芦苇床生态稳定剩余污泥中多环芳烃的效能与机理研究

随着我国污水处理率的提高，剩余污泥量也在迅速增加。农用成为可持续利用的污泥最终处置方式。但污泥中多环芳烃等有毒有害有机物的存在，又严重威胁到污泥农用的安全。本研究运用现代生物学技术针对剩余污泥稳定性开展专项研究，深入研究剩余污泥稳定化过程中多环芳烃（PAHs）迁移转化的效能和机理，充分发挥植物、微生物、土壤和自然光的联合降解作用，对污泥中的污染物质进行深度降解、吸收和转化，从而达到污泥稳定、无害乃至资源化的目的。针对污泥的生态稳定化过程，从植物和微生物转化以及污泥自身消解角度研究污泥中多环芳烃的稳定化进程，探索多环芳烃在植物-污泥环境中的转化机制，并确定根际圈内根系分泌物、腐殖质、微生物等因素对多环芳烃转化的影响。确定保持系统稳定运行的手段和措施，进而探索泥水同步处理的有效途经。通过污泥生态稳定机理的探索、污泥稳定化指标的构建，奠定对剩余污泥进行生态稳定和资源化并安全农用的理论基础。

污水处理产生剩余污泥的处理与处置成为业内急待解决的问题。污泥中含有的有毒有机物质如多环芳烃 (PAHs)，已经危及到农用安全。本项目开展芦苇床生态稳定污泥技术机理研究，主要研究污泥稳定化进程中PAHs的环境行为，植物系统中PAHs的迁移转化，通风结构对污泥稳定的影响等。试验分三个单元，Ⅰ单元作为对照床，未种植植物；Ⅱ和Ⅲ单元种植芦苇。Ⅰ和Ⅱ单元通过穿孔管与大气相连通。研究结果表明，污泥干化芦苇床去除污泥渗滤液COD较传统干化床更有效；三个床体中都发生了脱氮作用，Ⅲ单元获得了最高的总氮去除率30.38%。芦苇床对污泥中有机质、TN和TP的去除效果优于传统干化床，通气有利于污泥中有机质和氮素的转化和去除。应用变形梯度凝胶电泳技术分析了不同时期，不同地点的细菌群落变化。结果表明，污泥不同位置的微生物群落相似度较高，不同时期的生物群落有一定的差异。香农指数和均度指数从三月到九月均上升，稳定化过程中生物均匀度提高。通过DGGE图谱条带测序以及亲缘性分析，鉴定其中主要为放线菌门和变形菌门。其中拜叶林克氏菌和红球菌上升有利于有机质的降解；假诺卡氏菌等致病菌的减少说明生态稳定化的效果。污泥干化床和芦苇床中污泥PAHs含量随着污泥稳定时间的延长呈明显下降趋势。干化床表层、中层和底层污泥的总PAHs含量为4.161，3.543和3.118mg•kg-1(DW)，对应的去除率为26.91%，37.77%和45.23%。芦苇床表层、中层和底层污泥的总PAHs含量分别为2.722，1.648和1.218mg•kg-1 (DW)。对应的去除率为52.18%，71.05%和78.60%。芦苇床较传统干化床去除污泥中PAHs的效率平均高出29.86个百分点，去除的PAHs中以2-3环芳烃为主。受试芦苇对污泥中的PAHs产生了明显的富集作用。运行第二年九月、十月和十一月取污泥干化芦苇床芦苇样品并进行检测，发现芦苇根茎叶内PAHs含量呈逐月升高趋势；第三年十一月芦苇根茎叶所含PAHs总量分别为7.642、7.713、7.946 mg•kg-1 (DW)，相对原生芦苇分别提高了8.50、3.52和3.08倍，且以低环PAHs为主。芦苇中PAHs的含量与植物含脂率具有显著的正相关关系。试验在运行效果和分子水平上证明了芦苇床技术在稳定污泥有机物PAHs方面的有效性，为该技术的下一步推广应用奠定了科学基础。