[发明专利]污水生物处理系统诊断和修复的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及污水处理中的生物处理系统技术领域，具体为一种污水生物处理系统诊断和修复的方法。

【背景技术】

厌氧-缺氧-好氧(A/A/O)系统，缩写为污水处理系统，是工业有机废水常用的处理系统。该系统的本质作用原理是依次利用厌氧微生物、兼性微生物、好氧微生物将废水中的有机物同化为微生物本身的结构组成或生成CO₂等无机成分。因此，在污水处理系统的各个环节中，相应微生物的组成与生理状态，直接决定着有机废水的处理效果。废水处理的最终效果，则是各个处理环节中的微生物相互协同的结果。换言之，要保证废水的处理质量，就必然要求各处理环节中的微生物必须有针对废水有机物特征的稳定的微生物组成结构。污水处理系统实际上是一种人工的微生态系统。在这个微生态系统中，由于各环节相互衔接与协同，致使微生态的组成在空间上有演替，在时间上有变更。自然，可以将出现故障的废水处理系统看作是一个退化的或者遭到破坏的生态系统，如果这个生态系统能够恢复到正常状态，那么废水处理的功能也能够得到恢复，所以对系统故障的诊断和排除过程实际上也是一个生态修复过程。因此生态恢复的理论和方法对于废水处理系统的修复具有重要的指导作用。

虽然人们对于污水处理反应器的设计和操作的优化上做了大量的研究，并已经积累了一些优化经验，但是这些经验都是在忽略微生物群落的作用，只是把反应器中的微生物群落看作是一个黑箱，通过控制溶解氧、水停留时间、污泥龄等参数和监控参数比如NH₃-N，NO₃^--N，PO₄^3--P等参数，一般能在较低的成本下实现污染控制指标（比如BOD，氮和磷）的达标排放。这样做，虽然能够在很多情况下达到反应器的优化和稳定运行的目的，但是因为因为这些优化措施没有考虑到微生物群落的影响，会损坏了反应器中正常的微生物群落结构，因此优化的效果往往是短期的。例如，高BOD去除率可以采用调整物理化学参数（曝气量、污泥浓度等）的措施来达到，往往容易达到较高BOD去除率，但反应器中BOD浓度的降低也增加了丝状菌和有益菌种因碳源发生竞争而导致污泥膨胀发生的可能性，此时如果不再继续优化微生物群落结构，控制丝状菌的过量生长，污泥膨胀一旦发生，整个污水处理过程就会崩溃。这说明忽略微生物群落作用的优化措施往往是以牺牲其他来达到的，而这种优化往往也是不稳定的，在经过短期明显效果后，一般会出现另外一种或者几种问题，系统不稳定。又比如Manefield等分析比较了两个焦化废水工业处理装置之间效果差异的原因。这两个废水装置处理量、反应器结构和操作基本相同，但是却存在一个处理效果稳定，而另一个效果不稳定的问题，常规的优化很难发现问题所在，他们从微生物群落角度出发，通过使用RNA-SIP技术，发现了这两个反应器群落之间苯酚降解同位群存在结构差别：在两个反应器中虽然同一种未培养Acidovorax属种群的苯酚降解同位群中都占优势地位，但是在处理效果不稳定的反应器中还含有另外一种优势苯酚降解种群。这种重要同位群结构上的差别很可能是导致处理装置不稳定的根本原因。

最近几年，人们已经意识到在反应器优化的过程中考虑微生物群落结构、优化的必要性。但是由于意识和手段的限制，我们对反应器中微生物菌群结构都是从纯培养角度出发的，对于污水处理系统中微生物群落中各个菌群的组成、多度、分布以及它们在运行过程中的生理学特点（如生长动力学和对不同底物的亲和力及利用效能等）都缺乏全面而正确的认识。这些知识的缺乏，限制了微生物的群落结构演替在反应器优化中的应用。

【发明内容】

本发明的目的在于针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种对污水生物处理系统中群落的时间或者空间演替进行系统轨迹分析的污水生物处理系统诊断和修复的方法。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：污水生物处理系统诊断和修复的方法，其包括的步骤如下：

1）确定参比系统；

2）对参比系统取样；

3）提取样品中的DNA，16sRNA V3区进行PCR扩增，然后进行DGGE指纹图谱分析；

4）对DGGE指纹图谱标准化；

5）对DGGE指纹图谱的主成份分析，鉴定DGGE条带；

6）实时PCR定量确立主成份的演替规律；

8）分析诊断，推断故障具体原因，提出解决方案。