零价铁促进UASB反应器产CH4作用及其微生物生态学机理研究

零价铁促进升流式厌氧颗粒污泥床反应器（UASB）产CH4作用是本课题组首次报道并初步确证的科学新发现。迄今，国内外的相关研究仍处于初始阶段，已有的少数报道仅限于反应器功能的表征上。而零价铁促进UASB反应器产CH4的作用途径与厌氧颗粒污泥中微生物群落结构与功能对其响应机理研究尚属空白。本项目拟选取维生素C生产废水作为反应器的处理对象，主要通过定量补加零价铁的反应器长期、平行、对比控制实验研究，采用化学计量学手段阐明零价铁促进UASB厌氧消化产CH4的作用途径，并着重采用功能基因阵列技术等现代微生物生态学方法从微生物群落结构与功能的视角揭示其微生物生态学机理。该课题研究结果将深化有机废水厌氧消化和铁厌氧氧化等微生物学过程的科学认识，同时也为拓宽UASB工艺在难降解有机工业废水处理与资源化领域的研究提供新思路，并奠定相关理论基础。

采用实验室规模的升流式厌氧颗粒污泥床反应器（UASB）研究了零价铁（Fe0）对厌氧消化过程及污泥中微生物种群结构的影响。研究结果表明，接种城市污水处理厂厌氧消化池絮状污泥和处理啤酒废水的颗粒污泥可以成功启动UASB反应器处理维生素C生产废水，在35℃、进水负荷为1.6 kgCOD/m3.d、水力停留时间（HRT）为18 h条件下，反应器在第55天启动成功。反应器稳定运行阶段，在进水COD浓度为8000 mg/L、水力停留时间为14 h、容积负荷为10.8 kgCOD/m3.d条件下，不加Fe0的对照反应器（R0）其COD去除率稳定在80~89%之间，沼气产率达到4.5 m3/m3•d，沼气甲烷含量平均为70%；而补加Fe0的反应器（RFe）的平均COD去除率稳定在90~95%左右，沼气产率平均为5.8 m3/m3•d，沼气中甲烷含量为72%；补加Fe2+和Fe3+的UASB反应器与R0相比在COD去除率和沼气产率方面没有显著差异。但是，这两组反应器出水的磷酸盐去除率与RFe相近，皆比R0提高了近60%；四组UASB反应器产生的沼气中13CH4中的含量没有显著差异。污泥利用零价铁为唯一电子受体产CH4作用的P1途径不是引起两反应器甲烷产量和浓度变化的主要原因。批次实验结果进一步显示 ，零价铁可以提高维生素C废水的可生化性，且粒径越小，活性越高。添加Fe0的RFe反应器的稳定运行期污泥中产甲烷菌比例（26%）高于R0（20%）, 革兰氏阳性低GC类群、变形菌纲的δ亚纲比例差异不显著，而变形菌纲β亚纲（14.7%）和Green non-sulfer bacteria（13.9%）的比例均分别低于对照反应器（20.1%和17.8%）。基因芯片分析结果显示R0和RFe污泥功能基因无显著差异。

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