發(fā)布時間：2020-05-31 14:30

【摘要】：微生物的功能多樣性對元素價態(tài)的轉換存在協(xié)同作用是自然界關鍵的生態(tài)調節(jié)策略,充分利用這種策略,實現(xiàn)不同微生物的功能組合,可以發(fā)展廢水處理新工藝。以Anammox技術為核心的眾多耦合工藝就是利用這種策略的有益嘗試,但均存在一定的局限性,包括硝酸鹽的累積、微生物之間的底物競爭、毒性及排泥對Anammox菌積累的影響等。在對相關理論研究的基礎上,本論文嘗試了一種以Anammox和自養(yǎng)反硝化兩種功能微生物的代謝協(xié)同為基礎的新型自養(yǎng)脫氮模式,并進行了化學信息與微生物特征相關聯(lián)的實驗和理論研究。通過以靜態(tài)批次實驗的含氮污染物作為研究對象,把FeS投加量、NO_3~--N/NO_2~--N比值、Anammox和自養(yǎng)反硝化生物量之比作為反應控制條件,討論了兩種功能菌之間代謝產(chǎn)物互補的合作機制。研究發(fā)現(xiàn)過量的FeS投加在保證自養(yǎng)反硝化過程的徹底性之外,并不顯著影響Anammox菌的代謝活性;提高NO_2~--N在電子受體中的比例,會使微生物復合群落處于代謝底物競爭關系之中,對TN的去除產(chǎn)生負面影響;Anammox生物量的增加加深了復合群落的合作程度,當初始NH_4~+-N與NO_3~--N的化學計量比小于0.85時,可以實現(xiàn)TN濃度趨零。結果表明,通過認識微生物之間的交互作用,尋求復雜微生物群落功能的規(guī)劃或調控,可以設計出更加合理的廢水處理工藝,達到低物耗投入條件下目標污染物的高效去除。在批次多因素實驗的基礎上建立了連續(xù)流的生物流化床反應器平臺,探究了Anammox與自養(yǎng)反硝化耦合體系長期運行的脫氮性能及微生物群落結構演變。在進水氮負荷為8.33 mg N·(L·h)~(-1)且NO_3~--N/NH_4~+-N為1.0的情況下,反應器對NO_3~--N和NH_4~+-N的去除率可分別達到100%和72.63%。自養(yǎng)反硝化過程起到為Anammox過程提供充足NO_2~--N的作用,并保證了體系中NO_x~--N的完全去除,而Anammox過程則保證了進水TN的高去除率,其對TN去除的貢獻率保持在80%以上。在長期運行過程中,執(zhí)行自養(yǎng)反硝化功能的Thiobacillus和執(zhí)行Anammox功能的Candidatus Kuenenia均在反應器中實現(xiàn)了良好的保留,其相對豐度分別為20.32%-23.64%和3.52%-8.67%。此外,由于FeS的雙元素提供電子特性,反應器可保持穩(wěn)定的pH值和產(chǎn)生較少的SO_4~(2-)副產(chǎn)物,同時覆蓋在污泥表面的FeS逐漸轉化為片狀的次生礦物FeOOH。以上研究工作將為廢水中含氮污染物的去除提供新的節(jié)能降耗途徑。
【圖文】：

這個循環(huán)過程主要包括微生物代謝酶執(zhí)行的 14 個氧化還原反應，這里不包括有機氮和氨氮之間的相互轉化，如圖1-1 所示[3]。圖 1-1 微生物構成的氮循環(huán)網(wǎng)絡Fig 1-1 The microbial nitrogen-cycling network利用微生物去除廢水中的含氮化合物已經(jīng)發(fā)展成為既具有前沿性又實用性的水處理技術。微生物介導氮轉化表現(xiàn)出驚人的多樣性，，每種微生物都存在各自適宜的生長環(huán)境。從原理上講，廢水生物脫氮就是通過人為的工程干預，協(xié)調多種功能微生物之間的關系，使底物、溫度和 pH 等條件均達到微生物所需要的最優(yōu)狀態(tài)，以高效實現(xiàn)氮污染物轉化為氮氣的目的。廢水包含多種價態(tài)和形態(tài)的含氮化合物，包括還原態(tài)的有機氮和氨氮，以及氧化態(tài)的亞硝酸氮和硝酸氮。因此，廢水生物脫氮涉及氨化、硝化、反硝化和厭氧氨氧化等多個生物化學過程。

圖 1-2 亞硝化-厭氧氨氧化-反硝化耦合系統(tǒng)中的物質流Fig 1-2 Material flow in partial nitrification-anammox-denitrification coupling system題選題依據(jù)與研究內容選題依據(jù)水是人類在生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生的蘊含 C、N、P 等多種元素的副產(chǎn)物和資源的雙重屬性，且伴隨人口的增長和工業(yè)化進程的推進呈現(xiàn)逐漸增實現(xiàn)廢水處理的可持續(xù)發(fā)展，人們傾向于將廢水處理過程從強制性的耗能改造為能量自給或輸出的化工廠。這個過程所面臨的總氮去除-碳源利用之間的矛盾，可利用低耗高效且無需外加有機碳源的 Anammox 工藝加以ox 菌以 NO2-和 NH4+為必要代謝底物，將其與短程硝化或異養(yǎng)反硝化相耦。但這兩類耦合系統(tǒng)均存在一定的局限性，在實際工程的長期運行中ox 菌于反應系統(tǒng)的富集保留�；诹蜃责B(yǎng)反硝化菌的化能自養(yǎng)特性，ox 實現(xiàn)耦合可以避免競爭抑制現(xiàn)象的發(fā)生，耦合的可行性也已被證實[107
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

【參考文獻】

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1 鄭林雪;李軍;任金柱;侯愛月;鄭照明;;16SrDNA克隆文庫解析AO-MBR系統(tǒng)中細菌種群多樣性[J];環(huán)境工程學報;2015年05期

2 鄺斌宇;史青;Montcho Leon Monthero;丁Z

本文編號：2689998