【摘 要】
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经化粪池技术处理之后的农村生活污水不能稳定达到《农田灌溉水质标准》中的相关规定,尾水中仍然含有大量的有机污染物,这对农村周边生态环境和人体身心健康带来严重危害。而微生物强化技术对污染物的处理效果较好,且经济投资不大,可广泛应用于农村生活污水的处理。其中,光合细菌可以利用污水中的有机污染物进行自身繁殖,具有良好的去除效率,且净化过程中无二次污染,是一种清洁的微生态制剂。因此,将光合细菌作为生物强化剂
【基金项目】
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国家重点研发计划“绿色宜居村镇技术创新”重点专项“村镇污水处理与循环利用装备开发”项目“村镇生活污水分质处理技术装备研发与治理模式构建”子课题(课题编号:2019YFD1100201),2019年11月-2022年12月
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经化粪池技术处理之后的农村生活污水不能稳定达到《农田灌溉水质标准》中的相关规定,尾水中仍然含有大量的有机污染物,这对农村周边生态环境和人体身心健康带来严重危害。而微生物强化技术对污染物的处理效果较好,且经济投资不大,可广泛应用于农村生活污水的处理。其中,光合细菌可以利用污水中的有机污染物进行自身繁殖,具有良好的去除效率,且净化过程中无二次污染,是一种清洁的微生态制剂。因此,将光合细菌作为生物强化剂来处理农村生活污水具有高效性和可行性。本实验以湖南长沙某农村生活化粪池污水作为研究对象,从中筛选出一株具有高效降解有机污染物的光合细菌,初步考察了发酵温度、发酵p H和菌液投加量对于光合细菌降解有机物的影响,并在采用响应面法优化其发酵条件的基础上研究光合细菌对农村生活化粪池污水的处理效果。其主要结论如下:(1)从湖南长沙某农村生活化粪池污水中富集筛选出一株光合细菌R-1,该菌株在光照厌氧和黑暗厌氧两种环境下都具有高效的有机污染物降解效能。通过形态学观察和分子生物学鉴定初步判断出该菌株为红假单胞菌属,并采用MEGA-X软件构建系统发育树得出,R-1菌株与红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)中多株菌株的同源性高达99%,并且与沼泽红假单胞菌NTUIOB YUP3的亲缘性最近。(2)通过单因素和响应面实验优化光合菌株R-1降解发酵污水中COD的影响因素。经优化实验得出:在光照厌氧条件下,发酵温度为27.2℃,初始p H为7.8,菌液投加量为10.1%,得到的最佳COD去除率为87.25%。在黑暗厌氧条件下,发酵温度为29.5℃,初始p H为7.7,菌液投加量为11.1%,得到的最佳COD去除率为68.42%。(3)在光照厌氧和黑暗厌氧两种不同环境下,采用光合细菌R-1直接处理含有杂菌的农村生活化粪池污水,其实验结果表明:在加入光合细菌的实验组中污水的污染物降解率要高于未加入光合细菌的对照组,其中在光照厌氧条件下,该菌株R-1对农村生活化粪池发酵污水中COD、TVFA、氨氮、总氮、总磷的去除率可分别达到79.30%、80.25%、52.33%、39.47%、56.76%,处理六天后菌株在污水中的菌液浓度达到OD660=1.528。在黑暗厌氧条件下,该菌株R-1对农村生活化粪池发酵污水中COD、氨氮、总氮、总磷的去除率可分别达到59.47%、59.26%、41.86%、28.07%、43.24%,处理六天后菌株在污水中的菌液浓度达到OD660=0.954。通过加入光合细菌不仅可高效去除农村生活化粪池污水中的特征污染物,还能得到有效的资源化利用。(4)通过高通量测序技术对在两种环境下加入光合菌株R-1的农村生活化粪池发酵污水(PL、PD)和未加入光合细菌的污水(L、D)进行微生物群落结构分析,从微生物层面来分析光合菌株R-1强化农村生活化粪池污水处理效果的缘由。实验结果表明:投加了光合菌株R-1的PL和PD实验组中的微生物群落相对丰度要高于两组空白对照组,PL组的最优势菌门为变形菌门(54.8%)、拟杆菌门(21.8%)、放线菌门(4.2%)、古细菌(6.1%)、厚壁菌门(5.7%),PD组中的最优势菌门为变形菌门(56.8%)、拟杆菌门(11.0%)、厚壁菌门(9.6%)、古细菌(9.4%)、互养菌门(5.60%)。PL实验组中的优势菌属为Leucobacter(4.00%)、Flavobacterium(6.20%)、Rhodopseudomonas(34.8%)、Rhodobacter(2.30%),PD实验组中的优势菌属包括Flavobacterium(3.50%)、Rhodopseudomonas(16.20%)、Hydrogenophaga(2.4%)、Arcobacter(12.7%)、vadin CA02(4.60%)。其中具有脱氮除磷和降解有机物的优势菌属Paludibacter、Flavobacterium、Rhodopseudomonas、Rhodobacter、Sphingobium、Hydrogenophaga要远远高于两组对照组,说明加入的光合细菌R-1在一定的条件下不仅可以在农村生活化粪池发酵废水中较好的生长繁殖,还能够提高功能微生物的相对丰度,以强化化粪池处理技术对农村生活污水污染物的去除效能。综上所述,本研究通过从化粪池污水中筛选出一株光合细菌,并对其强化处理农村生活污水的发酵条件进行优化,在优化之后的条件下处理农村生活污水可以使污水中的有机污染物实现稳定达标即达到《农田灌溉水质标准》,同时也实现了光合细菌的回收利用,说明将光合细菌作为强化化粪池处理技术的强化剂来处理农村生活污水具有高效性和可行性,这对农村生活污水治理与生态农业发展的有效衔接具有很大的价值意义。
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