l e a r l yh i g h l i g h t e di l l u s t r a t e dt h a tt h ee f f i c i e n tp o p u l a t i o n sw e r e p r o l i f e r a t e d d u r i n gt h es e c o n do p e r a t i o np e r i o da f t e rt h e 飘l c c e s so ft h es e c o n ds t a r t u p ，t h e c h a n g eo fe g s br e a c t i o nc o n d i t i o n si m p a c t e do nt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m , a c c o r d i n g l y , m i c r o b i a lp o p u l a t i o n si nt h er e a c t o ra l s os h o w e ds o m ec h a n g e sw h i c h w e r em a i n l yr e f l e c t e di n ：t h ep e r f o r m a n c eo ft h er e a c t o rf r o m7 0 d o w nt o4 0 a n d t h en u m b e ro fm i c r o b i a ls p e c i e sr e d u c e da f t e rt h ec h a n g eo fe n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s ( t h ea i re n t r ya n a e r o b i cs y s t e m ) s p e c u l a t et h a tt h ee n t r yo fa i rr e s t r a i n e dt h eg r o w t h o f s t r i c t l ya n a e r o b i cb a c t e r i a ( s u c h 嬲m e t h a n o g e n s ) t h ec h a n g eo fm a t r i x ( i n c r e a s e s a n dd e c r e a s e st h er a t i oo fg l u c o s ei nt o t a lw a t e r ) d i dn o tr e s t o r et h ep e r f o r m a n c eo f t h es y s t e m b u tt h en u m b e ro fm i c r o b i a lp o p u l a t i o n so ft h es y s t e mi n c r e a s e d , m a y b e t h em e a s u r eo fc o - m e t a b o l i s mm e c h a n i s mo fr e s t o r a t i o np r o m o t e dt h eg r o w t ho f m i c r o o r g a n i s m sw h i c ha d a p t e dt og l u c o s e t h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi n c r e a s e f r o m4 0 t 06 5 a f t e rt h ec h a n g eo fp r o v e n a n c e ( a d da c t i v a t e ds l u d g e ) ，t h en u m b e r o fm i c r o o r g a n i s m sr e d u c e da n dt h e r ew e r ed o m i n a n ts p e c i e s t h ei n c r e a s eo fh r t m a k e dt h er e a c t i o no fm i c r o o r g a n i s m sa n dm a t r i xm o r ef u l l y , t h es y s t e mp e r f o r m a n c e r o s ef r o m6 5 t o7 5 ，a d v a n t a g ec o m m u n i t yw e r ef o r m e di nr e a c t o r , w h i c ha r e m o r ec o n c e n t r a t e dd o m i n a n ts p e c i e s t h er e s u l t so fd g g ei n d i c a t et h a tt h ed o m i n a n t s p e c i e sa t t h i st i m ea n dt h eb e s tt r e a t m e n te f f i c i e n c yo ft h es y s t e mb e l o n g e dt o d i f f e r e n tb a n d s ，h o w e v e r , t h es y s t e mp e r f o r m a n c ew e r ec l o s e i no r d e rt of u r t h e r c l a r i f yt h ec o r r e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep e r f o r m a n c ea n dt h em i c r o b i a l i v a b s t r a c t c o m m u n i t yo ft h ee g s bf o rt r e a t i n gm o t h e rl i q u i d o fp v cu n d e rt h e r m o p h i l i e c o n d i t i o nn e e dm o l e c u l a rb i o l o g ym e t h o d ss u c ha sd n as e q u e n c i n gt o f u r t h e r c o n f i r m ，w h i c hc a l lp r o v i d em o r ee f f e c t i v eg u i d a n c ef o ro p t i m i z i n gt h eo p e r a t i n g c o n d i t i o n so fe g s bf o rt r e a t i n gm o t h e rl i q u i do fp v cu n d e rt h e r m o p h i l i cc o n d i t i o n k e y w o r d s ：t h e r m o p h i l i ca n a e r o b i c ，e g s br e a c t o r , m o t h e rl i q u i do fp v c ，p o p u l a t i o n s u c c e s s i o n v 第一章前言 第一章前言 第一节课题研究背景 1 1 1 厌氧生物处理技术发展状况 目前，全球性水环境污染问题已经严重威胁到对人类的生存和经济的发展。 随着我国经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，我国的能源、资源和环 境问题日益突出。在大面积的地区性缺水的同时，伴随着严重的水污染问题， 这种状况严重制约我国国民经济的发展，影响人民生活水平的提高，因此水污 染问题是我们迫切需要解决的问题。 我国废水排放量逐年增加，其中主要为工业废水，污水中的有机物始终是 造成水污染最重要的污染物。一般讲，生物方法是去除废水中有机物最经济最 有效的方法，它比化学和物化处理技术效果好，而且处理费用低，特别是针对 b o d 含量高的有机废水更为适宜【lj 。 根据在代谢过程中微生物对氧的需求情况，生物处理技术分为厌氧和好氧两 种方式。在环境研究和实际应用中由于好氧处理技术凭借其能够获得较高的有 机物去除率，技术比较成熟，操作相对简单，而受到人们的青睐。长期以来， 在常规污水处理大多采用好氧活性污泥工艺，而对厌氧过程生化机制的研究较 少。人们对厌氧工艺的认识存在一些误区，认为厌氧处理工艺处理过程较慢， 工艺发展不完善，厌氧处理技术仅仅是好氧处理之外的一个补充工艺，仅适用 于少量有机物的处理如高浓度城市污水和工业废水【2 】【3 】。 可持续的污水处理技术以节能降耗和可持续发展为出发点，减少不可再生资 源的占用，回收资源和产生能源，减少二次污染。厌氧生物技术是这一理念的 核心技术。近年来，随着国内外能源紧张、环境污染日益严重以及低碳经济的 日益发展，好氧生物技术由于曝气带来的巨大能耗、剩余污泥产量大、有害气 体逸出造成的大气污染等问题日益凸显【4 】。与好氧工艺相比，厌氧处理工艺剩余 污泥少只为好氧工艺的5 2 0 ，且其浓缩性和脱水性良好。好氧法需要消耗大 量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，厌氧法不需要曝气，而 1 第一章前言 且产生的沼气可以作为清洁能源，据测算每处理lt 的b o d 产生1 0 0 0m 3 沼气， 折合2 6 0 0 度电，这对缓解我国目前能源紧张的现状具有很重要的现实意义【5 】。 当原水b o d 5 达到1 5 0 0 m g l 时，采用厌氧处理工艺即有能量剩余，除可满足回 用工艺所需的能量外，还可以用来向外供热供能，一般厌氧工艺的动力消耗约 为好氧活性污泥法的1 1 0 。此外厌氧处理工艺具有一定的杀菌作用，可以杀死 污水中的寄生虫卵和病毒等【6 】。厌氧生物处理技术作为环境保护、能源回收与生 态良性循环结合起来的核心发展技术，具有良好的环境效益与经济效益而且具 有可持续发展性，符合我国节能减排的原则和发展低碳经济的趋势，被认为是 发展前景看好的废水处理技术，近年来已成为国内外环境科学与工程领域研究 的热点【丌。随着厌氧生物处理过程的微生物学、生物化学和反应器理论的不断发 展，厌氧处理技术的优势越来越被人们所认可。厌氧反应器经过不断的研究、 实践，得到了很大的改进，可以预见，废水的厌氧处理技术在未来的污水处理 行业中的应用范围将会越来越广泛【4 】。 1 1 2e g s b 反应器的研究与应用 1 9 7 4 年，荷兰w a g n i n g e n 农业大学的l e t t i n g a 教授领导的研究小组研究和开 发了上流式厌氧污泥床( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d ，u a s b ) 反应器技术， 标志着厌氧反应器的研究进入了新的时代【8 】。u a s b 反应器内有机负荷高，较短 的水力停留时间( h l 玎) 短使得污废水的处理周期大为缩短，反应器无填料，无 污泥回流装置，无搅拌装置，成本和运行费用大为降低，初次启动可直接以污 泥颗粒接种。目前已成为应用最为广泛的厌氧处理方法。但u a s b 反应器由于 混合强度小容易出现短流现象，污染物会对微生物产生抑制或毒害作用，影响 处理能力，当进水中悬浮物浓度过高时会引起堵塞，而解决这类问题可以通过 增加反应器的高度以获得较高的上升流速或采用出水回流加强搅拌的方法1 9 ，无 疑传统高效u a s b 系统的设计需要很大的改进，基于对u a s b 反应器的改进第 三代厌氧反应器应运而生，典型代表为2 0 世纪9 0 年代出现的反应器如：膨胀 颗粒污泥床反应器( e g s b ) 、厌氧内循环反应器( i c ) 、厌氧升流式流化床( u f b ) 等。 1 1 2 1e g s b 反应器的特性 e g s b ( e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb l a n k e t ) 反应器主体部分为无填料的空 2 第一章前言 泥和颗粒污泥来研究e g s b 反应器的启动规律，结果表明：以厌氧絮状污泥作 为e g s b 反应器的接种污泥时，为了更快的培养出颗粒污泥，反应器不能按 e g s b 反应器的运行方式直接启动运行，而应按照u a s b 反应器的运行方式启 动；采用颗粒污泥作为e g s b 反应器的接种污泥时，反应器在经过短暂的无回 流的驯化阶段后，即可按e g s b 反应器方式启动运行；接种颗粒污泥的e g s b 反 应器在经过3 2 d 的启动运行后，c o d 去除率仍为9 0 以上，而接种絮状污泥的 反应器在经过了7 8 d 的运行后才形成了颗粒污泥，c o d 去除率为6 6 左右。张 振家、周伟丽等人【r 7 】通过高温( 5 5 + 2 ) e g s b 反应器处理玉米酒精糟液的生产 性实验研究，试验结果表明：反应器仅用2 个月即可完成启动，反应器内部形 成沉淀性能良好的颗粒污泥，c o d 去除率保持9 0 以上，处理效果好。而且， 试验进行中进水c o d 变化幅度极大反应器对冲击负荷表现出良好的适应性。 我国对e g s b 的研究开始于对反应器启动、运行条件的、颗粒污泥特性的研 究，逐渐发展为e g s b 与其他废水处理工艺的各种组合，e g s b 工艺已逐渐得到 认同，其技术水平日趋成熟。对e g s b 反应器的运行温度和处理对象的研究也 从最初的中温和易降解废水逐渐转向常温、低温和难降解废水。 虽然作为新型高效的厌氧反应器，e g s b 拥有众多的u a s b 不具备的优点， 但是目前e g s b 的研究和应用的还比较有限，因此，e g s b 反应器在其应用的领 域、操作技术、污泥特性及机理方面仍存在较多值得进一步研究的地方。如， 启动周期长、难以快速培养出沉降性能良好的颗粒污泥、回流增加动力消耗、 脱氮除磷效果差以及e g s b 反应器的高效稳定运行等。 1 1 3 微生物生态学研究进展 微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内 的一类生物资源丰富、种类繁多的生物群体，种类仅次于昆虫，是生命世界里 的第二大类群，其多样性在维持地球生态系统生态平衡中发挥着重要的作用， 它们个体微小，却与人类生活关系密切。 研究环境中微生物群体( 微生物区系或正常菌群) 与其周围的生物和非生物 环境条件间相互作用的规律的学科称为微生物生态学，其中微生物群体的多样 性和结构的研究是该学科研究的一个重要的方面【1 8 】。生物多样性是指生物体及 其所生活的生态系统的多种变化。包括不同物种的多样性( 物种多样性) ，物种 6 第一章前言 内部基因的多样性( 基因多样性) ，生态系统内和生态系统间相互作用的多样性 ( 生态系统多样性) 。 目前，对于微生物生态学的研究主要有两个方向【1 9 】：一是利用各种分子生物 学技术或与传统微生物学方法结合，以期更客观地研究环境中微生物的丰度、 均度等自然存在状况；二是加强对极端环境微生物的研究，以期发现新的特殊 的微生物资源，了解其适应极端环境的机制，以便为人类提供广泛而大量的未 开发资源。 1 1 3 1 传统方法在微生物多样性研究中的应用及局限性 传统的微生物生态学研究微生物群落结构及多样性多是从特定自然生态环 境( 如土壤、水) 中取样，采用模拟自然生态环境的各种培养基和条件对微生物进 行分离纯培养，然后通过一般的生物化学性状，或者特定的表现型来分析细胞 的形态学、生理生化反应和细胞组成成分及结构等性质，这种方法又被称作经 典方法。传统的培养基培养的方法和原理大多是借鉴医药微生物的培养，有些 方法对土壤和水样微生物的研究并不适合，例如许多土壤微生物在自然生态环 境下处于乏营养状态，而在实验室用营养丰富的牛肉膏、蛋白胨等来培养土壤 细菌，这样的培养环境并不能真实反映它们的生长环境，就导致大量的乏营养 微生物不能生长，结果就导致测定的误差较大。 使用传统的纯培养微生物计数方法对自然生态环境样品进行研究时存在许 多的缺陷：一是使用纯培养技术分离鉴定微生物时，由于许多微生物在形态以 及生理生化特性上具有很多的相似之处，加之传统平板培养中培养基对微生物 的选择性，对于培养的结果使用显微镜进行观察时，形态及生理生化特性相似 的微生物是不容易被区分开的，很容易遗漏掉一些重要的信息。由于微生物群 落及其生存环境的复杂性，目前自然界中只有极少部分微生物能够在实验室中 培养，通过纯培养技术己经被分离和鉴定的微生物物种数量仅占估计总数的 1 - 5 ，而其余9 5 9 9 微生物种群还仍然未被分离和认识【2 0 1 ，这严重阻碍了对 微生物验明身份即鉴定的研究，也严重阻碍了对微生物生命活动规律的研究和 微生物资源的开发。二是由于传统显微方法的局限性，纯培养后微生物群落结 构和空间分布的有关信息难于获得，因此不利于根据微生物群落多样性的变化 迅速判断环境的变化【2 1 】。因此，传统的平板培养法只能反映极少数微生物的信 息，不能充分了解自然生态环境中微生物的生态功能，也无法全面地估价其中 7 第一章前言 凝胶电泳( d g g e ) 等【2 5 】【2 6 】。 1 1 4 变性梯度凝胶电泳的研究进展 变性梯度凝胶电泳( d e n a t u r i n gg r a di e n tg e le l e c t r o p h o r e s i s ，d g g e ) 技术是 由f i s c h e r 和i , e i m a r l 于1 9 7 9 年最先提出的用于检测d n a 突变的一种电泳技术， 是一种可以直接用于检测复杂微生物群体的基因多样性的方法。1 9 9 3 年m u z y e r 等鲫首次将d g g e 技术应用于微生物生态学研究，并证实了这种技术在研究自 然界微生物群落的遗传多样性和种群差异方面具有明显的优越性。活性污泥微 生物种类极其丰富，优势种群及其微生物多样性在活性污泥生态系统中发挥着 重要的作用。目前在环境科学和污染防治研究领域，关于活性污泥中微生物多 样性的研究越来越受到重视；而传统的纯培养分离技术研究活性污泥微生物多 样性有很大的缺陷，不能获得未被培养的微生物的信息，只能分离出占活性污 泥总数0 1 一1 的微生物种类。而分子生物学技术如p c r d g g e ，p c r s s c p 和t - r f l p 等能够在分子水平上对活性污泥微生物多样性进行快速和精确的分子 诊断，并可以监测未被培养的微生物种类。所以与传统方法相比d g g e 技术能 够快速、准确地鉴定在自然生境或人工生境中的微生物种群，并进行复杂微生 物群落结构演替规律、微生物种群动态、基因定位、表达调控的评价分析。由 于d g g e 具有可靠性强、重现性高、方便快捷等优点，短短的十年内，已经成 为微生物群落遗传多样性和动态分析的强有力工具，并被广泛用于活性污泥、 生物膜、土壤、底泥等环境样品中的微生物多样性检测和种群演替的研究。 1 1 4 1 变性梯度凝胶电泳( d g g e ) 的原理 d g g e 的机理在于拥有相同长度但有碱基序列差异的d n a 片段在具有化学 变性剂( 尿素和甲酰胺的混合物) 梯度的聚丙酰胺凝胶电泳中会被分离开。和 具有完全螺旋结构的d n a 分子相比，部分解链的d n a 在聚丙烯酰胺凝胶电泳 中的迁移率会大大降低。当d n a 电泳至某一凝胶梯度，并达到其最低解链温度 时，其螺旋结果即发生变化，分子的迁移也会停止【2 引。由于各类微生物( 如细 菌和古细菌) 的1 6 sr r n a 基因序列中可变区的碱基顺序有很大的差异，所以活 性污泥中不同微生物的1 6 sr r n a 基因的扩增d n a 片断在d g g e 中能够得到分 离，由于不同d n a 片段的碱基组成存在差异，从而在凝胶上形成不同的条带， 根据电泳条带的多寡和条带的位置通过计算机程序检测可以辨别出样品中微生 9 第一章前言 物的种类多少，分析活性污泥中微生物的多样性【2 9 】。为了提高d g g e 的检出率， 可以在引物上加入个g c 链，这个3 0 至4 0 b p 的g c 结构能够在p c r 产物的 一侧产生一个高熔点区，使目标序列处于低熔点区而易于分析。这样的处理可 以提高d n a 分子的多样性检测率至1 0 0 ，分辨精度远高于以往的琼脂糖 r a g a r o s e ) 电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳( p a g e ) 。 1 1 4 2 变性梯度凝胶电泳( d g g e ) 的局限性 d g g e 的应用极为广泛，虽然它具有很多分子生物技术所没有的优势，但本 身也存在一定的缺点。首先，基于p c r 的d g g e 技术建立在d n a 的提取和p c r 扩增上，在前面两个过程中损失或者含量极少的细菌在d g g e 图谱中将无法得 到体现，而聚丙酰胺凝胶电泳的过程中也会造成不可避免的基因损失，如e b 染 色会因聚丙烯酰胺的熄灭作用使得实际出现的d n a 条带减少。其次，如果电泳 条件不是特别适宜，不能保证可以将有一定序列差异的d n a 片段完全分开，从 而会出现序列不同的d n a 迁移到胶的同一位置。v a l l a e y s 3 0 】等在研究中就发现 了这种情况。再者，d g g e 技术检测的d n a 片段受片段长度的限制，对较长 的片段分离率下降，限制了用于系统发育分析和探针的序列信息量。不同类型 细菌种群的1 6 sr d n a 有着相同的迁移行为，一条d g g e 带可能代表几种菌， 也可能不同的几条d g g e 带代表同一种细菌，不能确定代谢活性、细菌数量和 基因表达的水平等【3 。利用d g g e 分析复杂样品时，获得良好的图谱是重要的 前提条件。因为群落多样性和动态都基于指纹图谱基础分析的，所以d g g e 的 分辨率和分离效果，直接影响后续结果的判读。影响d g g e 的分辨率的因素很 多，主要是来源于样品处理和电泳过程。如d n a ( 或r n a ) 提取效果、p c r ( 或 r t - p c r ) 扩增效果、电泳时间、电泳温度、凝胶浓度、变性剂梯度、染色方法等 【3 2 】。m u y z e rg e r a r d 等【3 3 】报道d g g e 只能对检i 9 1 , t j n 微生物群落中数量上大于1 的优势种群。可见d g g e 分析时是存在局限性的，因此提高样品的分辨率和灵 敏性是d g g e 分析面临的问题之一。 1 1 5p v c 离心母液废水特点 聚氯乙烯( p v c ) 是一种重要的有机化工原料，在工业发达国家其产量仅次 于聚乙烯、聚丙烯、位居第三位，我国p v c 产量位居世界第一。目前，世界上 p v c 生产方法主要有4 种：悬浮聚合法、本体聚合法、乳液聚合法和微悬浮聚 1 0 第一章前言 合法，其中以悬浮聚合法生产的p v c 占p v c 产量的9 0 左右，在p v c 生产中 占重要地位，悬浮聚合法的主要工艺如图1 1 所示。反应是在聚合釜中完成的， 反应结束后浆料进入离心单元进行固液分离，离心排出的废水即p v c 离心母液。 图1 1 悬浮聚合法生产工艺流程图 虽然各企业生产工艺的差别导致p v c 离心母液在水质上存在一定的变化， 但大体都具有以下特剧3 4 】：( 1 ) 水量消耗大。每生产1tp v c 就要产生约5t 废 水，其中主要是离心母液。一个年产p v c2 0 ( 0 的装置，每年耗水量7 0 0 0 k t 以 上，同时产生8 0 0 k t 以上工业废水( 2 ) 出水水温较高。因生产工艺中聚合温度 不同，离心母液的温度一般在4 0 7 0 左右。( 3 ) 浊度高。离心母液悬浮物浓 度为2 0 - - 3 0 0m g l 。( 4 ) 有机物浓度较低，c o d 在2 0 0 - - 5 0 0m g l ，废水中含 有的有机污染物主要是生产工艺中添加的分散剂、引发剂等添加剂，大多数具 有毒性或难生物降解性，所以被认为是较难处理的化工废水之一。( 5 ) 盐含量 低。主要和生产工艺有关，悬浮聚合使用去离子水致使离心母液中盐含量低。 关于离心母液的特点，以天津某化工厂为例，其水质特点如表1 3 所示。 表1 3 天津某化工厂p v c 离心母液水质指标 项目p v c 母液水质指标 温度( ) 6 8 5 p h 6 1 7 电导率( m s m )1 1 9 1 s s ( m g 1 ) 4 7 浊度n t u 6 0 c o d ( m g l ) 3 4 1 b o d s ( m g l ) 2 7 第一章前言 1 1 6p v c 离心母液废水处理工艺发展状况 国外专门处理p v c 离心母液的报道不多，目前国内部分p v c 生产企业通常 将p v c 母液废水经过简单处理后用作冲洗水。由于p v c 离心母液的温度较高， 离心母液废水可作为良好的热源，有些p v c 生产企业充分利用这一离心母液废 水这一特点对离心母液进行热交换，然后把降温后的母液作为冲洗水使用，从 而在节省水资源的同时，也节省了大量的热能资源。目前离心母液回用方式还 是很初级的，大量的离心母液冲洗水最终被白白排放掉，随着生产规模的扩大， 排放到环境中的污染物越来越多，因此此种废水的处理必须引起重视。目前对 于此类废水的处理技术大体可以归为以下几类1 3 4 】： 1 1 6 1 物理法 由于离心母液中的悬浮物多为小分子量p v c 树脂，理论上可通过物理作用 的过滤方法去除悬浮物或乳浊物。李茂双、张龙等人【3 5 】分别采用聚乙烯微孔管、 纤维球、无烟煤进行过滤p v c 离心母液废水的试验，实验结果显示：聚乙烯微 孔管只有满足一定孔径时，才能将浊度降到l o m g l 以下，由于孔径太小，过滤 速度很慢，动力消耗过大；以无烟煤为介质的过滤吸附法未能使浊度降到l o m g l 以下。离心母液浊度过高、过滤速度慢，动力消耗也过大存在滤料再生问题， 寿命较短。 采用双膜过滤技术( u f r o ) 处理p v c 母液，出水水质能达到聚合用水水 质要求，回收率较高。新加坡凯发集团凯膜过滤技术( 上海) 有限公司采用特 殊的双膜( 超滤+ 反渗透) 过滤技术，通过对离心母液大量的试验，开发研制出了 适合处理p v c 离心母液分离的最佳膜元件和相关工艺参数。双膜法工艺解决了 p v c 生产过程中的一大难题，在世界氯碱工业p v c 生产工艺中处技术领先地位。 投资上增加部分过滤装置去替代原有的生化设备，不仅完全能够抵抗水质间歇 排放带来的波动，又因为采用了没有添加任何其他助剂的物理分离方式及处理 流程的全封闭性，进一步保证了产水的稳定性，为保护环境、资源再利用和清 洁生产等方面带来了巨大的经济及社会效益。 1 2 第一章前言 功案例虽然较多，但大多是研究结果，很少经历过工业规模长期运行的考验。 第二节课题研究的目的和意义 1 2 1 课题研究的目的和意义 本课题来源于建设部“十一五科技攻关项目：水体污染控制与治理科技 重大课题专项子课题( 项目号：2 0 0 8 z x 0 7 31 4 - 0 0 1 ) 。 p v c 离心母液水质较好，如果直接简单处理排放，会造成水资源的极大浪 费，回用于生产是该废水处理的方向。探索适合的工艺对p v c 母液废水进行预 处理并结合其他深度处理工艺使之回用于生产，提高水资源利用效率，不仅可 以保护环境、节约宝贵的水资源，还能降低生产成本，促进企业经济效益的增 长，具有十分积极的意义。 目前关于e g s b 的启动和运行大多集中在常温和中温条件下，高温条件下 的启动和运行研究较少，而在高温条件下运行相对于中低温条件有很多优点如 细菌生长率高、厌氧反应速度快、动力消耗少【4 7 】、对病原微生物去除率高、剩 余污泥少以及在高温下溶液粘度低，废水与污泥易于混合等。因此研究e g s b 反应器在高温条件下的运行特性，特别是针对p v c 母液废水这类本身排放温度 较高的难降解废水，可以节省冷却费用，具有非常显著的意义。 本试验通过接种好氧絮状污泥，基于共代谢机制，通过向p v c 母液废水中 添加葡萄糖，逐步提高容积负荷，完成反应器的启动；为系统考察反应器运行 的稳定，在完成初次启动后将反应器闲置2 个月后再次启动。本课题研究该难 降解废水的可生化性启动，探索反应器的最大处理效能，以期为后续深度处理 p v c 离心母液废水减轻负荷；同时以p c r d g g e 的检测方法考察反应器系统 内微生物种群的演替，探讨反应器处理效能和微生物种群间的关系，以揭示高 温e g s b 处理p v c 离心母液废水的本质规律，为高温低浓度难降解有机废水的 处理开辟新的思路奠定重要的基础。 1 6 第一章前言 1 2 2 课题研究的创新点 ( 1 ) e g s b 反应器作为高效厌氧反应器启动和运行大多集中在常温和中温条件 下处理高、中浓度废水，较少应用于高温条件。p v c 离心母液废水作为一种典 型的低浓度、难降解化工废水，目前针对此类废水的处理方法中采用e g s b 反 应器处理的较少，本试验结合p v c 离心母液废水水温较高的特点，以及高温厌 氧工艺的优点，采用e g s b 反应器在高温( 5 5 + 2 ) 条件下处理该低浓度、难 降