【摘要】：微生物及其胞外多聚物在生物膜內(nèi)呈空間分布,其脫氮功能與膜生物反應(yīng)器(MBR)中的非生物因子和附著微生物群落結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。近年來(lái)對(duì)于MBR運(yùn)行條件的探究大都是對(duì)于單個(gè)或兩個(gè)因素組合的研究,對(duì)于多因素共同作用的報(bào)道很少。同時(shí)生物膜形成初期,生物膜表面以好氧層為主,好氧細(xì)菌是優(yōu)勢(shì)菌屬,隨著生物膜的構(gòu)建逐漸形成以兼性厭氧和厭氧細(xì)菌為主的兼性厭氧層和厭氧層,而厭氧反硝化又是生物脫氮必不可少的環(huán)節(jié)。在之前的研究中,大部分都是在有氧情況下探究生物膜附著微生物碳源代謝特征,對(duì)生物膜附著微生物厭氧條件下的碳源代謝特征的研究鮮有報(bào)道。那么,如何探究生物膜反應(yīng)的最佳條件?如何分析附著微生物在厭養(yǎng)條件下碳源代謝特征及群落結(jié)構(gòu)特征?如何提高生物膜脫氮效率?本實(shí)驗(yàn)使用自制曝氣式柱狀膜生物反應(yīng)器結(jié)合正交試驗(yàn)探索MBR最優(yōu)反應(yīng)條件;同時(shí)在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中加入生態(tài)基作為生物膜的載體,利用Biolog微平板技術(shù)研究生物膜形成過(guò)程中厭氧條件下微生物群落碳源代謝特征,利用Miseq測(cè)序技術(shù)研究生物膜從掛膜到成熟階段其附著微生物群落結(jié)構(gòu),旨在探索生物膜形成過(guò)程中附著微生物厭氧條件下的碳源代謝差異,結(jié)合生物膜形成過(guò)程中附著微生物群落結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,從而闡明微生物厭氧條件下碳源代謝特征,了解生物膜厭氧反硝化過(guò)程,為提高生物膜脫氮效率提供理論參考。主要研究結(jié)果如下:1)正交試驗(yàn)中大部分實(shí)驗(yàn)組在實(shí)驗(yàn)第18天左右完成掛膜,9組實(shí)驗(yàn)組在生物膜掛膜階段,NH_4~+-N去除率可達(dá)85%左右,NO_3~--N去除率可達(dá)90%左右,NO_2~--N去除率穩(wěn)定在60~80%之間,PO_4~(3+)-P去除率穩(wěn)定在40%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明各要素對(duì)NH_4~+-N去除率影響的強(qiáng)弱依次為:HRTpHDOC\N,其中HRT對(duì)NH_4~+-N去除率的影響最大。MBR運(yùn)行最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)是HRT為4 h,DO為6±0.5mg\L,C\N為3/1,pH為7,優(yōu)化后的MBR的NH_4~+-N去除率高達(dá)89.44%。2)隨著生物膜的形成,附著微生物厭氧條件下AWCD值顯著增加(P0.05),即碳源利用能力逐漸增強(qiáng)。生物膜形成過(guò)程中附著微生物在厭氧條件下對(duì)六大類(lèi)碳源的利用情況與有氧條件下差異顯著,厭氧條件下附著微生物對(duì)胺類(lèi)的利用率最高,而在有氧情況下對(duì)多聚物類(lèi)和氨基酸類(lèi)需求較高;生物膜附著微生物厭氧條件下對(duì)于單一碳源的利用情況與有氧條件下利用情況也不盡相同,厭氧條件下附著微生物對(duì)單一碳源的種類(lèi)需求顯著少于有氧條件下對(duì)單一碳源的需求。3)Miseq測(cè)序的結(jié)果表明生物膜附著微生物優(yōu)勢(shì)菌門(mén)包含Proteobacteria、Bacteroidetes、Cyanobacteria和Firmicutes。本實(shí)驗(yàn)中,生物膜形成過(guò)程中附著微生物富集程度較高的細(xì)菌包括α-變形菌綱的Rhodobacter、β-變形菌綱的Janthinobacterium、伯克氏菌目(Burkholderiales)和γ-變形菌綱,黃單胞菌科(Xanthomonadaceae),Thermomonas,Rhodobacter和Janthinobacterium這兩種細(xì)菌在生物膜反硝化過(guò)程中起到重要作用。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S964;X714
【圖文】：

其對(duì)氨氮和亞硝態(tài)氮的去除可以達(dá)到很好的效果[77]，而在生物膜反應(yīng)器處理養(yǎng)殖水體過(guò)程中，其運(yùn)行條件是該工藝的核心[78]。本實(shí)驗(yàn)利用正交試驗(yàn)，探究了不同 HRT、DO、C\N 和 pH 對(duì)養(yǎng)殖尾水的處理效果，確定了 MBR 的最佳運(yùn)行工藝，以期為生物膜處理技術(shù)在養(yǎng)殖系統(tǒng)中的應(yīng)用提供技術(shù)參考。2.1 材料與方法2.1.1 反應(yīng)器運(yùn)行狀況該生物膜反應(yīng)器為自制曝氣式柱狀生物膜反應(yīng)器，反應(yīng)器體積為 10 L，鞣性材料作為填料。反應(yīng)器的工藝流程如圖 2。該反應(yīng)器通過(guò)蠕動(dòng)泵把廢水通過(guò)左側(cè)塑膠皮管打進(jìn)反應(yīng)器，廢水流經(jīng)微生物填料，從右側(cè)較高的出水塑膠皮管流出實(shí)驗(yàn)用水為草魚(yú)養(yǎng)殖尾水，從珠江水產(chǎn)研究所草魚(yú)養(yǎng)殖池獲取。

2.2.1.1 NH4+-N、NO2 -N、NO3 -N 和 PO43+-P 去除率的動(dòng)態(tài)變化實(shí)驗(yàn)開(kāi)始檢測(cè)實(shí)驗(yàn)用水的 NH4+-N 含量為 0.1218 mg\L，NO3 -N 含量mg\L，NO2 -N 含量為 7.2 mg\L，PO43+-P 含量為 5.7 mg\L，水體溫度保持左右。MBR啟動(dòng)初期，9個(gè)實(shí)驗(yàn)組氨氮起始去除率相差較大，最低為第9組去除率只有 4.41%，最高為第 3 組，其 NH4+-N 去除率為 40.40%，如圖 3 可得，不同條件下 MBR 的各組 NH4+-N 去除率的變化趨勢(shì)相同，都是變化 NH4+-N 去除率增高，但第 4 組 NH4+-N 去除率在第 2 次檢測(cè)時(shí)有所大部分的實(shí)驗(yàn)組 NH4+-N 去除率后期逐漸穩(wěn)定，基本保持在 80%左右，只7 和 8 組 NH4+-N 去除率在后期有所下降，其中第 8 組下降幅度較大，最測(cè)算其去除率只有 70.71%。

上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文注：1~9 表示實(shí)驗(yàn)組別，橫坐標(biāo)表示檢測(cè)時(shí)間，圖中去除率為均值，下同。Note: 1~9 indicates the experimental group, and the abscissa indicates thedetection time. The removal rate in the figure is the mean value, the same below.反應(yīng)器初始階段 9 組實(shí)驗(yàn)組 NO2 -N 去除率集中在 10%~25%之間，相比初階段 NH4+-N 去除率的集散程度，NO2 -N 的數(shù)據(jù)分布較為集中；最低為第 7（8.96%），最高為第 9 組（24.05%）（圖 4）。由圖 4 可得，隨著時(shí)間變化，不條件下各個(gè)實(shí)驗(yàn)組的 NO2 -N 去除率都是逐漸上升的，且其 NO2 -N 去除率在驗(yàn)后期基本都穩(wěn)定在 90%左右。

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本文編號(hào)：2825210