發(fā)布時間：2020-03-29 19:55

【摘要】： 由于氮素化合物能夠造成水體的富營養(yǎng)化，污水脫氮成為目前水處理領域的重要問題。然而傳統(tǒng)生物脫氮工藝普遍存在工藝流程長，占地面積大，運行成本高等缺點。最近，一種極具應用前景的新型單級自養(yǎng)脫氮技術被開發(fā)出來。該工藝在單一反應器內組合短程硝化和厭氧氨氧化反應，與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比大大降低了運行成本。 本實驗實驗以包裹無紡布的多微孔炭管作為生物膜載體和供氧裝置的膜曝氣生物膜反應器運行基于短程硝化-厭氧氨氧化的單級自養(yǎng)脫氮工藝。啟動反應器采用先培養(yǎng)馴化好氧氨氧化污泥，隨后再次接種成熟厭氧氨氧化污泥的方式。首先接種普通硝化污泥啟動反應器，通過對膜內腔壓力的適當控制逐步降低反應器溶解氧濃度，實現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。然后再次接種取自升流式無紡布固定床反應器富集培養(yǎng)的厭氧氨氧化污泥，使無紡布上形成好氧氨氧化菌與厭氧氨氧化菌穩(wěn)定共存的膜曝氣生物膜，從而實現(xiàn)單級自養(yǎng)生物脫氮。研究取得的主要結果如下： (1)采用升流式無紡布固定床生物膜反應器可以對ANAMMOX菌接種物進行有效的富集培養(yǎng)。經(jīng)過101 d的連續(xù)富集培養(yǎng)，反應器內污泥濃度由起始的470 mg L~(-1)培養(yǎng)至3118.4 mg L~(-1)。在穩(wěn)定運行階段，反應器平均進水TN負荷分別為818．3 mg L~(-1)，在進水NH_4~+-N濃度為200-250 mg L~(-1)時，TN去除率達到最大值63.8％。對培養(yǎng)的厭氧氨氧化污泥進行掃描電鏡觀察顯示，污泥中大部分為球狀細菌，并且聚集成類似花椰菜狀的聚集體。 (2)利用PCR、克隆、熒光原位雜交和實時熒光PCR等微生物分子生態(tài)學實驗技術對實驗室富集培養(yǎng)的ANAMMOX污泥中主要的功能性菌群進行研究�？寺〗Y果顯示，富集培養(yǎng)的ANAMMOX污泥中含有兩類細菌，其中一種的16S rDNA基因序列與已經(jīng)報道的ANAMMOX細菌KSU-1(Genbank ID：AB057453.1)的基因序列十分相似，相似性＞98％；另一種的16S rDNA序列與已經(jīng)報道的ANAMMOX細菌Uncultured Planctomycetes bacterium gene for 16S rRNA(Genbank ID：AB176696.1)的基因序列最相近，相似性達到100％。用特異性探針PLA46對ANAMMOX污泥進行熒光原位雜交分析，結果顯示，Planctomycetes類ANAMMOX細菌是實驗室培養(yǎng)的ANAMMOX污泥中的主要功能性細菌。實時熒光定量PCR結果表明，1μl樣品DNA模板中含有6.32×104~個真細菌的基因拷貝，含有1.58×10~4個Planctomycetes細菌的基因拷貝，Planctomycetes細菌占全部細菌的45％-60％。 (3)實驗中，采用包裹無紡布的多微孔炭管為膜組件的MABR成功的運行了基于短程硝化-厭氧氨氧化的單級自養(yǎng)脫氮工藝。在TN容積負荷為960 mg L~(-1)d~(-1)，HRT為6 h，曝氣膜內腔壓力為0.015 Mpa，反應器溫度35℃，pH值為7.8的條件下，容積總氮去除率可以達到0.766 kg N m~(-3) d~(-1)。 (4)膜曝氣生物膜的批式實驗結果顯示，好氧氨氧化反應主要發(fā)生在靠近曝氣膜壁側的生物膜內，厭氧氨氧化反應主要發(fā)生在靠近水體側的生物膜內。 (5)用特異性探針EUB338 plus，NSO190，AMX820和PLA46對膜曝氣生物膜進行熒光原位雜交，結果顯示，膜曝氣生物膜內存在明顯的分層現(xiàn)象，生物膜內結合探針NSO190的好氧氨氧化菌主要分布在生物膜內靠近曝氣膜／生物膜交界面的好氧區(qū)域，而結合探針AMX820和PLA46的ANAMMOX菌則主要分布在生物膜內靠近水體側的缺氧或厭氧區(qū)域。這種以好氧氨氧化菌為主體的好氧層和以ANAMMOX菌為主體的厭氧層共同存在的生物膜分層結構，使兩個微生物群落間在合作共生、代謝平衡，從而實現(xiàn)單級自養(yǎng)生物脫氮。 (6)利用特異性引物的巢式PCR(Nested-PCR)和DGGE對不同運行階段的膜曝氣生物膜上的氨氧化菌群結構進行研究。結果表明，氨氧化菌群的DGGE條帶在不同時期形狀不同，揭示氨氧化菌群結構隨著反應器溶解氧濃度的逐漸降低而發(fā)生變化。在穩(wěn)定運行單級自養(yǎng)脫氮工藝的MABR系統(tǒng)中，膜曝氣生物膜內氨氧化菌群的種類不是很豐富，第101 d的生物膜樣品的DGGE共含有三個明顯的條帶。切膠后測序顯示，三個條帶所代表的細菌和已報道的Nitrosomonas菌屬的基因序列具有極高的相似性(＞99％)；另一方面，巢式PCR(Nested-PCR)和DGGE對不同運行階段的膜曝氣生物膜上的ANAMMOX菌群結構進行研究顯示，氨氧化菌群的DGGE條帶在不同時期形狀相似，揭示ANAMMOX菌群結構隨反應器運行變化不大。在第101 d的生物膜樣品的DGGE共含有兩個明顯的條帶，它們所代表的細菌和已報道的Planctomycetes狀菌的基因序列具有極高的相似性(＞97％1。
【圖文】：

其他已知的微生物，它們是厭氧化能為氮氣，輕氨和臍被證明是重要的中間氏陰性的不發(fā)光的球形細菌，在電鏡則形態(tài)的細胞，就可以通過大量的超菌具有上述描述的形態(tài)。中缺乏膚聚糖[’“]，具有蛋白質的S層，單一雙分子層(膜)，即厭氧氨氧化體(an~oxosome分為3個部分:①外embrane)，PP質(Par沖hoplasm)，細胞riboplasm)。③厭氧氨氧化體膜(anammme)，類核(nueleoid)，見圖1.5[2，]。在深紅。對厭氧氨氧化菌細胞和細胞提明顯增加129〕。77K的細胞光譜分析表化活性增加期間，468nm處的吸收信號

除率己經(jīng)沒有影響。在一定溫度下，溶解氧濃度和氨氮表面負的兩個關鍵參數(shù)。溶解氧濃度升高，氨氮的去除率增加，但大大活性，從而使總氮(TN)的去除率降低。最佳的溶解氧濃度與般情況下，溶解氧濃度的微小變化(士0.2mgL一‘)對cANoN，氨氮表面負荷的變化對過程表現(xiàn)有顯著影響。為得到最佳的表面負荷的變化調節(jié)溶解氧的濃度。溫度對微生物生長速率的程來描述。溫度降低，微生物的活性降低;氧氣的穿透深度增生長空間變小。這表明低溫下要想保持較高的氮去除率，若氨加生物膜的厚度和溶解氧濃度;若生物膜厚度一定，就要降低度。溫度為30℃，在生物轉盤內實現(xiàn)CANON工藝的適宜設2gNm一Zd一，，溶解氧濃度1.3mgL一，，最小生物膜厚度1~，，除率為94%，TN的去除率82%。反應器溫度控制在20℃，一Zd一‘，溶解氧濃度0.3mgL一，，最小生物膜厚度0.7~，TN去除生物膜
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X703

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本文編號：2606444