【摘要】：厭氧氨氧化(Anammox)作為一種新型廢水生物脫氮工藝,具有經(jīng)濟高效等優(yōu)點,倍受國內(nèi)外環(huán)保工作者的關注。然而,厭氧氨氧化菌的細胞產(chǎn)率很低,倍增時間很長,以及嚴格的代謝條件導致厭氧氨氧化反應器的啟動緩慢。鑒于此,本論文基于微生物群體感應理論通過提高進水基質(zhì)中信號分子AI-2活化因子(硼)濃度,以解決厭氧氨氧化反應器啟動時間長的問題。同時,建立檢測實際水樣中痕量微生物信號分子AI-2濃度的方法。然后,采用硼酸化學交聯(lián)法制備出聚乙烯醇(PVA)水凝膠,并以PVA凝膠球為生物載體實現(xiàn)了厭氧氨氧化SBBR工藝快速啟動。最后,采用高通量測序對SBBR反應器中的微生物群落結構進行了分析,旨在為厭氧氨氧化SBBR工藝快速啟動提供理論依據(jù)與技術支持。主要研究結果如下:(1)建立了針對實際水樣中痕量微生物信號分子AI-2檢測的柱前衍生-固相萃取-高效液相色譜串聯(lián)熒光檢測法。該方法具有檢測限低、準確度和精密度高等優(yōu)點。利用此方法對不同形態(tài)Anammox污泥中信號分子AI-2濃度進行檢測,結果表明信號分子AI-2廣泛存在于Anammox污泥中。(2)以普通活性污泥作為接種物,采用SBR運行方式對厭氧氨氧化菌進行富集。通過在進水中提高硼酸濃度,反應器經(jīng)過48天運行便啟動成功,系統(tǒng)中少量反硝化菌與厭氧氨氧化菌協(xié)同脫氮,反應器總氮去除率接近100%,表明AI-2活化因子(硼)能夠提高厭氧氨氧化反應器啟動速度。(3)綜合比較凝膠球外形、孔隙結構、強度和COD釋放速率等因素,得出制備凝膠球最佳PVA濃度為7%和海藻酸鈉(SA)濃度為1%。制得凝膠球球粒徑大致為4mm,密度大致在1.0471g/cm~3左右,比表面積為24.233 m~2/g,平均孔徑為60.895nm,孔隙分布以大孔和中孔分布為主。凝膠球具有較好的熱穩(wěn)定性和豐富的孔隙結構,適合用作水處理中的懸浮載體。(4)厭氧氨氧化SBBR工藝啟動及運行試驗表明:反應器實際氮容積負荷可達1.164g N/(L·d),總氮去除率為93.92%,測得厭氧氨氧化活性(SAA)為5.86mg N·g~(-1) VSS·h~(-1)。在凝膠球掛膜運行階段,前期由于COD濃度增加,厭氧氨氧化菌受到抑制。但隨著COD濃度恢復正常,厭氧氨氧化菌解除抑制開始恢復活性。在第237天反應器恢復較好脫氮效果,總氮去除率為99.92%,測得厭氧氨氧化活性為8.99mg-N·g~(-1) SS·h~(-1),信號分子AI-2濃度為0.762ng/mL。(5)采用掃描電鏡(SEM)和高通量測序方法,對厭氧氨氧化SBBR反應器啟動運行期間污泥及生物膜特性及菌群組成進行分析。結果表明,反應器內(nèi)優(yōu)勢菌群為變形菌門(Proteobacteria,14%)、浮霉菌門(Planctomycetes,24.21%)以及綠彎菌門(Chloroflexi,23.67%)。其中,綠彎菌門以絲狀菌厭氧繩菌目Anaerolineales為主,其與污泥顆�；蜕锬さ男纬擅芮邢嚓P。浮霉菌門布羅卡德目Brocadiales中三種已知的厭氧氨氧化菌屬在反應器中被檢測出來,分別為Candidatus Jettenia、Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia。其中主要以Candidatus Jettenia為主。
【圖文】：

1-1 厭氧氨氧化菌的代謝模型（HDH 為聯(lián)氨脫氫酶，HZS 為聯(lián)氨合成酶，，Nir 為亞硝還原酶）[11]Fig 1-1 The Metabolic model of anammox bacteria(HDH is hydrazine dehydrogenase, HZS hydrazine synthase, and Nir is nitrite reductase)氧氨氧化菌生物學特性氧氨氧化菌分類氨氧化菌在自然生態(tài)系統(tǒng)中，首次發(fā)現(xiàn)于海洋，Kuypers 等人[12]結合分子 同位素示蹤等分析手段，證實在黑海中確實發(fā)生厭氧氨氧化反應。自此之過一些現(xiàn)代分子生物學技術手段，證實了厭氧氨氧化菌廣泛存在于自然界、河流湖泊、溫泉、地下水、污水處理廠、海水沉積物以及一些極地區(qū)域[13由于厭氧氨氧化作用所造成的水體環(huán)境中氮損失占全年氮總損失的 50%左至今仍未獲得厭氧氨氧化菌的純培養(yǎng)，厭氧氨氧化菌的分類學研究主要[20]

基于微生物群體感應的厭氧氨氧化生物膜反應器快速啟動研究表 1-2 厭氧氨氧化菌的分類Table 1-2The classification of Anaerobic ammonia oxidation bacteria菌種 來源B.anammoxidans[21]荷蘭 Gist-Brocades 污水處理廠B.fulgida[22]荷蘭鹿特丹生產(chǎn)性 ANAMMOX 反B.sinica[23]實驗室脫氮反應器K.stuttgartiensis[24]德國斯圖加特廢水處理滴濾池S.broade[25]英國 Pitsea 垃圾滲濾液處理廠S.wagneri[25]英國 Pitsea 垃圾滲濾液處理廠S.sorokinii[26]黑海海底沉積物S.profunda[27]古爾馬峽灣海底沉積物bus A.propionicus[28]實驗室 SBR 反應器J.asiatica[29]實驗室生物膜反應器
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2688507