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印染废水处理技术调试过程中微生物部落进化研究

时间:2014-08-15 10:34来源:网络 作者:admin 点击:
水是人类必不可少的物质。然而随着人类社会的发展,当前世界面临着水资源短缺、水污染严重的巨大挑战。我国很多城市也面临淡水资源的短缺,甚至饮用水的缺乏现状都是比较严重的。
印染废水处理技术调试过程中微生物部落进化研究
前言

1.1 水污染
水是人类必不可少的物质。然而随着人类社会的发展,当前世界面临着水资源短缺、水污染严重的巨大挑战。我国很多城市也面临淡水资源的短缺,甚至饮用水的缺乏现状都是比较严重的。
水的污染主要有两类:一类是自然污染;另一类是人为污染。目前对水体危害较大的是人为污染。水污染又可根据污染质的不同而分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。
水污染现在已经严重影响到人类生活和工农业生产,造成了巨大的经济损失,约为GNP 的 1.5 %~3 %,水污染已经成为不亚于洪灾、旱灾等甚至更为严重的灾害。因而对污水的处理已经成为当今环保行业迫在眉睫的任务。由于中国是印染纺织大国,废水中很大一部分是印染废水。

1.2 印染废水
印染废水的成分主要与加工的纤维种类、所使用的染料助剂、机器设备以及操作方法的不同而有所不同。主要包括一些浆料、黏合剂、树脂、Na2S、Na2Cr2O7、有机酸、单宁酸、酒石酸、PVA 浆料、邻苯二甲酸类等物质。除此之外还包括印花上的大量废弃物。由此可见印染废水的成分是非常复杂且难以处理的。
印染行业是典型的高耗水产业,每排放 1 吨印染废水就会污染 20 吨的洁净水体。印染废水是水污染的重要源头之一,会使受纳水体的自净调节功能受到破坏,使水体发生富营养化,而且会使生态系统遭到破坏,某些染料具有致癌、致畸、致突变等效应,因而对印染废水的处理是刻不容缓的。

1.3 印染废水的处理
目前印染废水常用的处理方法主要有物化法,化学法和生物处理方法。
物化法是包括物理方法或化学方法的单项废水处理方法,或是由物理方法和化学方法联合使用组成的污水处理系统。常用的物化方法主要有吸附法、混凝法和膜分离法等。当前对物化研究的热点是纳滤,它是 20 世纪 80 年代末发展起来的一种新型的膜分离技术。是基于筛分效应及核电效应实现对物质的选择性分离的一种技术。Ismail Koyuncu等,用 DS5-DK 型纳滤膜处理含活性染料的废水,研究结果表明,对染料的截留率可以达到 99%以上。
印染废水的化学处理法主要包括电氧化法、光催化氧化法、Fenton 法及臭氧氧化法。目前对臭氧氧化法的研究比较多,主要包括了两种趋势:一种趋势是基于臭氧的高级氧化过程与其它一些方法联用,将臭氧催化转化为氧化性更强的羟基,与有机物反应进而提高臭氧的利用率,降低臭氧残余。另一种趋势是采用固体颗粒如活性炭金属氧化物为催化剂来加强臭氧的高级氧化。
生物处理法是利用微生物酶来氧化或还原染料,破坏其不饱和键及其发色基团。生物法是国内外目前处理印染废水常用的方法。常用的生物处理法主要包括了好氧生物法、厌氧生物法、厌氧-好氧组合法。
目前国内外对厌氧-好氧、深层曝气、纯氧曝气、生物氧化沟和 UASB(UpflowAnaerobic Sludge Bed)等一些生化处理方式进行了大量的研究,并且将这些技术应用于实际工程中,也取得了一定的效果,但是由于单纯的生物处理法对于色度的去除率不高,一般都在 50%左右,所以当出水色度要求较高时,需要辅以物理或化学法进行联合处理。随着印染技术的进步。印染废水中的有机物成分越来越复杂,且具有浓度高和可生化性差的特点。单一的生物处理工艺已经难以达到有效降解印染废水中的所有有机物的目的,因此,在实际印染废水的处理工程中都是将生物接触法与其他物化处理工艺相结合来处理实际印染废水。

1.4 当前中国印染废水处理系统处理效果及面临的问题由于印染废水成分比较复杂,而且各印染工厂的实际运行情况不同,造成印染废水的出水水质变化特别大,因而当前的实际印染废水处理系统的效率不是很高。而且废水处理系统也普遍面临很多问题,比如说是污泥絮凝性变差、污泥解体、污泥老化、污泥膨胀以及出现大量泡沫等。这不仅会降低污水处理系统的效率,甚至会导致系统崩溃。中国是印染大国,印染废水的排放量是惊人的,因而对印染废水的处理是我国环保工作的当务之急,是刻不容缓的。

第二章 印染废水处理系统的运行..........17
2.1 引言..........17
2.2 材料和方法..........17
2.3 结果和讨论..........19
2.4 小结..........24
第三章 印染废水处理系统中微生物丰度动力学进化..........25
3.1 引言..........25
3.2 材料和方法..........25
3.3 结果和讨论..........29
3.4 小结..........33
第四章 RCR-DGGE 分析细菌、真菌、古菌的群落进化..........35
4.1 引言..........35
4.2 材料和方法..........35
4.3 结果和讨论..........41
4.4 小结..........55
第五章 T-RFLP 分析细菌、真菌、古菌的群落进化..........57
5.1 引言..........57
5.2 材料和方法..........57

结论
本研究通过监控实际印染废水处理系统运行使其出水的水质可以达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287—92)Ⅲ级排放标准,同时采用了一些传统和分子生物学方法,来对该处理系统调控运行期间的微生物进化进行监测,从而得知在运行过程中的优势微生物种属,及其演替规律,主要得到了以下结论:
(1) 在系统运行的 3 个多月中,系统对印染废水有着很高的处理效率,COD 的去除率达到了 84.9%,色度的去除率达到了 85%。
(2) 微生物群落结构在三个多月的调试运行过程中发生了很大的变化,相对于古菌而言,细菌和真菌比较容易在活性污泥中存留下来,但在系统运行过程中,古菌和真菌的变化较细菌大得多,运行后期与启动之后的相似性在各个处理单元中都较低。然而尽管微生物群落结构在系统运行过程中发生了很大的变化,但是系统的处理效果没有受到影响,这说明新出现的微生物群落同样能够降解废水中的污染物,甚至降解性能更高。也表明在处理系统调试和运行期间持留的微生物具有较高的功能冗余性。
(3) 尽管现在有大量关于真菌对染料脱色降解的报道,但在整个系统中真菌的持留率却在减少,可能是真菌不适合在印染环境中存在。这也是由于真菌对生境的要求比较高造成的。
(4) 古菌在系统中持留率一直增加,说明古菌在系统中起着非常重要的作用,但国内外对古菌在污水处理系统中的功能的报道却非常少。这也是我们在未来研究的一个新的发展方向。
(5) 在运行3 个月末,二级生化处理系统中,古菌的数量超过细菌成为明显的优势菌群。但通过 DGGE 和 T-RFLP 分析发现古菌的群落结构比较单一。在 T-RFLP 分析中我们利用克隆操作检测出系统中存在着厌氧氨氧化古菌(AOA),这也弥补了 DGGE的不足,可能是由于 DGGE 一般选取的目的片段比较短(200bp 左右),而克隆操作选用的是大片段(1000bp),得到的生物信息量比较大。
(6) 对不同时期微生物群落进化追踪研究的 DGGE 和 T-RFLP 分析得到了相类似的结果,主要的优势细菌分布在 α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、暖蝇菌纲、硝化螺旋菌纲、绿菌纲;主要的优势真菌分布在壶菌纲;主要的优势古菌是广古菌门中的产甲烷菌。

参考文献
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