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厌氧生物处理技术以其低能耗、高负荷率和低运行费用等突出的优势而逐渐成为处理高浓度有机废水的首选工艺。在厌氧消化过程中,互营脂肪酸氧化菌(SFOB)的功能生态位位于产酸发酵菌和产甲烷菌之间,起着承上启下的关键作用,是厌氧代谢的第一限速步骤。而厌氧生物系统中降解丙酸的互营丙酸氧化菌(SPOB)对厌氧代谢的限制作用尤为突出,丙酸的积累是制约厌氧工艺运行稳定性和处理效能的关键因素。鉴于这一问题,本研究的主要目的是对厌氧代谢体系中微生物进行定向驯化,构建新型的互营丙酸氧化菌耦合系统,提高厌氧微生物对丙酸的降解能力、增强厌氧工艺的运行稳定性。 本研究主要从以下五个方面开展工作:1.分别富集驯化丙酸氧化菌(SPOB)和硫酸盐还原菌(SRB),构建SPOB---SRB互营共生体,并探索该共生体对丙酸的降解能力;2.研究不同编号共生体中微生物优势菌群,分析菌群功能和处理效能的内在联系,优选出优势SPOB---SRB互营共生体;3.分别富集驯化互营丙酸氧化菌(SPOB)和产电菌,构建SPOB---产电菌互营共生体,探索该互营共生体对丙酸的降解能力;4.定量研究不同条件下互营丙酸氧化菌(SPOB)和产电菌的数量变化,分析菌群变化和处理效能的内在联系,优选出优势SPOB--产电菌互营共生体;5.正交实验以探索SPOB--产电菌互营共生体的最适参数。 在以上工作的基础上,本研究获得了以下研究结论: (1)SPOB--SRB互营共生体的构建与优选实验表明: SPOB---SRB互营共生体在处理高浓度有机废水方面具有较高的潜能,可缓解厌氧反应器中丙酸积累的问题。当丙酸COD浓度为3000 mg/L、SO42-为1000mg/L时,优选出的SPOB---SRB互营共生体SP2和SP4对COD的去除率达到了93.33%和89.73%,对SO42-的去除率达到了91.83%和93.03%。 微生物数据分析显示丙酸和硫酸盐的快速降解得益于互营丙酸氧化菌和硫酸盐还原菌的协同作用:互营丙酸氧化菌(SPOB)将丙酸降解为乙酸和H2,其代谢产物进一步被硫酸盐还原菌(SRB)利用,反过来拉动SPOB的代谢,实现了丙酸的梯级降解。同时,由于硫酸盐的还原作用,使得优选出的互营共生体碱度和pH有所提高,pH在8左右,碱度在1400 mg CaCO3/L以上,说明该互营共生体的缓冲能力有了很大的提高,在一定程度上缓解了厌氧生物处理系统稳定性差的问题。 (2)SPOB---产电菌互营共生体的构建与优选实验表明: SPOB---产电菌互营共生体对厌氧酸化系统有着较好的适应能力,在处理高浓度有机废水方面具有好的应用前景。当进水丙酸的COD浓度为4000 mg/L左右时,优选出的SPOB---产电菌耦合系统R1、R4和R6对COD的去除率分别为89%、94%和85%;均降解速率高达501.49 mg/L COD/d,529.84 mg/L COD/d和474.79 mg/L COD/d。 影响SPOB---产电菌效能的主要功能微生物种群是产电菌和SPOB,产电菌利用SPOB代谢的中间产物乙酸,又反过来拉动SPOB的代谢,只有两者的协同增长才能确保反应器的处理效率。正交实验表明该互营共生体的最优工艺参数分别为T=35℃、pH=7.5、电压为0.9V,此时COD的去除率最高,达到93.29%。 该研究构建的两类互营共生体分别引入了SRB和产电菌,通过微生物的定向驯化,实现了高浓度污水中碳和硫的高效去除,具有较强的实用价值。本研究所获得的实验结果可以为新型厌氧反应器的设计提供思路,对推动高浓度难降解废水厌氧生物处理技术的发展有重大的实际意义。