固定化高分子季铵盐对硫酸盐有机废水厌氧处理颗粒污泥的影响机制

As a kind of slime remover, the study of immobilized polymer quaternary ammonium salt (IPQAS) on removing mass transfer resistance for granular sludge will open up a new field and application of wastewater biotreatment. According to our previous research findings, a work plan is proposed that IPQAS could be used to remove surface secretion and precipitates of granular sludge, and to improve biological activity of granular sludge. To further confirm the idea, the activity inhibition model of anaerobic granule sludge will be established during treating the organic wastewater containing sulphate. The effects of surface secretion and precipitates on biological activity of the granular sludge will be explored. And then, IPQAS will be synthesized and used to touch and interact with inhibited granule sludge. To understand the mechanism of interaction of IPQAS with granular sludge, the impact of alkyl chain length of IPQAS on granular sludge characteristics will be studied. The community structure and distribution response of long-term interaction of IPQAS with granular sludge will be revealed. In this research, a new idea will be provided for revealing inhibition mechanism during anaerobic treating organic wastewater containing sulphate, a new way will be developed for improving the efficiency, and a scientific evidence will be laid for the popularization and application of anaerobic treatment process in Guangxi.

固定化高分子季铵盐（IPQAS）作为一种新的粘泥剥离剂，其在解除颗粒污泥传质阻碍上的研究必将开辟一个崭新的废水生物处理研究和应用领域。根据我们前期研究中的发现，我们提出IPQAS可作为一种颗粒污泥表面包裹物的剥离剂解除颗粒污泥传质屏障以提高颗粒污泥生物活性的工作设想。为进一步证实该设想，我们拟建立硫酸盐厌氧处理中颗粒污泥活性抑制模型，探讨颗粒污泥表面包裹物对颗粒污泥生物活性和传质的影响；制备IPQAS并作用于活性受抑制的颗粒污泥，重点评价IPQAS烷基化链长对颗粒污泥特性的影响，以明确IPQAS与颗粒污泥表面相互作用的机理，阐明IPQAS长期作用下颗粒污泥的微生物群落结构及空间分布响应机制。本研究可为揭示硫酸盐有机废水厌氧处理的抑制机制提供一个新的思路，为废水厌氧处理效率的提高提供一个新的策略，为硫酸盐有机废水厌氧处理工艺在广西的推广应用提供科学依据。

含硫酸盐有机废水是普遍存在的一种难治理工业废水，采用厌氧工艺处理该类废水一直是环境工程界关注的焦点。但在厌氧处理过程中，由于硫酸盐的存在而引起对厌氧微生物的抑制，往往导致厌氧反应器的运转失败，从而严重制约了厌氧工艺在该类废水处理中的工程化应用。反应器内颗粒污泥表面被大量分泌物（如单质硫、金属硫化物和胞外聚合物等）包裹是引起硫酸盐有机废水厌氧处理抑制的重要原因之一。本项目针对颗粒污泥表面被包裹造成传质阻碍而引起的微生物活性受到抑制问题，制备了固定化高分子季铵盐（IPQAS）作为颗粒污泥表面包裹物的剥离剂，投加IPQAS作用活性受抑制颗粒污泥，考察了IPQAS对颗粒污泥表面包裹物的剥离程度与颗粒污泥活性的关系，探讨了IPQAS作用下颗粒污泥中微生物群落结构及其空间分布的变化。主要研究成果如下：（1）开发了一种新型上流式厌氧污泥床（UASB）反应器，研发出用于实验室的厌氧反应器产气自动计量装置；（2）采用厌氧折流板反应器（ABR）处理硫酸盐有机废水，培育出30升活性受抑制颗粒污泥，阐明了该类废水厌氧处理过程中颗粒污泥表面沉积物积累的抑制机理；（3）制备了2种不同烷基链长的IPQAS，并进行了表征；（4）采用3套UASB反应器接种活性受抑制颗粒污泥，向其中2台分别投加不同烷基链长的IPQAS平行运行，实验结果表明投加IPQAS对颗粒污泥表面包裹物有一定程度剥离，同时使颗粒污泥生物活性稍有降低，但经过30d其活性开始恢复；（5）通过Illumina高通量测序考察IPQAS长期作用下颗粒污泥微生物群落结构变化，发现长烷基链IPQAS作用下，产甲烷功能微生物Methanosaeta属的丰度增加，Desulfovibrio属的丰度减少，这与FISH分析结果一致。这些研究成果可为含硫酸盐有机废水的厌氧生物处理提供理论指导和技术参考。