摘 要

随着电磁波作为一种能源而被原来越广泛地应用，微波作为电磁波的一个波段在环境领域的实际应用研究也越来越深入，在污水、大气、固废等方面的研究都有所进展。目前，对电磁波处理污泥方面的研究主要集中于对微波处理剩余污泥的影响，来达到改善剩余污泥厌氧消化效能，改善剩余污泥脱水性，以及对污泥中病原菌进行灭活的目的。

本论文旨在通过建立、运行悬浮填料A²/O工艺反应器，并对反应器回流污泥进行电磁波加载，对比分析在均满足一级A出水水质标准的前提下，电磁波加载前后好氧池中微生物群落结构的变化，以此来研究电磁波生物效应在污水处理领域的具体内涵。

本论文主要取得以下研究成果：

1. 搭建并启动了传统A²/O工艺反应器，完成了悬浮填料的生物膜挂膜，成功运行了悬浮填料 A²/O工艺反应器，保证水质稳定，并达到一级A出水水质标准。
2. 选取了微波预处理后SCOD溶出率最大时的加载条件（加载频率为2450MHz，加载功率为330W，加载时间为200s，加载量为150mL）对反应器回流污泥进行加载，并使用荧光显微镜和扫描电子显微镜对加载前后的好氧池污泥样品进行镜检。镜检结果表明：在电磁波加载后，絮状污泥结构变得松散，絮体变为微小絮粒，在污泥中出现了发硫菌等可能造成污泥膨胀的细菌。另外，污泥中原生动物和微小后生动物多样性急剧降低，加载前的污泥中存在钟虫、轮虫、楯纤虫等原生动物，而加载后污泥中原生动物的优势种变为豆形虫等快速游泳类种属，表明污泥性质有所恶化。

关键词：A²/O工艺，好氧池，微生物群落结构，电磁波

Abstract

As the electromagnetic waves is more widely used as a source of energy, the research about application of microwave in environmental field is getting deeper, the progress is made in water, air and solid waste.So far, the microwave pretreatment on excess sludge is being studied to improve the performance of anaerobic digestion and dewaterability of the excess sludge, also, to inactivate the pathogenic bacteria in the waste sludge.

The paper is aimed at establishing a suspended carrier A²/O process reactor, and using electromagnetic to pretreat the sludge before it flows back to the reactor.Under the condition that the effluent reach first level A standard, we can tell the role that electromagnetic biological effect plays in water sewerage by examining the microbial community structure of aerobic reactor.

The results are listed as below:

1. Successfully started the traditional A²/O process reactor and suspended carrier A²/O process reactor after formation of biofilm on the suspended carriers.The parameters of effluent is stable and can reach the first level A standard.

2.The condition of pretreatment is same as that can get the highest dissolution rate of SCOD(Loading Frequency=2450MHz, Loading Power=330W, Loading Time=200s, Loading Volume=150mL). Then, using fluorescence microscope and scanning electron microscope to examine the sludge samples from aerobic reactor before and after loading of electromagnetic.The results show that: After loading of electromagnetic, the structure of flocs became loose and tiny, Thiothrix which may cause sludge expansion has also showed up.Besides, the diversity of protozoa and metazoa sharply decreased: There were vorticella, rotifer, aspidisca, etc., existed in the sludge samples, however, colpidium became dominant genera after loading the microwave, which shows deterioration of sludge characteristics.

Keywords:A²/O process, aerobic tank, microbial community structure, electromagnetic

目录

第1章 绪论 1

1.1 A²/O工艺中好氧池微生物群落结构研究现状 1

1.1.1 好氧池微生物群落结构研究现状 1

1.1.2 微生物群落结构分析方法研究进展 2

1.1.2.1 荧光原位杂交技术（FISH） 2

1.1.2.2 Real-Time PCR实时荧光定量测定技术 3

1.1.2.3 变性梯度凝胶电泳（DGGE） 3

1.1.2.4 高通量测序技术（High-Throughput Sequencing，HTS ） 4

1.2 电磁波对污泥中微生物群落结构影响研究现状 5

1.2.1 电磁波对微生物的作用原理研究现状 5

1.2.2 电磁波对污泥中微生物群落结构影响研究现状 6

1.3 研究目标与技术路线 6

1.3.1 问题的提出 6

1.3.2 研究目的与意义 7

1.3.2.1 研究目的 7

1.3.2.2 研究意义 7

1.3.3 研究内容 7

第2章 试验装置设计与试验方法 8

2.1 A²/O反应器的设计与运行 8

2.1.1 A²/O反应器的设计 8

2.1.2 其他设备与器材 10

2.1.3 试验用水 10

2.2 指标检测与分析方法 11

2.2.1 常规分析项目测试方法 11

2.2.2 扫描电镜检测预处理 12

2.2.3 高通量测序预处理 13

2.2.3.1 样品的富集 13

2.2.3.2 DNA的提取 13

2.2.3.3 PCR扩增 13

2.2.3.4 DNA纯化回收 15

2.2.3.5 定量混合 15

2.3 反应器的启动与运行 15

2.3.1 传统A²/O工艺的启动 15

2.3.2 悬浮填料A²/O工艺的启动 17

2.4 电磁波加载装置的设计与运行 19

2.4.1 污泥输入方法设计 19

2.4.2 污泥加载参数设计 22

2.4.2.1 加载频率的设计 22

2.4.2.2 加载量的设计 22

2.4.2.3 加载功率的设计 22

2.4.2.4 加载时间的设计 22

2.4.2.5 污泥加载装置的设计 22

2.4.3 电磁波加载后A²/O工艺的运行 23

第3章 电磁波污泥回流对A²/O工艺好氧池微生物群落结构的影响研究 25

3.1 荧光显微镜对微生物群落结构变化的分析 25

3.1.1 原生动物在好氧反应器中的作用 25

3.1.2 荧光显微镜观察结果与分析 25

3.2 扫描电子显微镜对微生物群落结构的分析 27

第4章 结论与建议 30

4.1 结论 30

4.2 建议 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1 A²/O工艺中好氧池微生物群落结构研究现状

利用微生物来解决环境问题是人类几千年前就开始探索的问题。19世纪末，污水生物处理出现，这是人类正式把微生物应用于环境保护的开端。发展至今，废水处理已经成为全球应用最为广泛、规模最大的生物技术产业之一。而随着人口密度的提升，资源总量的下降，废水处理的效率和稳定性被提出了更高的要求。在活性污泥和曝气对污水处理的重要性被人们发现，并引起广泛重视之后，污水处理的生物学本质才被完全地揭示出来。

1.1.1 好氧池微生物群落结构研究现状

微生物的生态功能是由其群落结构来决定的，污水处理的反应器中微生物群落结构的形态与变化可以体现出该系统的运行状况和处理效率。由于生物研究技术方法的限制，很长时间以来，污水处理过程都被看做是一个物理化学过程，通过改变装置运行的参数来达到不同的处理效果。近几年来，反应体系内的微生物群落的组成、多度、分布特征、生理学特点等才开始得到研究人员的关注。

1995年起，研究人员们开始使用16S rDNA克隆文库的方法将进行污水处理的反应器内的微生物群落组成进行了分析。Snaidr 等人使用16S rDNA克隆文库和荧光原位杂交（FISH）定量分析相结合的手段研究过一个废水处理装置的微生物群落结构后发现^[1]，在好氧反应器16S rDNA克隆文库中，主要微生物所占比例从大到小依次为：Betaproteobacteria 纲、Gammaproteobacteria 纲、Epsilonproteobacteria 纲和Alphaproteobacteria 纲。此外还有低 G C 含量的革兰氏阳性菌，以及少量衣原体门和浮霉菌门。另外，在这些微生物中还检测出了Arcobacter 属，这是一种之前没有在水处理反应器中发现过的生物群落。目前尚未了解该属潜在的病原菌在废水处理过程中的作用。