近年来随着植物资源的短缺,以及在国家倡导的可持续发展观念的影响下,废纸作为可回用的资源已经成为一种重要的纸浆原料。与直接利用原生植物纤维制浆相比,废纸造纸废水具有污染较轻的特点,但废水中SS、COD、BOD的含量仍远远超过国家标准。水解酸化-接触氧化工艺是一种适合废纸造纸废水处理的新型改良厌氧折流板反应器工艺(ABR)的处理技术。生物膜法处理废水比较传统活性污泥法有很多明显的优势,因此在工业上的运用也越来越广泛,其在运行过程中产生的问题也逐渐成为现在研究的热点。而且,本反应器在长期实验运行中通过对氧化池生物相的监测发现,丝状菌膨胀现象屡有发生对系统的处理效果造成了很大的影响。 本课题针对处理造纸工业废水缺少营养盐、高冲击负荷等极端条件下丝状菌膨胀对系统运行造成影响的现象,采用处理造纸工业废的水解酸化-接触氧化法工艺连续流小试运行方式,研究反应器启动中生物膜特性的变化,以及丝状菌膨胀后对整个处理系统的影响进行跟踪考察,并结合生物学、分子生物学分析方法,对系统生物膜混合液中的微生物多样性及无脊椎动物进行连续跟踪监测。本项目的研究对于保证工业废水生化处理的正常运行,提高工业废水的生化处理效果具有重要的理论指导意义。 采用固定进水COD浓度,缩短HRT的方法对水解酸化-接触氧化反应器进行启动,第14天CODcr总去除率达到88％；启动后对微生物特性进行研究,发现水解酸化段的微型动物种类比较单一,以能生活在溶氧不足且高有机浓度的情况下的微生物为主,其中第一格室中好氧及兼性厌氧微生物数量最多,可达到5.2×105CFU/mL,并且在后面的格室中逐渐减少至0.67×105 CFU/mL：接触氧化段沿水流方向,微生物的数量按照鞭毛虫-游泳型纤毛虫-固着型纤毛虫-轮虫的顺序出现,生物膜厚度在10-2613μm之间波动,并逐渐减小。 反应器启动成功后继续缩短停留时间并对一级氧化池出现的丝状菌膨胀现象进行研究,考察了系统的运行效果、生物膜活性及生物膜中EPS浓度的变化。结果表明,丝状菌发生膨胀后,出水COD从80mg/L升高至220mg/L,生物去除率由47％下降至34％,生物膜截留去除率由24％下降至11％。由于丝状菌对有机物的代谢能力较强,丝状菌膨胀后一级氧化池生物膜活性由80mgO2/h·gVSS升高至140 mgO2/h·gVSS左右；由于多糖含量从88％下降到65％导致EPS浓度由70mg/gMLVSS下降至58mg/gMLVSS。 当COD:N:P=300:5:0.1733时,反应器的处理效率略有下降,反应器的出水COD上升到100mg/L左右。在运行前两天发生了丝状菌膨胀此时的丝状菌的菌体笔直,伸出菌胶团外导致絮体的解体。EPS中多糖的含量由65mg/gMLVSS降低至52mg/gMLVSS,EPS总量下降。运行到第3天左右,丝状菌数量已明显得到了抑制,其种类发生了变化,丝状菌丝体蜷曲,生物膜混合液处于高含水率黏性菌胶团过量生长引起的非丝状菌膨胀期,多糖的含量由52mg/gMLVSS上升至67mg/gMLVSS,EPS总量上升。当COD:N:P=300:1.5044:1时,出水COD开始快速升高,在第4天达到168mg/L,但是由于微生物分解代谢自身细胞物质为微生物提供了一定的氮,因此到反应周期末出水COD仍保持在170mg/L左右。EPS中多糖的含量上升由65mg/gMLVSS上升至72mg/gMLVSS,蛋白质的含量由9mg/gMLVSS下降至3mg/gMLVSS,这时系统发生了非丝状菌膨胀。 采用Eikelboom1975年确认的29类分类方法,对HRT改变是引起膨胀的丝状菌进行鉴定,并且结合生物学、分子生物学分析方法,对丝状菌膨胀过程中微生物多样性和分布均匀性进行跟踪考察。确认引起膨胀的丝状菌是丝硫细菌(Thiothrix spp.)。通过扫描电子显微镜(SEM)对生物膜的表观变化进行了跟踪观察,发现丝状菌膨胀过程中菌胶团的结构呈现“紧密型”-“疏松型”-“封闭型”的变化,而丝状菌的数量由“较少”-“较多”-“丰富”变化。利用微生物醌指纹技术对反应系统中的微生物群落结构进行分析,表明以Acinetobacter sp.和Pseudomonas sp.为代表的变形细菌的r亚类,在丝状菌膨胀发生后生物膜中的含量有所增加,微生物多样性DQ值由8.0401下降到5.144;微生物分布均匀性EQ由0.7309下降到0.477。