【摘要】：人工濕地作為一種節(jié)能環(huán)保的污水處理技術,具有基礎設施低投資、易于維護和管理,良好耐沖擊負荷能力等優(yōu)勢。在流域水污染治理領域具有突出的技術優(yōu)勢和廣闊的應用前景。然而,人工濕地的生態(tài)功能性使其在應用過程中受到限制,特別是低溫條件下人工濕地的污染物去除效果降低是限制其廣泛應用的一大技術瓶頸。因此,探究人工濕地低溫運行的強化處理措施,對于濕地長效穩(wěn)定運行具有重要意義。本研究基于微生物在人工濕地脫氮過程中的重要作用,嘗試從微生物強化的角度提升人工濕地冬季低溫運行的處理效果。探究了低溫條件下濕地的氨氧化功能菌群的豐度及群落結構,分析了造成不同濕地中低溫下處理效果差異的原因,明確了耐冷氨氧化功能菌群在低溫條件下人工濕地氨氮去除中的重要作用;采用序批式生物反應器在低溫條件下富集耐冷氨氧化功能菌群,并考察了耐冷氨氧化功能菌群富集物在低溫條件下水質去除效果,以及耐冷氨氧化功能菌群群落結構分析;進一步將耐冷氨氧化功能菌群富集物投加到表流人工濕地,探究了耐冷氨氧化功能菌群投加對于濕地低溫運行的強化處理效果,為人工濕地的長效穩(wěn)定運行提供理論依據(jù)。主要得到以下結論:(1)不同濕地低溫條件下氨氧化功能菌群的群落結構,多樣性水'[平及豐度的差異是造成濕地氮去除效果差異的主要原因。野外調研結果表明·:低溫條件(10°C)下,自然濕地(BL)得到了較高的氨氮和總氮去除效果,分別是69.47%和46.38%,相較于人工濕地(XR),分別是57.46%和26.86°/%。分析發(fā)現(xiàn)自然濕地樣品在低溫條件下存在較高的潛在硝化能力。微生物數(shù)據(jù)分析表明,氨氧化功· 能菌在兩個濕地的分布情況不同。自然濕地的氨氧化功能菌,AOA的豐度明顯高于人工濕地,AOB略高于人工濕地。AOA系統(tǒng)發(fā)育分析表明,蔬在自然濕地中,Nitrososphaera和Nizrosopumilus簇都占據(jù)主導地位,而人工濕地中,Nitrososphaera簇占主導地位。AO B在自然濕地中獨有的優(yōu)勢菌種-生要米自Qg于Nitrosospirasp.,而人工濕地的優(yōu)勢菌種存在于Nitrosospira sp.和Nitrosomonas sp.。結果表明氨氧化功能菌群對于濕地低溫氮脫除的重要作用。(2)采用梯度降溫的方式,使用SBR在不同條件下(R1 control;R2Cu2+addition;R3 1-octyneaddition)富集培養(yǎng)耐冷氨氧化功能菌群。結果表明,在富集培養(yǎng)初期,因為Cu2+對污泥的輕微毒害作用以及1-octyne對于AOB的快速不可逆的抑制作用,R2和R3的氨氮去除速率分別為0.93 mgN L-1h-1和0.76mgN L-1h-1,明顯低于R1(1.2mgNL-1h-1);隨著微生物對培養(yǎng)條件的適應,到富集培養(yǎng)末期(反應器溫度最終控制在5℃),各反應器內均實現(xiàn)了低溫下氨氮的高效去除,去除率可達95%。值得注意的是,富集培養(yǎng)后期,三組反應器的氨氮去除速率比初期均有了較大提升,R1為2.93 mg N L-1h-1,R2為3.25 mg N L-1h-1和 R3 為 3.10 mgNL-1h-1。(3)微生物群落分析結果表明,低溫反應器的富集提高了氨氧化功能菌群在整個微生物群落中的比例。接種污泥中氨氧化功能菌相對豐度為7.09%,而富集階段末期R1為20.92%,R2為7.10%,R3為16.80%。R2中由于加入了 Cu2+,對氨氧化微生物造成了毒害作用,所占比例并沒有提高。高通量測序結果表明耐冷氨氧化功能菌群中氨氧化微生物主要為硝化螺菌屬(Nitrospirasp.)和亞硝酸單胞菌屬(Nitrosomonas europaea和Nitrosomonas oligotropha)。此外,反應器內沒有檢測到氨氧化古菌的相關種屬,具體原因尚需進一步分析。(4)向人工濕地中投加耐冷氨氧化功能菌群,能夠顯著提高其在冬季運行下的凈化效果。在冬季低溫(水溫控制在0℃-7℃)運行條件下,投加R1和R3富集物的人工濕地有較好的氮去除效果,氨氮的平均去除率分別比空白對照(未投加微生物的人工濕地)提高了 24.12%和27.93%,總氮提高了 24.31%和27.37%。但是,投加R2富集物的人工濕地的氨氮和總氮去除效果較空白對照組,并沒有明顯提高。此外,實驗組和空白組濕地均實現(xiàn)了較好的磷去除效果,總磷平均去除率分別為:90.70%,88.42%,75.85%和 92.84%。(5)由于耐冷氨氧化功能菌群富集物的投加,AOA和AOB的豐度均高于空白對照組。AOB的相對表達豐度表現(xiàn)出差異,R1濕地和R3濕地較空白組提高了至少一個數(shù)量級,R2由于Cu2+活性受到抑制,AOB雖然豐度較高,但表達水平較低。4組濕地系統(tǒng),對照組,R1濕地,R2濕地,R3濕地AOB的相對表達豐度分別為2.50×107,2.28×108,1.80×107和8.22×108拷貝數(shù)/克基質。說明R1濕地和R3濕地由于耐冷氨氧化功能菌群的添加顯著提高了氨氧化細菌的表達活性;AOA的相對表達豐度,并未因耐冷氨氧化功能菌群富集物的投加而顯著提高。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

圖１－１表流人工濕地示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｌｔｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａａａｍ邋ｏｆｓｉｕ＾ｆｅｃｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｉｉｓｔｎｉｃｔｅｄ邋ｗｅｔｌａｎｄ逡逑（２）水平潛流人工濕地（ＨＳＦＣＷ）逡逑水平潛流人工濕地，污水從濕地－端水平流過填料床中的填料，可以充分利逡逑填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及填料基質的截流等作用，來提高處逡逑效果和凈化能力。其優(yōu)點是水力負荷和污染負荷較大，衛(wèi)生條件好：并且由于逡逑水在地表下流動，保溫性能好，凈化效果受氣溫影響較小。缺點主要是操作運逡逑相對復雜，運行投資較高。逡逑

的生物膜來完成的。表面流人工濕地構造簡單，它的優(yōu)點在于投資少、操作運行逡逑簡單、運行成本低。缺點是負荷小、處理效果差，系統(tǒng)的運行受氣候影響較大。逡逑圖１－１表流人工濕地示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｌｔｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａａａｍ邋ｏｆｓｉｕ＾ｆｅｃｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｉｉｓｔｎｉｃｔｅｄ邋ｗｅｔｌａｎｄ逡逑（２）

的生物膜來完成的。表面流人工濕地構造簡單，它的優(yōu)點在于投資少、操作運行逡逑簡單、運行成本低。缺點是負荷小、處理效果差，系統(tǒng)的運行受氣候影響較大。逡逑圖１－１表流人工濕地示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｌｔｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａａａｍ邋ｏｆｓｉｕ＾ｆｅｃｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｉｉｓｔｎｉｃｔｅｄ邋ｗｅｔｌａｎｄ逡逑（２）

【參考文獻】

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本文編號：2757911