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微生态分析方法的研究是近年来国内外热点研究课题。本文基于酵母微好氧(溶解氧<0.5mg/L)处理技术可行性研究探讨了细菌.酵母二元体系的微生态分析方法,重点探讨了荧光原位杂交--流式细胞术(FISH-FCM)和Biolog方法等微生态分析手段在复杂水处理系统微生态检测中的应用,并基于微生态研究阐明了进水浓度和HRT变化时酵母微好氧反应器中微生态的协同变化规律以及关于废水处理效果变化的微生态机制。
(1)微好氧和无氧条件下批量培养试验表明:微好氧条件下微生物有很高的活性,能有效去除COD(去除率为91%):无氧条件则导致生物量下降,COD去除率仅为12%。
(2)微好氧连续小试结果表明:当进水TN和TP保持在1000和230mg/L,进水COD浓度分别为11000、15000和30000mg/L时,COD去除率均稳定在70%-80%,氮磷去除率分别是18%-68%和23%-68%。随着进水COD浓度的上升,污泥浓度由2.0mg/L上升到7.3mg/L,COD比去除速度由2.3kg/(kg·d)下降到1.7kg/(kg·d);当水力停留时间由42h缩短到25h时,COD去除率降至60%,污泥浓度从7.3mg/L下降至6.0mg/L,COD比去除速度从1.7kg/(kg·d)上升至2.8kg/(kg·d)。对连续小试出水进行批量再处理可使出水降至1000mg/L,总去除率可达90%以上(COD从30000mg/L降至3000mg/L以下),降低出水MLSS浓度可以明显提高COD去除速度,单纯升高出水pH值对对去除效率无显著影响。
(3)染色-FCM检测表明:同时适用于混合酵母样品(酵母假菌丝)和混合细菌样品(活性污泥絮体)的最佳超声分散条件为100W、60-90s,过强超声条件(120s)对酵母Candidatropicalis纯培养物(或细菌Escherichiacoli纯培养物)的超声粉碎效果完全不同于混合酵母样品(或混合细菌样品)。
(4)本文以C.tropicalis和E.coil分别作为酵母和细菌的模式微生物,采用双探针杂交的FISH-FCM技术检测了背景微生物(C.tropicalis或Ecoli)浓度为107个/mL时二元体系中目标微生物(102~107个/mL)的数量。流式细胞仪能够明显区分噪音和二元体系中的酵母和细菌,因而一次进样时能够同时分析两种微生物数量,并且目标微生物浓度可以精确到104个/ml,此时微生物含量仅为0.1%,其中细菌浓度甚至可以精确到103个/mL(相应含量仅为0.01%)。然而,当二元体系中目标微生物浓度过低时(<104个酵母/mL或<104个细菌/mL),背景微生物的存在会严重影响FISH-FCM技术的测量准确性。
(5)5种Biolog微孔板(GN、GP、ECO、YT、FF)所反映的代谢相似性聚类分析规律完全不同,其中ECO板所反映的代谢相似性聚类分析规律与PCR-DGGE提供的种群结构聚类分析规律更为接近,FF板所反映的代谢相似性聚类分析规律与PCR--DGGE提供的种群结构聚类分析规律一致;在检测细菌群落时,除BiologGP多样性指数(P=0.001)和BiologGN多样性指数(P=0.046)外,超低温冻存预处理对BiologGN、GP、ECO代谢活性、丰富度指数和BiologECO多样性指数(H’)分析结果均无显著性影响(P>0.101),可以作为上述指标分析的微生物样品保存手段。在检测真菌群落时,超低温冻存处理影响显著影响BiologYT代谢活性(P=0.023)和BiologFF多样性指数(H+,)(P=0.041),但对两种微孔板所反映的其它指数如代谢活性、丰富度指数(S)、多样性指数H)分析结果均无显著性影响(P>0.132)。
(6)FISH-FCM分析结果表明,在连续小试全部4个处理阶段中曝气柱污泥中酵母含量始终保持在>99.9%的水平。随着进水COD浓度的上升,曝气柱污泥真菌群落结构多样性指数由2.05上升至2.19,代谢多样性指数由4.42上升至4.45;而随着HRT下降,真菌群落结构多样性指数和代谢多样性指数则分别从2.19和4.45降至0.79和4.36。作为提高进水有机负荷的主要措施,提高进水COD浓度和缩短HRT对于废水处理效果和曝气柱微生态存在截然相反的影响。