有毒物质对两相UASB的溶解性微生物产物(SMP)的代谢影响研究

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越来越多的研究者指出,大部分废水生物处理出水中的化学需氧量(Chemicaloxygen demand,COD)的主要成分为微生物新陈代谢产生的溶解性微生物产物(Solublemicrobial products,SMP)。现有SMP研究主要集中在好氧生化系统中,然而在工业污水厌氧处理系统中的研究较少。随着工业废水的厌氧处理技术应用日趋广泛,且厌氧处理出水的SMP对后续工艺存在许多不良影响,因此开展工业废水厌氧处理的SMP研究对于优化处理工艺和提高废水的生物处理效率具有极其重要的意义。  本课题在总结国内外对厌氧生物处理SMP产生研究的基础上,运用两相厌氧工艺处理人工模拟工业废水(无胁迫状态,胁迫状态—重金属类和有毒有机物类),考察产酸相和产甲烷相在这三种条件下溶解性微生物产物(SMP)的产生来源和变化规律。主要研究内容如下:  (1)研究两相厌氧处理以葡萄糖为基质的模拟废水条件下产酸相和产甲烷相SMP的产生情况。根据对产酸相和产甲烷相出水中SMP的量和组分定性定量分析,推出产酸相是SMP的积累阶段,其中产生大量多糖和蛋白质,DNA较少,此外还包括烷烃、酯类、醇类、氨基化合物、甚至苯系物等;产甲烷相是SMP的代谢阶段,同时也是积累阶段,它代谢掉大部分多糖,生成较多的蛋白质和DNA,还会代谢掉一部分烷烃、酯类、醇类、氨基化合物、苯系物,生成更复杂的物质。从相对分子质量分布来看,产酸相出水的SMP呈“双峰”分布,中等分子量(1k~10kDa)的物质和高分子量物质(≥10kDa)居多。产甲烷相会较多的代谢掉产酸相产生的中等分子量(1k~10kDa)物质,同时积累小分子量物质(≤1kDa)和高分子量物质(≥10kDa),形成“三峰”分布。  (2)研究两相厌氧处理以葡萄糖为基质、Ni(Ⅱ)为典型重金属的模拟工业废水条件下产酸相和产甲烷相SMP的产生情况。通过设置不同浓度梯度的Ni(Ⅱ),监测厌氧反应器的适应情况和测定SMP的组分,发现5mg/L的Ni(Ⅱ)对产酸相和产甲烷相均有促进作用,此时SMP主要由基质代谢和细菌外排协同产生,其中蛋白质增长明显,表面蛋白质在应对重金属的螯合作用;高浓度Ni(Ⅱ)(10~25mg/L)对产酸相有抑制作用,SMP主要由细胞裂解和细菌外排协同产生,对产甲烷相影响不大,可能是产酸相的前置降低了Ni(Ⅱ)的生物毒性。  (3)研究两相厌氧处理以葡萄糖为基质、甲苯为典型有机毒物的模拟工业废水条件下产酸相和产甲烷相SMP的产生情况。通过设置不同浓度梯度的甲苯,监测厌氧反应器的适应情况和测定SMP的组分,发现低浓度甲苯(20~50mg/L)对产酸相有刺激作用,经驯化后较易恢复,此时SMP主要由细菌释放产生,其中多糖释放较明显。甲苯能被产酸相完全代谢掉,产甲烷相SMP的释放可能是产酸相出水产物变化引起环境压力造成的。高浓度的甲苯(100~400mg/L)对产酸相有抑制作用,污泥由絮状变凝胶状,对产甲烷相影响不大,SMP主要由细菌释放和胞体裂解协同产生。
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