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【新闻】服务区污水处理一体化设备大冶

发布时间:2020-10-19 01:44:40 阅读: 来源:转向盘厂家

服务区污水处理一体化设备

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据不完全统计,已知的SRB共有40个属137个种,分属细菌界和古菌界(见表1),其中大多数属于δ-变形菌纲。管道中SRB的菌群结构与废水处理中有所不同:ITO等发现,在管道生物膜中,Desulfobulbus是SRB的优势菌属,占总SRB数量的23%,该菌属以利用丙酸为主;而废水处理中最主要的SRB为Desulfovibrio和Desulfotomaculum,Desulfovibrio是典型的氢营养型SRB。  2.2 MA分类及代谢机理  MA是专性厌氧古菌,能够以乙酸、H2/CO2、甲基类化合物为底物合成甲烷,其代谢途径也相应地分为乙酸途径、CO2还原途径和甲基裂解途径。MA属于广古细菌门,现已鉴定出的菌株可分为7目、15科、35属、150多个有效种(见表2)。  自然界中甲烷产生量的67%来自于乙酸途径,SUN等也发现,管道生物膜中90%的MA都属于专性乙酸营养型Methanosaeta,占据绝对优势。乙酸营养型MA通过裂解乙酸生成乙酰辅酶A,一部分氧化为CO2,另一部分被最终还原为CH4(见图3)。  3 SRB和MA的底物竞争关系  SRB和MA是参与管道内生化反应过程的重要菌群,其相互作用关系对于管道废气控制十分关键。污水中的复杂有机物经产酸细菌转化成挥发性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA),再由产乙酸菌进一步生成乙酸、二氧化碳和氢气。SRB能同时氧化乙酸和氢气,通过异化作用维持生命活动,在此过程中硫酸盐被还原成硫化氢。MA则利用乙酸和氢气产生甲烷。  由于SRB和MA均可以利用乙酸、氢气作为基质,因此两者虽然能够共存,却依然存在竞争关系。目前涉及SRB和MA竞争关系的研究多针对污水或污泥处理中的厌氧消化工艺,排水管道中的相关研究则较少,图4给出了管道中SRB和MA主要参与的生化反应及底物竞争关系。

从可利用的基质范围来看,MA只能利用乙酸、H2、CO2和一碳有机物(如甲醇),而SRB是代谢谱较宽的广食性微生物。乙酸和氢气都可以被SRB、MA所利用,但由于70%以上的甲烷来自于MA对乙酸的分解,因此乙酸在MA对SRB的竞争关系上是尤为重要的底物。从动力学角度看,当SRB与MA均以乙酸为基质时,SRB的最大比增长速率和底物亲和力更高(见表4)。研究表明,SRB利用电子供体的优先顺序是乳酸、丙酸、丁酸、乙酸,氢营养型SRB对硫酸盐的亲和力也远大于乙酸营养型SRB,因此乙酸营养型SRB在SRB总菌群中的相对优势并不明显。GUISASOLA等的实验结果显示,硫酸盐还原过程仅利用了38%的乙酸盐。  总体上,排水管道生物膜中SRB竞争底物的能力强于MA、更易于繁殖,但实际管道内的生化反应过程较为复杂,与实验室纯培养结果有一定差异,其生物膜是多种类MA和SRB的混合相,仍需考虑其种内的竞争关系。

城市排水管道中的污水以生活污水为主,含有丰富的碳、氮、磷等营养物质,且管道内部为密闭空间,为厌氧菌的生长提供了有利条件。实际管道生物膜中的细菌以拟杆菌纲、β-变形菌纲、δ-变形菌纲为主,古菌则以甲烷鬃毛状菌科、甲烷球菌科为主。SRB还原硫酸盐所产生的H2S是管道腐蚀的主要原因,同时,研究表明,污水在管道输送途中削减了大量sCOD,其中72%的削减量来自于产甲烷过程。因此,SRB和MA是管道中的2种关键菌群,实际管道中液相CH4、H2S浓度可达30 mg·L?1、12 mg·L?1 。目前,国内排水管道的材质多为混凝土,管道内壁粗糙不平、比表面积较大,虽然水泥的水化过程产生了较高的碱度,但H2S的积累逐渐降低了液相pH,同时腐蚀管道表面,使微生物能够不断侵入管壁内部,进一步加剧管道结构破损(见图1)。  排水管道中生物膜的菌群分布与污水处理中颗粒污泥的微生物群落结构相似,SRB、MA存在分层分布的现象。由于MA的附着性较高、对厌氧环境要求更严格,MA主要分布在生物膜内部,SRB则通常生长在表面。污水中的硫酸盐进入生物膜后迅速被SRB还原利用,研究表明,管道底泥表面的硫酸盐浓度约为45 mg·L?1,而在1 cm处仅为3 mg·L?1,限制了SRB向内部增殖。而sCOD难以被完全消耗、能够向深层继续渗透,因此MA在内层占据优势。  管道生物膜的厚度约为700 μm,SRB主要分布在0~300 μm的外层,MA则主要分布在250 μm以下的内层。从丰度来看,SRB在总微生物中所占比例从生物膜表面的20%逐渐下降到400 μm处的3%,MA占比则从生物膜表面的3%增加到700 μm处的75%。管道底泥一般厚度达数厘米,底泥的最上层(0~2 cm)是硫化物还原的主要场所,产甲烷的主要场所更深,范围约占2.5~3.5 cm。SRB与MA两者的相对丰度也随深度而变化,SRB的相对比例从底泥表面的35%逐渐降至1 cm处的4%,2 cm以下SRB的存在可忽略不计。  排水管道中生物膜主要菌群的代谢机理  控制管道中H2S、CH4的根本途径是深入了解SRB、MA的菌群结构和特征,从代谢层面上抑制这2类菌群的生长繁殖。

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