本文關(guān)鍵詞：排水管道生物膜內(nèi)氮元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究

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【摘要】：排水管道其內(nèi)部空間巨大,污水的停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)之久,此外其特殊的構(gòu)筑物形式使得其內(nèi)部形成了好氧、缺氧、厭氧的環(huán)境,這客觀上創(chuàng)造了有利于有機(jī)污染物降解的條件,污染物的降解主要是由于管壁附著生長(zhǎng)的生物膜的作用。本研究主要關(guān)注了氮元素在排水管道內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理,而排水管道內(nèi)的水力條件與污水基質(zhì)濃度是影響生物膜結(jié)構(gòu)的重要因素,進(jìn)而影響氮元素的遷移轉(zhuǎn)化。為此,本研究搭設(shè)了排水管道生物膜反應(yīng)器,在不同的剪切力、C/N比條件下運(yùn)行模擬管道培養(yǎng)生物膜,利用微電極技術(shù)測(cè)試生物膜內(nèi)部物質(zhì)濃度分布狀況,主要包括DO、NH4+、NO2-、NO3-、NO、N2O等,結(jié)合宏基因組測(cè)試方法對(duì)生物膜內(nèi)的生物多樣性和功能多樣性進(jìn)行分析,從微環(huán)境和微生物學(xué)角度探索了氮元素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理。研究得出的主要結(jié)論如下:(1)在溫度為25℃左右條件下,生物膜經(jīng)培養(yǎng)到45天左右達(dá)到成熟,生物膜的生長(zhǎng)過(guò)程先是逐漸增厚,到達(dá)最大值后逐漸減小,最終逐漸趨于穩(wěn)定,厚度不再發(fā)生變化。1.0 Pa、1.5 Pa和2.0Pa三種剪切力條件下對(duì)應(yīng)的生物膜厚度分別為(2.3±0.1)mm、(1.9±0.1)mm和(1.6±0.1)mm,生物膜厚度隨著剪切力的增大而逐漸減小。在剪切力為1.5 Pa,C/N分別為2、5、10三種條件下對(duì)應(yīng)的生物膜厚度分別為(1.7±0.1)mm、(1.9±0.1)mm和(2.0±0.1)mm,生物膜厚度隨著C/N比的增大而逐漸增大。(2)微電極的測(cè)試結(jié)果表明:生物膜內(nèi)的DO濃度、NH4+濃度和NO3-濃度沿縱深方向逐漸遞減,而NO2-濃度、NO濃度、N2O濃度在生物膜內(nèi)則是沿著縱深方向逐漸遞增,三種剪切力條件、三種C/N比條件和三種溶解氧條件下,生物膜內(nèi)的物質(zhì)濃度均表現(xiàn)出明顯的差異性。。(3)實(shí)驗(yàn)中在1.0 Pa、1.5 Pa和2.0Pa三種剪切力條件下,剪切力越大越有利于DO向膜內(nèi)的擴(kuò)散,從而導(dǎo)致生物膜內(nèi)溶解氧越大,進(jìn)而決定了生物膜內(nèi)微環(huán)境的差別及物質(zhì)濃度分布的差異。1.0Pa、1.5Pa剪切力條件下,在傳質(zhì)、反應(yīng)和微生物的共同作用下,生物膜內(nèi)形成了好氧/缺氧和硝化/反硝化的分層結(jié)構(gòu),硝化反應(yīng)主要發(fā)生在生物膜的表層,反硝化反應(yīng)主要發(fā)生在生物膜的底層,生物膜內(nèi)的同步硝化反硝化反應(yīng)本質(zhì)上是由于傳質(zhì)阻力造成的DO濃度梯度的存在,而2.0Pa剪切力條件下整個(gè)生物膜內(nèi)均為好氧條件,不利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。(4)管道生物膜內(nèi)存在豐富的生物多樣性,其中細(xì)菌占到了絕大部分(90.46%),另外還有少量的真核生物、古細(xì)菌和病毒。在細(xì)菌中占主導(dǎo)地位的門(mén)主要有變形菌門(mén)Proteobacteria,擬桿菌門(mén)Bacteroidetes,疣微菌門(mén)Verrucomicrobia等。此外,還檢測(cè)到了硝化螺菌門(mén)Nitrospira和浮霉菌門(mén)Planctomycetes,硝化螺旋菌門(mén)Nitrospira是存在于污水處理設(shè)施中主要的亞硝酸鹽氧化菌,浮霉菌門(mén)Planctomycetes中的很多細(xì)菌屬于厭氧氨氧化菌。(5)管道生物膜內(nèi)存在豐富的功能基因,這些基因不僅維持了微生物正常的生命活動(dòng),也促進(jìn)了微生物對(duì)于污染物的降解作用。在C/N比為10,剪切力為1.5Pa的條件下培養(yǎng)的生物膜內(nèi)共檢測(cè)到了722條參與N代謝的功能基因,占所有基因的比例為0.67%,這些基因分別參與了硝化(98條基因序列)、反硝化(393條基因序列)、固氮(43條基因序列)和氨化(123條基因序列)等過(guò)程,其中與反硝化相關(guān)的功能基因占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。論文通過(guò)對(duì)排水管道內(nèi)生物膜中氮元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究,為排水管道作為污水處理反應(yīng)器這一理念的進(jìn)一步推廣以及今后的實(shí)際應(yīng)用提供了理論支持,具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：排水管道 生物膜 氮 微電極 宏基因組
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X703;TU992
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 排水管道系統(tǒng)處理污水研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 氮元素轉(zhuǎn)化機(jī)理研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 微電極在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀14-16
• 1.2.4 宏基因組在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀16-18
• 1.3 研究目的與內(nèi)容18-21
• 1.3.1 研究目的18
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.3.3 技術(shù)路線19-21
• 2 材料與方法21-33
• 2.1 試驗(yàn)裝置21
• 2.2 試驗(yàn)用水來(lái)源與水質(zhì)21-22
• 2.3 分析項(xiàng)目與檢測(cè)方法22-31
• 2.3.1 常規(guī)分析項(xiàng)目與檢測(cè)方法22-23
• 2.3.2 生物膜厚度及膜內(nèi)各指標(biāo)檢測(cè)方法23-25
• 2.3.3 微生物學(xué)檢測(cè)方法25-31
• 2.4 實(shí)驗(yàn)安排31-33
• 3 剪切力對(duì)生物膜內(nèi)部氮元素遷移轉(zhuǎn)化的影響33-43
• 3.1 不同剪切力下污染物的去除效果33-36
• 3.2 不同剪切力對(duì)生物膜厚度的影響36-37
• 3.3 不同剪切力對(duì)生物膜內(nèi)物質(zhì)分布的影響37-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 4 C/N比對(duì)生物膜內(nèi)部氮元素遷移轉(zhuǎn)化的影響43-51
• 4.1 不同C/N比條件下污染物的去除效果43-46
• 4.2 不同C/N比對(duì)生物膜厚度的影響46
• 4.3 不同C/N比對(duì)生物膜內(nèi)物質(zhì)分布的影響46-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 5 管道生物膜內(nèi)氮代謝路徑研究51-63
• 5.1 DO對(duì)生物膜內(nèi)部氮元素遷移轉(zhuǎn)化的影響51-54
• 5.2 管道生物膜生物多樣性分析54-59
• 5.2.1 細(xì)菌的生物多樣性55-58
• 5.2.2 真核生物、古細(xì)菌及病毒的生物多樣性58-59
• 5.3 氮代謝相關(guān)的功能菌59-60
• 5.4 氮代謝相關(guān)的功能基因和通路60-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 6 結(jié)論與建議63-65
• 6.1 結(jié)論63-64
• 6.2 建議64-65
• 致謝65-67
• 參考文獻(xiàn)67-77
• 附錄77
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文77
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1013654