發(fā)布時(shí)間：2020-03-28 05:17

【摘要】：由于污廢水大量排放及農(nóng)業(yè)長期大量施用化肥,飲用水源氮源污染日益嚴(yán)重,已引起世界各國的高度重視。三十多年來人們采用各種方法對受污染水源水進(jìn)行脫氮處理,其中生物脫氮法是目前去除水體氮源污染物最經(jīng)濟(jì)、有效的方法。盡管國內(nèi)外對微污染水體生物脫氮進(jìn)行了大量研究,但現(xiàn)有地表水源生物脫氮技術(shù)主要以異位生物修復(fù)為主,其水力停留時(shí)間受到限制,對總氮去除效果不理想,且大多需投加電子供體,增加了水處理成本,同時(shí)有些基質(zhì)或其氧化的中間產(chǎn)物對生物有毒害作用。 本文將揚(yáng)水曝氣與原位生物凈化兩種技術(shù)有機(jī)結(jié)合,針對微污染水體原位生物脫氮存在的低溫、貧營養(yǎng)及好氧問題,采用貧營養(yǎng)脫氮功能菌群及低溫貧營養(yǎng)脫氮功能菌群制成微生態(tài)菌劑,形成能有效去除水中氮源及有機(jī)污染物的原位生物投菌技術(shù)和原位生物膜技術(shù),并結(jié)合揚(yáng)水曝氣技術(shù),揭示了該組合技術(shù)用于微污染水源水生物脫氮的特性及效能。論文成果主要包括以下幾方面: (1)貧營養(yǎng)好氧反硝化細(xì)菌的馴化、篩分及脫氮特性研究。在低營養(yǎng)條件下馴化、篩分出具有較好脫氮性能的貧營養(yǎng)好氧反硝化細(xì)菌PY8、DA15和DF7,結(jié)合菌株形態(tài)、生理生化試驗(yàn)及16S rDNA序列分析,可基本確定菌株P(guān)Y8屬于Rhizobium sp.,菌株DA15屬于Arthrobacter sp.,菌株DF7屬于Bacillus sp.。在前期已篩分出的高效脫氮菌種FY3、FY5和FY7的基礎(chǔ)之上,采用生態(tài)位分離策略構(gòu)建了貧營養(yǎng)脫氮功能菌群Z4(PY8+FY3+FY7),并對其中各功能菌的生長曲線、脫氮特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明,各菌株生長速率較慢,pH、溫度、C/N、NaNO3濃度及接種量對各貧營養(yǎng)好氧反硝化細(xì)菌的脫氮性能影響有差異,且PY8異養(yǎng)硝化性能明顯。周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因(napA)PCR擴(kuò)增結(jié)果證實(shí)這3株菌具有可在好氧環(huán)境中還原硝酸鹽的系統(tǒng),好氧反硝化作用的確是由周質(zhì)硝酸鹽還原酶來催化的。 (2)低溫好氧反硝化細(xì)菌的馴化、篩分及脫氮特性研究。通過逐漸降低溫度條件馴化、篩分出耐冷脫氮細(xì)菌DW3、DW4、D3和D4,經(jīng)過生理生化鑒定及16S rDNA序列分析,基本確定菌株DW3屬于Pseudomonas sp.,菌株DW4、D3和D4均屬于Acinetobacter sp.。各耐冷脫氮菌株生長曲線及脫氮特性試驗(yàn)表明,除D3菌株外,其他菌株在培養(yǎng)過程中都存在明顯的衰亡期,各菌株的反硝化過程都發(fā)生在對數(shù)生長期,pH、溫度、C/N及接種量對各菌株的脫氮性能有影響,各菌株具有明顯的異養(yǎng)硝化性能,且在10℃溫度條件下仍能保持一定的脫氫酶活性。選擇菌株DW3和D3進(jìn)行周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因(napA)PCR擴(kuò)增,證實(shí)了這2株菌具有周質(zhì)硝酸鹽還原酶,可實(shí)現(xiàn)好氧反硝化。采用自適應(yīng)及菌源生態(tài)重組策略構(gòu)建出在極端環(huán)境中具有較好反硝化效果的低溫貧營養(yǎng)脫氮功能菌群L1(PY8+DW3+D3)和L2(PY8+DW3+D4)。 (3)微污染水體原位生物投菌技術(shù)脫氮特性與效能研究。小試研究以貧營養(yǎng)脫氮功能菌群Z4作為菌源制成微生態(tài)菌劑,采用不同菌劑投量直接投加到水庫原水中,菌投量為0.1mg/L時(shí)凈化效果最好,整個(gè)運(yùn)行期間(32d),硝氮、總氮、CODMn及TOC去除率分別達(dá)到72.3%、71.3%、32.3%和34.8%,穩(wěn)定期的脫氮效果可滿足地表水環(huán)境Ⅲ類水體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求;同時(shí)溶解氧、水溫、pH及C/N會(huì)影響生物菌劑的脫氮性能。將低溫貧營養(yǎng)脫氮功能菌群L1用于微污染水原位生物投菌技術(shù)中,在低溫環(huán)境條件下運(yùn)行36d,該菌劑對原水硝氮及總氮去除率最大可達(dá)到46%和53%。 (4)微污染水體原位生物膜技術(shù)脫氮特性與效能研究。選擇脫氮性能較穩(wěn)定的硬性懸浮填料,同時(shí)研制出適合于微污染水體原位修復(fù)、且可創(chuàng)造適宜微生物生長的不同溶解氧環(huán)境的新型多孔懸浮填料作為生物載體,以貧營養(yǎng)脫氮功能菌群Z4作為菌源對載體進(jìn)行人工強(qiáng)化掛膜,小試研究結(jié)果表明,試驗(yàn)運(yùn)行46d,貧營養(yǎng)原位生物膜技術(shù)對原水硝氮及總氮去除率均可達(dá)到75%以上,CODMn去除率在25%以上,穩(wěn)定時(shí)期脫氮效果可滿足地表水環(huán)境Ⅲ類水體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,且溫度、填料填充率及C/N比對原位生物膜系統(tǒng)脫氮效果有一定影響。貧營養(yǎng)細(xì)菌以較低速率進(jìn)行生長時(shí),對外界環(huán)境具有較大的抗性,是微生物適應(yīng)貧營養(yǎng)環(huán)境的結(jié)果,在貧營養(yǎng)條件下,吸附和生物膜形成是微生物的一種生存策略。 (5)原位生物投菌系統(tǒng)對混合充氧技術(shù)的條件要求。DO濃度對貧營養(yǎng)好氧反硝化菌群的脫氮性能有一定影響。當(dāng)DO濃度大于7mg/L時(shí),反硝化速率很慢,始終保持在較低的水平;當(dāng)DO濃度低于7mg/L時(shí),反硝化速率隨DO值的降低而較大幅度地升高,說明貧營養(yǎng)好氧反硝化菌群的閾值較高,對氧氣有較高的耐受能力。DO濃度為3~4mg/L、5~6mg/L和7~8mg/L時(shí),系統(tǒng)運(yùn)行期間對原水總氮去除率分別為91%、84%和31%。好氧反硝化細(xì)菌的反硝化酶系和有氧呼吸系統(tǒng)同時(shí)存在,氧不再是抑制反硝化酶活性和反硝化酶生成的直接因素,周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因的擴(kuò)增進(jìn)一步解釋了好氧反硝化菌可以在DO濃度相對較高的條件下進(jìn)行反硝化作用。 (6)揚(yáng)水曝氣—原位生物凈化組合技術(shù)中試研究。在揚(yáng)水曝氣強(qiáng)化混合條件下,進(jìn)行原位生物凈化系統(tǒng)中試研究。以貧營養(yǎng)脫氮功能菌群Z4為菌源,分別構(gòu)成揚(yáng)水曝氣—貧營養(yǎng)生物膜和揚(yáng)水曝氣—貧營養(yǎng)生物投菌組合技術(shù),在溶解氧濃度為5.0~7.0mg/L,水溫范圍為10℃~ 23℃、CODMn/TN≈1.56的貧營養(yǎng)條件下,揚(yáng)水曝氣—貧營養(yǎng)生物膜組合系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的氨氮、硝氮、總氮和TOC去除率范圍分別為82%~100%、62%~79%、70%~80%和72%~80%,BOD5/CODMn比值可由初始0.476降至0.054,且三維熒光光譜圖顯示運(yùn)行期間原水生源性DOM變化較大;揚(yáng)水曝氣—貧營養(yǎng)生物投菌組合系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的氨氮、硝氮、總氮、TOC和CODMn去除率分別為82%~100%、43%~58%、63%~70%、65%~73%和51%~57%。PCR-DGGE圖譜分析表明,生物膜上種群演替進(jìn)程緩慢,α-proteobacterium綱是生物膜中最優(yōu)勢的細(xì)菌類群,固定的菌株P(guān)Y8和FY3成為生物膜上的優(yōu)勢菌群;生物投菌系統(tǒng)中FY3和FY7成為系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群。消毒劑滅活試驗(yàn)、群落結(jié)構(gòu)多樣性及小鼠急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)表明,生物菌劑不會(huì)對原生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的破壞,且不會(huì)對飲用水水質(zhì)構(gòu)成威脅。采用低溫貧營養(yǎng)脫氮功能菌群L1與揚(yáng)水曝氣技術(shù)有機(jī)結(jié)合,在初期水溫不足15℃,CODMn/TN≈1.0的低溫、貧營養(yǎng)條件下,穩(wěn)定運(yùn)行階段的硝氮及總氮去除率分別在50%和60%以上,最大硝氮及總氮去除率分別為81%和84%,TOC、CODMn及BOD5月平均去除率分別為63%、49%和62%。上述結(jié)果表明,該組合技術(shù)用于凈化微污染原水是可行的,穩(wěn)定運(yùn)行期的脫氮效果均可滿足地表水環(huán)境Ⅲ類水體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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2 魏巍;黃廷林;;低溫好氧反硝化菌的分離鑒定及脫氮特性研究[J];供水技術(shù);2012年06期

3 張勇;魏巍;章武首;;基于微污染水體特征的脫氮功能菌群的構(gòu)建[J];供水技術(shù);2013年03期

4 黃廷林;王X;李娜;劉婷婷;;原位投菌技術(shù)修復(fù)微污染水源水的中試研究[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2012年07期

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1 王X;揚(yáng)水曝氣強(qiáng)化原位投菌技術(shù)修復(fù)微污染水源試驗(yàn)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2012年

2 劉婷婷;水源水庫微生物種群結(jié)構(gòu)與功能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

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本文編號：2603982