蜡印废水处理工艺技术开题报告 14页

'本科毕业设计(论文)开题报告题目：蜡印废水处理工艺技术课题类型：设计□实验研究□论文□学生姓名：许轩学号：31204060213专业班级：环境工程122学院：生化学院指导教师：魏翔开题时间：2016年3月4号2016年3月15日 一、本课题的研究内容及意义在纺织工业中会产生各种废水，其中以印染废水污染较为严重，其排放量约占工业废水总量的1/10，我国每年约有6～7亿t印染废水排入水环境中，是当前最主要的水体污染源之一，因此印染废水的综合治理已成为一个迫切需要解决的问题。印染废水主要由退浆废水、煮练废水、漂白废水、丝光废水、染色废水和印花废水等组成，其特点是成分复杂，色度高，有毒物质多，属于含有一定量有毒物质的有机废水，主要含有残留染料、印染助剂、酸碱调节剂和一些重金属离子，化学需氧量COD较高，而生化需氧量BOD5相对较小，可生化性差，是当前国内外公认的较难处理的工业废水之一[1]。印染废水含大量的有机污染物，排入水体将消耗溶解氧，破坏水生态平衡，危及鱼类和其它水生生物的生存。沉于水底的有机物，会因为氧分解而产生硫化氢等有害气体，恶化环境。印染废水的色泽深，严重影响受纳水体外观，用一般的生化法难以去除，有色水体还会影响日光的透射，不利于水生物的生长。水是一种易受污染而可以再生的自然资源。为了使这个自然水循环能够持续地为人类服务，水在使用后回归自然界前，必须进行废水的再生处理，使水质达到自然界自净能力的承受水平，恢复其作为自然资源的属性。[2]二、蜡印废水处理工艺的研究现状和发展趋势（文献综述）2.1研究现状20世纪90年代以来，我国经济高速发展，人民生活水平不断提高，但环境污染问题并未得到有效控制，在有些地区反而呈现加重的趋势。据报道，我国每年污水的排放量约为3.9×1010t，其中工业废水占51%，并以1%的速率逐年递增[3]。随着工业化进程的不断深入，全球性环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年来所形成的生态平衡，并对人类自身的生存环境造成了严重威胁。由于逐年加重的环境压力，世界各国纷纷制定各自的环保法律、法规和采取不同的措施，我国政府对环境问题也高度重视，并向国际社会全球性环境保护公约做出了自己的承诺。我国是纺织印染的第一大国，而纺织印染行业又是工业废水的大户，故有此而造成的生态破坏及经济损失是不可估量的，因而要实现印染行业的可持续发展，必须首先解决印染行业的污染问题。[4]2.2发展趋势目前印染废水的处理逐渐向膜法和其它处理技术相结合发展。工程师与研究人员不断开始研制新的超滤膜，改善超滤膜的材质，孔径大小等方面性能，主要为了降低膜的制作成本，提高过滤效能。然而膜法仍然具有它的缺点，只采用透过液反冲洗的清洗方法已不能保持膜的通量稳定，需采用药剂清洗，膜的污染比较严重，这一问题尚未很好的解决。而且，国内目前还未开发出高质量的超滤膜装置，需从国外引进成套的工艺设备，价格必然不菲。因此如何降低成本，保持膜的稳定性能是未来研究的重点[5]。2.3印染废水的处理方法2.3.1吸附法吸附法是应用较多的物理处理方法。该方法采用多孔状物质的粉末或颗粒与印染废水混合，或使废水通过由颗粒状物质组成的滤床,使废水中染料、助剂等污染物质吸附于多孔物质表面等而除去。 吸附技术特别适合低浓度印染废水的深度处理,在工艺上具有投资小,方法简便易行,成本较低的优点。吸附法在实际应用过程中应重点考虑吸附剂的选择、吸附剂的再生以及废吸附剂的后处理,以提高处理效果,降低处理成本和减少二次污染。常用的吸附剂主要有活性炭、离子交换纤维、炉灰、各种天然矿物、工业废料及天然植物废料等，一些合成无机吸附剂也被应用于处理印染废水，如含有SiO2的复合氧化物、合成Mg(OH)2吸附剂等。由于印染废水的水质复杂，单一的吸附处理无法达到理想的处理效果，实际应用中需进一步开发适用性较广的吸附剂同时必须开发吸附技术与其它技术的组合工艺[6,7]。2.3.2化学氧化法化学氧化是目前研究较为成熟的方法。借助氧化还原作用破坏染料的共轭体系或发色基团是印染脱色处理的有效方法。除常规的氯氧化法外，国内外研究重点主要集中在臭氧化、超声波氧化、过氧化氢氧化、电解氧化和光氧化方面。氧化剂一般采用Fenton试剂、臭氧、氯气、次氯酸钠等。按氧化剂的不同，可将化学氧化分为：臭氧化法和芬顿试剂氧化法。氧化法是一种优良的印染废水脱色方法，但如果氧化程度不足，染料分子的发色基团可能被破坏而脱色，但其中的COD仍未除尽；若将染料分子充分氧化，能量、药剂量消耗可能会过大，成本太高。臭氧化法不产生污泥和二次污染，但是处理成本高，不适合大流量废水的处理，而且COD去除率低。通常很少采用单一的臭氧法处理印染废水，而是将它与其它方法相结合，彼此互补达到最佳的废水处理效果。所以氧化法一般用于氧化—絮凝或絮凝—氧化工艺[8,9]。2.3.3生物处理法生物处理法是利用微生物酶来氧化或还原有机物分子，通过一系列氧化、还原、水解、化合等生命活动，最终将废水中有机物降解成简单无机物或转化为各种营养物及原生质。生物法具有运行成本低、处理效果稳定等优点，在印染废水处理中得到了较为广泛的应用。常用的印染废水生物处理方法有厌氧法、好氧法、厌氧好氧组合法。好氧生物处理是在有氧条件下，利用好氧微生物的作用来去除印染废水中的有机物。活性污泥法、生物滤池、生物转盘、氧化沟、生物塘和膜生物反应（MBR）等都属于废水好氧生物处理法。强化生物铁活性污泥法，通过采取向曝气池中投加氢氧化铁，延长难降解物质的停留时间等措施，能大幅提高曝气池的活性污泥浓度和抗冲击负荷能力，降低污泥负荷，使单位数量菌团承担的有机物降解量减少，使菌胶团表面的有机物得到及时!充分的氧化降解，从而提高系统的脱色率和COD去除率。生物膜法是将微生物细胞固定在填料上，微生物附着于填料上生长、繁殖，在其上形成膜状生物污泥。与常规活性污泥法相比，生物膜法具有生物体体积浓度大，存活世代长，微生物种类繁多等优点，尤其适合于特种菌在印染废水体系中的投加使用。常用的生物膜法包括生物转盘、生物接触氧化法、生物滤池。厌氧生物法不仅可用于处理高浓度有机废水，也可用于处理中、低浓度有机废水， 对染料中的偶氮基、蒽醌基和三苯甲烷基均可降解，但还不能完全分解一些活性染料的中间体，如致癌的芳香胺等。由于厌氧生物法的出水水质往往达不到排放标准，因而单纯使用厌氧生物法的处理工艺较少，通常与好氧生物法串联使用。厌氧好氧组合处理工艺，能在一定程度上弥补好氧生物处理工艺的不足。难降解染料分子及其助剂在厌氧菌的作用下水解!酸化而分解成小分子有机物，接着被好氧菌分解成无机小分子。通常厌氧段采用USB反应器，好氧段目前大多采用生物接触氧化法。间歇曝气活性污泥SBR工艺，采用间歇运行方式，废水间歇地进入处理系统并间歇地排出，充分利用兼性菌的作用，在同一反应器内程序地进行缺氧-厌氧-好氧过程，抗负荷与毒物冲击能力显著增强，可实现高进水浓度!高容积负荷和高有机物去除率，在处理高浓度印染废水方面独具特色而且对氮、磷、硫的脱除效果亦十分显著[9.10]。2.3.4光化学氧化法光催化氧化法是利用某些物质在紫外光的作用下产生自由基,氧化染料分子而实现脱色。TiO2光催化氧化法在PH值为3-11时产生O和·OH，使染料分子迅速分解而获得很好的脱色效果。铁羧酸配合物光催化氧化法，以铁-草酸、铁-柠檬酸或铁-丁二酸络合物作催化剂，在紫外光照射下，光解生成烷基、羟基等多种自由基，使印染废水氧化脱色。光催化氧化技术以其具有常温常压操作、有害物质分解彻底、能耗及材料消耗低、无二次污染等优点，具有良好的应用前景[11,12]。2.3.5膜分离技术膜分离技术处理印染废水是通过对废水中的污染物的分离、浓缩、回收而达到废水处理目的。具有不产生二次污染、能耗低、可循环使用、废水可直接回用等特点。膜分离技术虽然具有如此多的优点，但也存在着尚待解决的问题，如膜污染、膜通量、膜清洗、以及膜材质的抗酸碱、耐腐蚀性等问题，所以，现阶段运用单一的膜分离技术处理印染废水，回收纯净染料，还存在着技术经济等一系列问题。现在膜处理技术主要有超滤膜，纳米滤膜和反渗透膜。膜处理对印染废水中的无机盐和COD都有很好的去除作用[13]。2.3.6高能物理法线辐照下产生一系列高活性粒子,有害物质得到降解.技术的特点是有机物的去除率高,备占地面积小,作简便,由于用来产生高能粒子的设备昂贵,术要求高,耗大,量利用率低,真正投入实际应用还有大量的问题需要解决[14]。三、课题研究方案及工作计划 印染废水处理工艺中的厌氧水解处理工艺是利用产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，在反应器中以水流动的淘洗作用，使甲烷菌在反应器中难以繁殖，将厌氧处理控制在反应时间短的第一阶段，即在大量水解细菌、产酸菌作用下，将不溶性有机物水解为可溶性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质。将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理，可提高污水生化性能，降低后续生物处理的负荷，因而被广泛运用在难生物降解的化工、造纸及有机物浓度高的食品废水处理中。此外，厌氧水解处理亦可用于城市污水处理厂，以水解池代替初沉池，减少后续处理构筑物曝气池的停留时间，从而降低工程投资。本课题采用厌氧水解处理，蜡染印染废水的处理工艺包括以下步骤：①将污水收集至调节池；②在调节池内设置曝气装置，调节PH值至8～9；③在平流沉淀池前分别投加聚合氯化铵（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）；④在厌氧池内进行厌氧处理，并外加间歇式内循环回流；⑤在接触氧化池内进行供氧；⑥在沉淀池内进行泥水分离；⑦将污泥浓缩池的污泥压缩采用水压式隔膜压滤机过滤，形成泥饼[15]。如图：工作计划：（1）、第1～2周：查阅相关资料，了解研究内容及现状，制订研究方案，拟订初步的工作计划；（2）、第3～4周：开题，完善研究方案；（3）、第5～14周：查阅相关资料和文献，进行相关图纸的绘制及计算；（4）、第15～17周：编写毕业论文（5）、第18周：毕业论文答辩四、主要参考文献[1]孙政.印染废水水质特征及生物处理技术综述.煤矿现代化.2007年第一期[2]戴日成，张统，郭茜，曹健舞，蒋用印染废水水质特征及处理技术综述.工业给排水[3]耿云波，刘永红，赵鹏飞印染废水处理技术的应用及研究进展，工业用水与排水Vo1.41No.4Aug.2010[4]周瑶，郭超，杨波，前夕印染废水处理工艺，黑龙江环境通报Vo1.34No.2Jun.2010[5]肖冬雪，王兆慧，郭耀光，柳建设印染废水的处理方法及其发展趋势的探讨CHINAPOPULATION,RESOUCESANDENVIRONMENTVo1.212011[6]赵宜江,张艳,嵇鸣,等.印染废水吸附脱色技术的研究进展[j].水处理技术,2000,26(6):315-319[7]张建英,梁缘东,陈曙光,等,染色废水吸附混凝效应研究[j],环境污染与防治,1998,20(3):9-12[8]张艳,赵宜江,嵇鸣,等.印染废水物理化学脱色方法的研究进展[j].水处理技术,2001,27(6):311-314[9]郑冀鲁,范娟,阮复昌,印染废水脱色技术与理论技术[j].环境污染治理技术与设备,2000,1(5):29-35[10]魏建斌,付永胜,朱杰,等.印染废水生物脱色研究现状及展望[j].污染防治技术,2003,16(4):87-91 [11]刘长春,张峰,毕学军.TiO2光催化氧化技术在废水处理中的应用[j].污染防治技术,2003,16(4):111-114[12]罗凡,吴峰,邓南圣,等,铁（Ⅲ）羧酸配合物对水溶性染料的光化学脱色动力学的比较研究[j].环境科学与技术，1998(2):1-4[13]刘梅红，纳滤膜技术处理印染废水实验研究[j]水处理技术，2002,28(1):42-44[14]李胜利，李劲.用高压脉冲放点等离子体处理印染废水的研究[j].中国环境科学，1996,16(1):73-76[15]发明专利.孔建成.一种蜡印废水的处理工艺:中国,CN104163549A.2014-0810[16]MustafaIsikDeliaTeresaSponza,Anaerobic/aerobictreatmentofasimulatedtextilewastewater,ScienceDirect,SeparationandPurifcationTechnology60(2008)64-72[17]ZHENGXiang,FANYao-bo,WEIYuan-song,Apiloyscaleanoxic/xicmembranebioreactor(A/OMBR)forwoolenmilldyeingwastewatertreatment,JournalofEnvironmentalSciences.Vol.15No.4,pp.499-455,2003[18].Biotechnology&BioprocessEnfineeringFeb2014,Vol.19Issue1,p191-200.10p.[19]WoolTextileJournalapr2015,Vol.43Issue4,p41-44.4p.[20]JournaloftheSerbianChemicalSociety.2015,Vol.80Issue1,p115-125.11p.外文文献翻译英文部分AbstractInthisstudy,thebacterialdynamicsandstructurecompositionsinthetwo-stagebiologicalprocessofafull-scaleprintinganddyeingwastewater(PDW)treatmentsystemweretracedandanalyzedbyterminalrestrictionfragmentlengthpolymorphism(T-RFLP)and454pyrosequencingtechniques.T-RFLPanalysisshowedthatthemicrobialcommunitiesexperiencedsignificantvariationintheprocessofseedsludgeadaptationtothePDWenvironmentsandwereinconstantevolutionduringthewholerunningperiodofthesystem,despitetheconstantCODandcolorremovaleffects.Pyrosequencingresultsindicatedthatthetwo-stagebiologicalsystemharboredratherdiversebacteria,withProteobacteriabeingthepredominantphylumduringthesteadyrunningperiod,althoughitsmicrobialcompositionsdiffered.Thefirststageaerobictankwasdominatedbyα-Proteobacteria(89.05%ofProteobacteria),whereasinthesecond-stageaerobictank,β-andγ-Proteobacteria,besidesα-Proteobacteria,werethedominantbacterialpopulations.[16] 1.IntroductionPrintinganddyeingwastewater(PDW)haslongbeenconsideredasanimportantanddifficult-to-treateffluentduetoitstoxic,frequentlychanging,andbio-recalcitrantcomponentssuchasdyesanddyeing additives,lowratioofBOD5/COD(around20%),andhighpHvalue(10~13).ThecurrentPDWtreatmentemployedinChinaisacombinationofphysical-chemicalandbiologicalprocesses,inwhichvariousbiologicalmethodsplayprincipalrolesandarecapableofremoving40~50%ofCODand50~60%ofcolor.However,duringsystemstartuporsystemrunningperiod,importantproblemssuchasreducedoncentrationofactivatedsludge,sludgeexpansion,andformationoflargeamountsoffoamfrequentlyoccur,resultinginaseriousdecreaseintreatmentefficiencyorevencollapseofthesystem.Bacteriaarethedominantpopulationintheactivatedsludge,anditishypothesizedthatthedominantmicroorganismsplaythemostimportantrolesineachstageofthesystem.Therefore,determinationofthebacterialcompositionscorrespondingtothestagesofthesystemwillbehelpfulforunderstandingandsolvingtheabove-mentionedproblems.Inrecentyears,variousmolecularbiologicaltechniqueshavebeenusedfortheanalysisofmicrobialcommunitiesinvariouswastewatertreatmentsystems.However,mostofthepreviousstudieshadfocusedmoreontherelationshipbetweenfunctionalstabilityandmicrobialcommunitystabilityortheeffectsofrunningparametersonmicrobialcompositionsundertheconditionsoflab-scalebioreactorsnormallyfedwithsyntheticwastewater.Onlyafewreportshadexaminedfullscaleindustrialwastewatertreatmentsystems,andevenfewerhadanalyzedPDWtreatmentsystems.DuetothefrequentlychangingcharacteristicsandcomplexcompositionsofPDW,understandingoftherelationshipbetweenthemicrobialcommunitydynamicsandstartupandstablerunningofthesystemisimportantforthedesignandoperationofaPDWtreatmentsystem.Themolecularbiologicaltechniqueshavesomelimitationsincompletelyrevealingthemicrobialcompositionsortrackingtheevolutionprocessofthemicrobialcommunityinawastewatertreatmentsystem.InourpreviousstudyonthedynamicchangesinthemicrobialcommunityinthePDWtreatmentsystem,PCR-DGGE(denaturinggradientgelelectrophoresis)methodwasused.However,withthedevelopmentofsequencingtechniques,ithasbeennotedthatDGGEindicatesonlyaminorpartofthemicrobialpopulationinanenvironment.Furthermore,somerecentlydevelopedtechniquessuchasterminalrestrictionfragmentlengthpolymorphisms(T-RFLP),real-timePCR,454pyrosequencing,etc.,provideapossibilitytoobtaindynamicinformationormoreaccuratecompositionsofamicrobialcommunity.Therefore,inthisstudy,T-RFLPand454pyrosequencingmethodswereusedtotraceandrevealtheevolutionprocessesofbacteriainafull-scalePDWbiologicaltreatmentsystemduringtheestablishmentandcommissioningperiods.Theresultsofthisstudyareexpectedtoformthebasisoffurtherresearchonthefunctionsofthemicrobialpopulationsinwastewatertreatmentsystems[17].2.MaterialsandMethods 2.1.PDWtreatmentsystemandwastewatercharacteristicsThePDWtreatmentsystemwasestablishedbyXinxiangLiandaPrinting&DyeingCo.,Ltd(Xinxiang,China)inOctober2009fortreating1,000tonsofeffluenteveryday.Thesystemconsistedofacoagulation–precipitationunitandatwo-stagebiologicaltreatmentprocess,includingprocess1(ananaerobichydrolyticandacidificationunit(H1),anaerobicactivatedsludgetreatmentunit(O1),andasettlingtank1)andprocess2(ananaerobichydrolyticandacidificationunit(H2),anaerobicbio-contactoxidationunit(O2),andasettlingtank2),asshowninSupplementaryFig.1.TheseedsludgewascollectedfromamunicipalwastewatertreatmentplantandwasfirstinoculatedintoO1atthebeginningofthesystemstartup.H2wasstarted23daysafterO1operationbyinoculatingapartofsludgefromthesettlingtank1andapartofsludgefromthesamemunicipalwastewatertreatmentplantasthatusedforinoculatingO1.ThecharacteristicsofPDWandtheperformanceofthebiologicalwastewatertreatmentsystemwerecontinuouslymonitoredformorethan6months.TheconcentrationsofCOD,BOD5,colority,suspendedsolids(SS),totalnitrogen(TN),totalphosphates(TP),NH4+-N,andpHweredeterminedusingstandardmethods[12].ThecharacteristicsofthewastewaterareshowninSupplementaryTable1.2.2.SludgesamplesSludgesampleswerecollectedfromtheabove-mentionedbiologicaltreatmentunitsatdifferentperiodsofoperation,i.e.,seedsludge(day1andday23forO1andH2,respectively),aftersystemstartup(day23forbothO1andH1;day29forO2),andinthemiddleofoperation(day29andday185forO1andH1,respectively;day185forbothO2andH2).Thesamplesfromdifferenttreatmenttankswerecentrifugedat12,000rpmfor10minat4oC.Thepelletswerewashedtwice(eachwerecentrifugedfor10minat12,000rpm)withphosphatebuffer(pH7)andstoredat−20℃formolecularanalysis.2.3.DNAextractionThetotalDNAwasextractedfromthesludgepelletsbyusingthecetyltrimethylammoniumbromide(CTAB)method[13].TheyieldandfragmentationofthecrudeorpurifiedDNAweredeterminedbyagarosegelelectrophoresis(1%w/vagarose)andUVvisualizationafterethidiumbromide(EB)staining.ThepurifiedDNAwasthenstoredat−20℃forT-RFLPandpyrosequencing.2.4.PCRamplificationof16SrRNAgenesforT-RFLPForT-RFLPanalysis,labeledforwardprimer63F(labeledwith6-FAM(blue))(5"-CAGGCCTAACACATGCAAGTC-3")andunlabeledreverseprimer1389R(5"-ACGGGCGGTGTGTACAAG-3")wereused[10].ThePCRwasconductedunderthefollowingconditions:95℃for5min,followedby30cyclesof94℃for1min,55℃for1min,and72℃for2min,andafinalextensionat 72℃for10min.The1.3-kb16SrRNAgenefragmentsobtainedbyPCRwerepurifiedfrom1%agarosegelswithaUNIQ10columnDNApurificationkit(Sangon,China)accordingtothemanufacturer’srecommendations[18].2.5.T-RFLPanalysisThelabeledPCRproducts(10µL)weredigestedat37℃for16hwithAluI(AG/CT)andMspI(C/CGG),respectively.Thereactionmixturescontained2µLof10×restrictionenzymebuffer,10µLoftemplate,1µLofAluIorMspI,andultrapurewatertoafinalvolumeof20µL.Thereactionswereinactivatedbyincubationat80℃for20minforAluIand65℃for20minforMspI.ThedigestedDNAwasprecipitatedwith75µLof95%ice-coldethanoland3µLof3Msodiumacetateat−20℃for12h,followedbyspinningat4,000rpmand4℃inamicrocentrifugefor60min.TheDNApelletwaswashedwith70%ice-coldethanol,dried,andsuspendedin9µLofsterilewaterforanalysis[14].TheTRFswereanalyzedbyShanghaiGeneCoreBio-TechnologiesCo.,Ltd(Shanghai,China).TheT-RFLPprofileswerealignedbyinspectingtheelectrophoretogramsandbymanualgroupingofthepeaksintocategories.ThepresenceorabsenceofpeaksintheT-RFLPprofileswasthebasisfortheconstructionofapairwiseDicedistancematrixforuseinanon-parametricmultidimensionalscaling(NM-MDS)analysisutilizingthePC-Ord5.0software. 2.6.High-throughout454pyrosequencingThecompositionofthePCRproductsoftheV3regionof16SrRNAgenewasdeterminedby454pyrosequencingbyBGI(Shenzhen,China).Thebacterialuniversalprimerpair,27F(5"-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3")and534R(5"-ATTACCGCGGCTGCTGG-3"),wasused[15],andthesamplesusedinthisstudywereindividuallybarcodedtoenablemultiplexsequencing.Followingpyrosequencing,Pythonscriptswerewrittento:(1)removesequencescontainingmorethanoneambiguousbase;(2)checkthecompletenessofthebarcodesandtheadapter;and(3)removesequencesshorterthan150bp[16].TheeffectivesequenceswereanalyzedbyusingRDP(RibosomalDatabaseProject,http://pyro.cme.msu.edu/)toconstructthedistancematrices,assignsequencestooperationaltaxonomicunits(OTUs,97%similarity),andcalculateChao1richnessestimators[17].ThesequencesofthedominantOTUswereextractedtorunBLASTandsearchrelativesagainst“nr”databaseusingtheInternetautomatically(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/).AphylogenetictreewasconstructedusingtheneighborjoiningmethodinMEGAversion4.1using1,000bootstrapreplications.ThearchaeonMethanobacteriumformicicumwasusedasanout-group[19].3.ResultsandDiscussion3.1.PerformanceofthePDWtreatmentsystemTheCODandcolorofthePDWwere646~5,056mg/Land80~650dilutes,respectively.AftercoagulationandprecipitationbyusingFeSO4and poly-aluminumchloride(PAC),theCODandcolorreducedto417~3,750mg/Land40~550dilutes,withanaverageremovalrateof43.9and38.5%,respectively.Atthesametime,thepHofthePDWwassignificantlyreducedfrom10.96to13.89toaround8.50,whichwasnecessaryforthesubsequentbiologicaltreatment.Afterthefirst-stagebiologicalprocess,theCODandcolorwerereducedto174~902mg/Land30~80dilutes,withremovalefficienciesof25~83.4%and25~89.1%,respectively.Greenwasthemostdifficultcolortodecolorize,whereasblackandbluewereeasiertoremove.Subsequently,forfurthertreatment,theeffluentsfromthefirst-stagebiologicaltreatmentprocesswerefedintothesecond-stagetreatmentprocessthatwascomposedofahydrolysistankandabiofilmcontactoxidationtank.Afurther10.8~53.9and25~66.7%reductioninCODandcolorwerenotedafterthisprocess,respectively,resultinginafinalCODof<500mg/Landcolorof<40dilutes.Aftercoagulationandthetwostepsofbiologicaltreatment,thetotalaverageremovalratesofCODandcolorreached85%,withthefinalcoloroftheeffluentssatisfyingthelocaldischargestandards(<50dilutes).However,aresidualCODof146~492mg/Lwasnoted,whichcouldberesolvedthroughfurthertreatmentbyusingFentonoxidationmethod.3.2.DynamicchangesinthebacterialcommunitystructurewithsystemoperationThedynamicvariationinthebacterialcommunitywastracedbyusingT-RFLPmethod(asshowninSupplementaryFigs.2and3).TheT-RFLPprofilesindicateddiverseandfluctuatingdominantbacterialpopulationsinthecollectedsamples.AnalysisofShannondiversityindexontheT-RFLPprofilesindicatedthatdifferenttreatmenttanksofthesystemharboreddiversebacteria,withH"=0.83~1.20and0.71~1.07forAluIandMspIrestrictionenzymedigestionmaps,respectively.Samplesfromthefirstbiologicaltreatmentprocess(O1andH1)showedhigherbacterialdiversitythanthosefromthesecondone(O2andH2).Thedominantpeakschangedbothinheightandpeaktimeamongtheseedsludgesamplesandsteadyrunningstagesamples,especiallythoseofthe185-daysamples.SuchdifferentT-RFLPprofiles,especiallyafteralongrunningtime,maybetheresultoffrequentlychangingcompositionsofthePDW,especiallydifferenttypesoftoxicdyesandadditivesusedintheproductionprocess,whichmayinhibitsomeimportantmicroorganismsorenhancethegrowthofsomeotherbacteria.AclearerexaminationoftheT-RFLPprofilesbyNMMDSanalysisisshowninFig.1.Thesamplesfromthesameperiodclusteredmorecloselythanthosefromthesametreatmenttank,whereasthosefromtheseedsludgewereobviouslyseparatedfarawayfromtheothers.TheseresultsimpliedthatthemicrobialcommunitiesexperiencedsignificantchangesintheprocessofseedsludgeadaptationtothePDWenvironmentsandwereinconstantevolutionduringthewholerunningperiodofthesystem.As describedearlier,thecolor,COD,andcompositionofthePDWfrequentlychangedevenwithinaday,whichmaybeoneofthefactorsresponsibleforthevariationinmicrobialcommunity.Previousstudieshavealsoshownthatthebacterialcommunitywashighlyvariableinlab-scalebioreactors[18]andeveninpilot-scalereactors[7]despitestableoperationconditions.TheresultsobtainedinthepresentstudyareconsistentwiththosereportedbyusingthePCR-DGGEmethod[8].Furthermore,thefindingsofthisstudyandourT-RFLPanalysisonfungiandarchaeaalsosupportthisconclusion(datanotshown).Nevertheless,thereisalsosomeevidencedemonstratingbacterialphylogeneticstabilityunderconstantoperationconditions[6,7].Althoughthemicrobialcommunitiesvariedwiththesystemrunningperiodandinfluentfluctuationsasdescribedearlier,theCODandcolorremovalefficienciesofthefirststagebiologicaltreatmentprocesswerealmostidenticalduringthewholedetectionperiodandevenincreasedinthesecond-stagebiologicalprocess.Itappearedthatthenewlydevelopedorconstantlychangingmicrobialcommunitieshadthesameorevenstrongereffectsonpollutantdegradation.Thiscouldprobablybeduetothefunctionalredundancyamongdiversephylogeneticgroups,allowingoscillationsoftheirpopulationswithnoeffectsonthefunctioningofthereactor[19].Consideringthatsomemicrobialspecieswerenotdetectableowingtominorconcentrationsinthesludgeand/orthatthePCRprocessmayhavebeeninhibitedbysomesubstancesinthewastewater,itwasspeculatedthatamuchhighermicrobialdiversityexistedintheseedsludge.SomeofthesemicroorganismsmayhavehighPDWtreatmentefficienciesandmayalsohavebeenretainedinthesystem;however,theywerenotdetectedbytheT-RFLPtechnique.DuringthelongperiodofadaptiontoPDW,theminormicroorganismshighlyefficientincolorremovalandPDWdegradationcouldhavebeenenrichedorenhanced,andasaresult,predominantpeakswereobservedintheT-RFLPmaps[20].外文文献翻译中文部分摘要在这项研究中，在一个全面的印染废水（PDW）处理系统的两阶段的生物过程中的细菌动力学和结构组成进行了跟踪，并通过终端限制性片段长度多态性（T-RFLP）和454焦磷酸测序分析技术。T-RFLP分析表明，微生物群落在经历了适应环境的PDW种子污泥过程中的重大变化和不断演变的系统的整个运行期间，尽管恒定COD和颜色去除的效果。焦磷酸测序结果表明两级生物系统有相当多的不同的细菌，变形菌是主要的门的稳定运行期间，虽然其微生物成分的差异。第一阶段，好氧池是由α-变形菌门（89.05%左右），而在第二阶好氧池，β和γ-变形，除了α-变形菌为优势菌群。1.简介印染废水（PDW ）一直被认为是一项重要而艰巨性治疗出水由于其毒性，频繁变化和生物难降解成分，如染料和印染助剂，BOD5/COD的比例较低（约20％），和高pH值（10〜13）。在中国使用的当前PDW治疗是物理-化学和生物过程，其中各种生物方法发挥主要作用，并且能够除去的COD为40〜50％，并且彩色的50〜60％的组合。然而，在系统启动或系统运行期间，如降低的活性污泥，污泥膨胀，并形成大量泡沫的重要问题时经常发生，导致处理效率，甚至在系统崩溃的严重下降。细菌是在活性污泥的优势种群，它是假设，占主导地位的微生物系统中的每一个阶段发挥的最重要的作用。因此，对应于该系统的各个阶段的细菌组合物的判定将是理解和解决上述问题的有用。近年来，各种分子生物学技术已被用于在各种废水处理系统的微生物群落分析。然而，大多数以前的研究已经更多地集中在功能稳定性和微生物群落稳定性或实验室规模的生物反应器的条件下运行的微生物组合物参数的影响之间的关系通常用合成馈送废水。只有少数报告已审查满量程的工业废水处理系统，甚至更少了分析PDW处理系统。由于经常变化的特点和PDW的复杂的成分，关系的理解，微生物群落动力学和启动，并且系统的稳定运行之间为PDW处理系统的设计和操作是重要的。在分子生物学技术有一定的局限性，完全显露出微生物组合物或跟踪废水处理系统中微生物群落的演化过程。在我们以前的PDW处理系统中的微生物群落的动态变化研究采用PCR-DGGE（变性梯度凝胶电泳）方法。然而，随着测序技术的发展，已经注意到，DGGE仅指示在的环境中微生物种群的一小部分。此外，一些最近开发的技术，如末端限制性片段长度多态性（T-RFLP），实时PCR，454焦磷酸测序等，提供了一个可能获得动态信息或微生物群落更准确的成分。因此，在此研究中，T-RFLP和454焦磷酸测序方法用于建立和调试周期期间在全刻度PDW生物处理系统，以跟踪和揭示了细菌的进化过程。这项研究的结果预计将形成在废水处理系统中的微生物种群的功能的进一步研究的基础。2。材料和方法2.1。PDW处理系统和废水的特点该PDW处理系统是由新乡联达印染有限公司（新乡，中国）在2009年10月成立了治疗千吨污水每一天。该系统包括一个凝固-沉淀单元和两阶段的生物处理工艺，包括过程1（厌氧水解和酸化单元（H1），一个好氧活性污泥处理单元（01），和一个沉淀池1）和过程2如在补充图所示（厌氧水解和酸化单元（H2）的需氧生物接触氧化单元（O2），和一个沉淀池2），。1.种子污泥是从市政污水处理厂收集并在系统启动之初首次接种到01。H2开始23天后通过从沉降槽1和污泥的来自同一城市污水处理厂与用于接种01的一部分接种污泥的一部分O1操作。PDW和特征的生物废水处理系统的性能进行连续监测时间超过6个月。使用标准方法[12]进行测定COD，BOD5，色度的（SS）的浓度，悬浮固体，总氮（TN），总磷酸盐（TP），铵态氮，及pH值。废水的特性列于补充表1。2.2。污泥样品污泥样品从上述生物处理单位在操作中，即，种子污泥（第1天及23天O1和H2，分别）的不同时期，在系统启动（23天都O1和H1之后收集;29天对于O2），并在操作过程中（29天并分别为01和H1185日;天185为O2和H2）。从不同的处理槽的试样在12,000rpm离心10分钟，离心，在40℃下沉淀用磷酸盐缓冲液（pH7）洗涤两次（每次被以12,000rpm离心10分钟）储存在-20℃，分子分析。2.3。DNA提取用十六烷基三甲基溴化铵从污泥颗粒中提取总DNA（CTAB ）方法。琼脂糖凝胶电泳测定产量和破碎的粗或纯化的DNA（1%w/v琼脂糖）和UV可视化溴化乙锭（EB）染色后。纯化的DNA随后被存储在−20℃T-RFLP和焦磷酸测序。2.4。对于T-RFLP的16SrRNA基因的PCR扩增对于T-RFLP分析，标记正向引物63F（标有6-FAM（蓝色））（5"-CAGGCCTAACACATGCAAGTC-3"）和未标记的反向引物1389R（5"-ACGGGCGGTGTGTACAAG3"）被用于[10]。PCR反应在以下条件下进行的：950℃下5分钟，随后的94℃30个循环1分钟，55°℃1分钟，和72°下2分钟，并在72℃最后延伸10分钟。通过PCR获得的1.3-kb的16SrRNA基因片段，根据制造商的建议从与UNIQ10柱DNA纯化试剂盒（生工，中国）的1％琼脂糖凝胶纯化。2.5。T-RFLP分析标记的PCR产物（10微升）在37℃分别消化16小时以ALUI（AG/CT）和MspI的（C/CGG）。该反应混合物含有2微升10×限制性酶缓冲液中，模板的10微升，ALUI或MspI位，和超纯水的1微升至20微升的最终体积。该反应通过温育在80℃失活20分钟为ALUI和65℃20分钟适于MspI。将消化的DNA与75微升的95％冰冷的乙醇和3M乙酸钠3微升在-20℃12小时沉淀，随后在微型离心机中以4000转和4℃下旋转60分钟。该DNA沉淀用70％冰冷的乙醇洗涤，干燥，并悬浮于无菌水9微升分析。该成绩单由上海基因核心生物技术有限公司（上海，中国）分析。在T-RFLP结果通过检查来克和峰手动分组进行分类排列。在T-RFLP图谱峰的存在或不存在是使用的成对骰子距离矩阵的非参数多维尺度的结构利用PC-奥德5.0软件（NM-MDS）分析的基础。2.6。高通量454焦磷酸测序16SrRNA基因的V3区的PCR产物的组合物通过454焦磷酸测序由BGI（深圳，中国）测定。细菌的通用引物对，27F（5"-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3"）和534R（5"-ATTACCGCGGCTGCTGG-3"）中，使用[15]，在此研究中使用的样品被单独条形码的启用多重测序。继焦磷酸测序，Python脚本写为：（1）删除包含一个以上的暧昧碱基序列;（2）检查条形码和适配器的完整性;（3）去除大于150bp的短序列。有效序列进行使用RDP（核糖体数据库项目，http://pyro.cme.msu.edu/）构建距离矩阵，分配到操作分类单元（OTU单板，97％的相似性）序列，并计算超1丰富分析估计[17]。提取占主导地位的OTU单板的序列运行BLAST和搜索自动利用互联网对“NR”数据库亲属（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/）。系统树用的是邻居构造1000使用重复的引导在MEGA4.1连接方法。在古细菌甲烷formicicum被用作外基。3。结果与讨论3.1。在PDW处理系统的性能化学需氧量和PDW的颜色分别为646〜5056毫克/L和80〜650稀释。凝结和沉淀，通过使用硫酸亚铁和氯化聚铝（PAC）后，COD和色度降低到417〜3750毫克/升和40〜550稀释，用43.9平均去除率和38.5％，分别为。同时，该PDW的pH显著从10.96降低至13.89至约8.50，这是必要的后续生物处理。第一级生物处理之后，COD和颜色被减少到174〜902毫克/升和30〜80稀释，用25〜83.4分别％和25〜89.1％，去除率。绿色是最困难的颜色脱色，而黑色和蓝色更容易被除去。接着，为进一步处理，从第一级的生物处理过程中的流出物进料到被由水解槽和生物膜接触氧化槽的第二级处理工艺。进一步的10.8〜53.9和25〜66.7％降低COD和颜色进行此过程后指出，分别导致<500毫克/升和<40 稀释的颜色的最终化学需氧量。凝结和生物处理的两个步骤之后，COD和色彩的总平均去除率达到85％，与满足地方排放标准（<50稀释）的流出物的最终颜色。然而，146〜492毫克/升的剩余COD指出，这可能是通过进一步的治疗用芬顿氧化法解决。3.2。在细菌群落结构动态变化的系统运行在细菌群落的动态变化通过使用T-RFLP法跟踪（如图补充图2和3）。在T-RFLP分布曲线表明多元化和波动所收集的样本中占主导地位的细菌种群。在T-RFLP图谱Shannon多样性指数的分析表明，该系统的不同处理槽窝藏多样的细菌，其中H"=0.83〜1.20和0.71〜1.07ALUI和MspI的酶切图，分别。从第一生物处理工艺（O1和H1）样品显示出比来自第二个（O2和H2）更高的细菌的多样性。占主导地位的山峰都在种子污泥样品稳定运行阶段样品间的高度和高峰时间发生变化，特别是那些185天的样品。这种不同的T-RFLP图谱，尤其是长期运行的时间后，可能是该PDW频繁变动的组合物，尤其是不同类型的在生产过程中使用的有毒的染料和添加剂，其可以抑制某些重要的微生物或增强的生长的结果的一些其它的细菌。由NMMDS分析在T-RFLP图谱更清楚地检查显示在图。1.从同一时期的样品聚集比从同一个处理槽更加紧密，而那些从种子污泥明显分离远离他人。这些结果暗示，微生物群落在经历种子污泥适应该PDW环境的过程显著的变化和在系统的整个运行期间是在不断演进。如前所述，该PDW的颜色，COD和组合物经常甚至一天，这可能是负责在微生物群落的变化的因素之一内改变。以前的研究还表明，细菌群落在实验室规模的生物反应器即使在中试规模的反应器尽管稳定运行条件高度可变和。在本研究中得到的结果与通过使用PCR-DGGE法报道一致。此外，本研究的和的结果提供了对真菌和古细菌也支持这一结论的T-RFLP分析（数据未显示）。然而，也有一些证据恒定运转条件下证明细菌进化稳定性。尽管微生物群落如前所述在系统运行期间，进水的波动而变化，该化学需氧量和firststage生物处理过程的颜色去除效率分别在整个检测期间几乎相同，甚至在第二阶段的生物过程增加。看起来，新开发的或不断变化的微生物群落对污染物的降解同样甚至更强的效果。这很可能是由于不同的系统发育群体之间的功能冗余，允许其人民的振荡与反应堆的运作没有影响。考虑到一些微生物物种不是由于微小浓度和/或在PCR过程中可能已经由废水中的一些物质抑制污泥检测的，有人推测高得多的微生物多样性在种子污泥存在。一些这些微生物可能具有高PDW处理效率，并且也已经被保留在系统中;然而，他们没有通过T-RFLP技术检测。在适应的给PDW长周期，次要微生物脱色和PDW降解高效可能已被富集的或增强五、指导教师意见导师签名：'