城市剩余污泥厌氧消化对病原微生物的杀灭机理研究

通过建立两种常见的污泥厌氧消化工艺，即中温单阶段厌氧消化工艺（MAD）和两阶段高温厌氧消化工艺(TPAD)，研究关键工艺参数，包括温度、pH、VFA浓度对厌氧消化过程中的典型病原微生物（大肠杆菌，伤寒杆菌，痢疾杆菌）的杀灭效果，定量描述病原微生物失活的动力学。同时，综合考虑污泥厌氧发酵产甲烷效果和病原菌失活两方面的关系，建立合适的数学模型，对病原菌杀灭效率进行拟合和预测，为优化污泥厌氧发酵反应器的设计和过程管理提供基础依据。其次，鉴于病原菌在厌氧消化过程中的有活性但不可培养（VBNC）状态，应用反转录定量PCR新技术为研究手段，研究各种厌氧消化工艺参数对病原菌的VBNC状态影响和发生。以上两方面的研究结果将阐明和完善污泥厌氧消化过程对典型病原菌的杀灭机理。

探究了不同污泥厌氧消化工艺对三种典型肠道病原菌（大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌）的杀灭效果以及VBNC状态的发生机制。.1.研究了连续流中温厌氧消化反应器（MAD）中污泥停留时间对反应器的性能和病原菌杀灭的影响。MAD反应过程有效地去除了沙门氏菌与大肠杆菌，而且去除率随着不同污泥停留时间（SRT）的增加而增加；.2. 研究了温度分相厌氧消化反应器（TPAD）高温相SRT对病原菌的杀灭效果。TPAD 反应器在病原菌杀灭方面有显著作用，在TPAD系统中高温相3 d，中温相15 d，能完全杀灭其中三种主要肠道病原菌。TPAD反应器中，VS去除率和甲烷产率随着高温相SRT增加而增加。能量平衡估算发现，在TPAD系统中高温相5 d，中温相15 d的净产能值最高；.3.研究了pH=7的中性条件和pH=5的酸性条件下，连续流MAD反应器中VFA浓度对反应器性能和病原菌杀灭的影响。结果表明污泥中大肠杆菌和沙门氏菌数量经MAD工艺处理后明显下降，均降低了2个数量级，杀灭率大于99%。pH中性条件下VFA浓度的增高对三种病原菌的杀灭率影响不大，但高浓度VFA使得沙门氏菌的杀灭速率有所减慢。酸性条件下，气体产生和VS去除不明显，反应器运行失稳。但病原菌的杀灭率明显提高，特别是沙门氏菌已完全杀灭，达到A级标准；.4.发展了一种污泥样品总细菌RNA提取的实验方法以及病原菌反转录定量PCR技术（RT-qPCR）。提取的RNA样品纯度和完整性较好。能够满足后续分析要求。以此为基础，结合传统的培养法检测技术和反转录定量PCR技术，发展了一种用于定量三种VBNC状态病原菌的检测方法，同时建立了以DNA为基础的qPCR定量技术。.5.研究了高温消化（TAD）、TPAD和MAD工艺对三种病原菌VBNC的发生机制。结果显示厌氧消化导致病原菌进入VBNC状态，且VBNC发生率不同。高温工艺病原菌的VBNC发生率指数平均要比中温工艺高4个数量级左右，高温工艺能够诱导更多的病原菌进入VBNC状态，而不是真正意义上的杀灭；.6. 研究了消化污泥离心脱水储运过程中VBNC的发生状况。三种消化工艺出泥中的病原菌在室温储存30天后都会出现不同程度的“再生长”现象，而高温工艺（TAD、TPAD）的复苏指数均要高于MAD工艺，此外，PCR和RT-qPCR的定量结果在污泥储存过程中据保持稳定，这说明脱水污泥储存过程中可培养状态