焦化废水是毒性很大的典型工业废水,其特征污染物主要为挥发酚、硫氰化物、氨氮、PAHs(多环芳香烃)等,生物处理过程中需要微生物具备很强的适应能力。大多数焦化工艺以市政污泥作为启动污泥来进行培养驯化。活性污泥法中微生物是决定工艺处理能力好坏的关键因素,因此,对污泥微生物群落结构组成进行研究能揭示驯化的过程中污泥演变的规律,为调控工艺处理能力提供依据。本文结合了A/O/H/O工艺(厌氧-好氧-水解-好氧工艺),着重研究好氧阶段市政污泥的驯化的过程,通过废水特征污染物的降解情况与微生物群落变化相关联,探究污泥驯化过程的规律。其主要研究内容和结果如下:(1)考察A/O/H/O新型焦化废水处理工艺对COD(化学需氧量)、氨氮、挥发酚、氰化物和PAHs的降解效果,并与一期工程A/O2工艺(厌氧-好氧-好氧工艺)运行效果进行对比。结果表明,A/O/H/O工艺对焦化废水中COD、氨氮、挥发酚、氰化物和硫化物的去除率分别为97.87%、96.73%、99.99%、99.16%和99.72%,其中,COD、氨氮、挥发酚的去除率比A/O2工艺的去除率高。在PAHs的降解效果方面,A/O/H/O工艺效果更好,其外排水中16种PAHs的浓度仅为3.52μg·L-1,BaP浓度为0.009μg·L-1。研究还发现,在处理过程中PAHs大量吸附于污泥中,这不利于PAHs的生物降解,表明工艺中PAHs的浓度减少可能是由微生物降解和污泥吸附共同作用的结果。(2)以探讨焦化废水对微生物的毒性抑制以及微生物对焦化废水的适应过程为目的,通过于焦化废水原水中接种市政污泥,考察COD、苯酚、氨氮和硫氰化物等主要污染物指标的降解的基础上,运用Illumina高通量测序平台分析降解过程微生物群落组成及多样性变化的响应关系。研究发现,接种了市政污泥的焦化废水培养16 h后COD开始下降,40 h时苯酚降解了97.14%,72 h时硫氰化物开始降解,96 h时硫氰化物浓度低于检测限,氨氮浓度随着硫氰化物的降解而升高。群落测序分析表明,不同培养阶段污泥中微生物表现出群落结构及丰度上的差异:在苯酚降解阶段,苯酚优势降解菌为Acinetobacter、Pseudomonas;在硫氰化物降解阶段,Sphingobacterium、Brevundimonas、Lysobacter、Chryseobacterium为主导菌属;在144 h阶段,优势菌属则变为Fluviicola、Stenotrophomonas和Thiobacillus,总相对丰度为22.45%。由此认为,市政污泥克服了焦化废水中毒性成分的抑制作用之后能迅速适应环境,表现出微生物群落结构随着废水降解成份的变化而改变,环境因子和降解功能菌之间的竞争是群落结构演变的主要因素。(3)为探究葡萄糖、苯酚、Triton X-100对市政污泥驯化过程中污染物降解效果以及微生物群落变化的影响,通过在市政污泥驯化的过程中不断流加葡萄糖、苯酚、Triton X-100(聚乙二醇辛基苯基醚),检测其COD、氨氮、硫氰化物、总氮和PAHs的浓度变化,结合微生物群落检测结果,分析3种流加物对各自反应体系的影响。研究表明,4个反应体系均能有效的对焦化废水中COD和硫氰化物进行降解。群落测序分析表明,4个反应体系中80%的微生物属于Proteobacteria门,但从属水平上分析,4个反应体系中各个阶段的优势菌属存在明显的差异。研究还发现,流加葡萄糖和苯酚的反应体系对氨氮和总氮都具有良好的降解能力,但从实际应用出发,苯酚为废水的主要成分,因此流加苯酚更具有实际应用的意义。除此之外,流加Triton X-100的反应体系对PAHs的降解效率比其他两个反应体系的要高,并且污泥中存在Alcaligenes、Diaphorobacter、Sphingobium、Sphingopyxis、Stenotrophomonas PAHs降解菌。由此说明,在市政污泥驯化的过程中加入Triton X-100能够有效的提升活性污泥对PAHs的降解能力。