氮素污染廣泛存在于各類水體中,尤其是市政廢水和工業(yè)廢水,已成為目前亟待解決的環(huán)境問題。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝存在占地面積大、污泥處置困難以及潛在N_2O釋放等缺點,而異養(yǎng)硝化-好氧反硝化(HN-AD)細菌的發(fā)現(xiàn)為生物脫氮法提供了新思路和新方向。這類細菌不僅能高效脫氮除碳,而且能實現(xiàn)同步硝化反硝化(SND)。本研究以HN-AD菌為研究對象,探究其生長特性和脫氮性能,并構建生物強化的單級曝氣生物濾池(BAF),實現(xiàn)了氨氮的高效去除。本課題從活性污泥中篩選出具有高效脫氮的HN-AD菌株LJ81,對其進行了16S rRNA鑒定和構建系統(tǒng)發(fā)育進化樹;考察了菌株LJ81的形態(tài)學,并對其好氧反硝化酶系進行了表征;采用單因素試驗探討該菌株在不同條件下的生長和脫氮特性,闡明了菌株LJ81的脫氮機理,并構建了生長和脫氮動力學模型;以菌株LJ81對單級BAF進行了生物強化,評估了其實現(xiàn)SND的可行性。得到以下結論:(1)采用間歇曝氣法和選擇培養(yǎng)基法聯(lián)用能快速富集好氧反硝化細菌。對菌株LJ81進行16S rRNA基因序列測序及Blast同源性分析和構建系統(tǒng)發(fā)育進化樹,結果表明其與Ochrobactrum anthropi具有100%的同源相似性,確定為人蒼白桿菌。采用特定引物擴增好氧反硝化酶的基因,表征結果表明O.anthropi LJ81具備表達Cu型Nir,血紅素型Nir,Nor和Nos的nirK,nirS,cnorB和nosZ四種基因。其中,nirS和nosZ共存表明O.anthropi LJ81能進行完全反硝化且積累N_2O;nirK和nir S共存表明O.anthropi LJ81在HN-AD過程中不會產生亞硝酸鹽積累。(2)O.anthropi LJ81能夠在較寬的pH(5-9)范圍內具有良好的HN-AD性能,在較高溶解氧(DO=6.08 mg L~(-1))條件和C/N20的較高濃度有機碳源條件下生長和脫氮能力最好。此外,該菌株能高效利用三種無機氮(氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮)作為唯一氮源,去除速率分別為3.846,4.12和4.16 mg-N L~(-1) h~(-1)。(3)O.anthropi LJ81具備良好的HN-AD性能,能實現(xiàn)SND功能,同時硝化作用先于反硝化作用,且不會產生亞硝態(tài)氮的積累。O.anthropi LJ81的脫氮過程主要遵循全程硝化-反硝化,并推測也存在短程硝化-反硝化的過程。此外,通過耦合O.anthropi LJ81的生長動力學和脫氮動力學獲得的基質利用動力學模型在所有條件下均適用,且相關性極強。(4)采用O.anthropi LJ81對單級BAF進行生物強化,生物強化后的COD,TIN和氨氮平均去除率分別提高了8.2%,50.9%和9.0%,脫氮性能得到了極大的提高,實現(xiàn)了SND功能。為實際開發(fā)HN-AD細菌強化單級BAF建立了可靠的實驗基礎,為實現(xiàn)生物反應器的SND功能提供了理論依據(jù)。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

從《中國統(tǒng)計年鑒》資源與環(huán)境部分摘取了近年來的水資源和供水及用水使用情況[1]，如圖 1-1A 所示。我國水資源豐富，淡水資源總量為 28000 億 m3，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，名列世界第四位。然而，我國也是一個全球人均水資源最貧乏的國家之一，人均水資源量只有 2000m3左右，僅為世界平均水平的 1/4。同時，中國又是世界上用水量最多的國家，大約占世界年取用量的 13%[2]。目前，全世界有 1/6 人口暴露于不衛(wèi)生的飲用水，每年有 500 萬人死于不健康用水[3]。我國近年來廢水及污染物排放情況圖 1-1B 所示，可知我國的廢水排放量在 2015 年前持續(xù)升高，而廢水中主要的污染物（COD，氨氮和總氮）的排放量略微下降。自 2015年，國務院印發(fā)《水污染防治行動計劃》以后，可見 2016 年和 2017 年的廢水排放量有所降低，污染物排放量有了明顯的降低，足見國家對治理含氮廢水的決心。站在新的起點，面對新的要求，為實現(xiàn)高效經濟的治理含氮廢水，迫使我國對含氮廢水技術的優(yōu)化和革新[4]。

1g 氨氮氧化成亞硝態(tài)氮消耗 3.43g 氧氣，氧化造成水體中溶解氧濃度降低，水體就會出現(xiàn)氧超過 10 mg L-1的水，會誘發(fā)高鐵血紅蛋白癥三致”物質——亞硝胺。此外，氨氮在給水消毒氯胺，氯胺的消毒作用比自由氯小，用氯量增大藝研究現(xiàn)狀藝性污泥中存在著諸多潛在的氮素轉化過程（圖6-7]，分別為全程硝化-反硝化（Complete nitrificartialnitrification-denitrification）和厭氧氨氧化（ox）。

圖 1-3 同步硝化反硝化的作用機制：微環(huán)境理論（A）和微生物學理論（B）Fig. 1-3 The mechanism of simultaneous nitrification and denitrification: Micro-environmental theory (A) and biology theory (B)20 世紀 80 年代 Robertson 等[35]在脫氮除硫的系統(tǒng)中首次篩選出能夠進行好氧反硝化的脫氮副球菌 Paracoccus pantotrophus。研究者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多好氧反硝化細菌，而這些細菌大多也具備異養(yǎng)硝化的功能，稱為異養(yǎng)硝化-好氧反硝化（HN-AD），這為實現(xiàn)
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 呂永康;牛飛龍;劉玉香;張樂;;一株異養(yǎng)硝化真菌的篩選及其特性[J];太原理工大學學報;2015年02期

2 王洪臣;;百年活性污泥法的革新方向[J];給水排水;2014年10期

3 蘇婉昀;高俊發(fā);趙紅梅;;異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌的研究進展[J];工業(yè)水處理;2013年12期

4 李偉斯;趙朝成;;一株具有好氧反硝化能力真菌的篩選及脫氮性能研究[J];環(huán)境保護科學;2013年06期

5 宋宇杰;李屹;劉玉香;和文龍;;碳源和氮源對異養(yǎng)硝化好氧反硝化菌株Y1脫氮性能的影響[J];環(huán)境科學學報;2013年09期

6 酈建強;王建生;顏勇;;我國水資源安全現(xiàn)狀與主要存在問題分析[J];中國水利;2011年23期

7 張小玲;張霞;;好氧反硝化菌Bacillus sp.H2脫氮特性研究[J];環(huán)境科學與技術;2011年10期

8 王耀龍;魏云霞;李曉麗;賈小寧;李彥鋒;;廢水脫氮技術研究進展[J];環(huán)境工程;2010年S1期

9 高秀花;劉寶林;李昌林;沈照理;;好氧反硝化生物脫氮研究進展[J];給水排水;2009年S1期

10 尚會來;彭永臻;張靜蓉;王淑瑩;;溫度對短程硝化反硝化的影響[J];環(huán)境科學學報;2009年03期

相關碩士學位論文 前2條

1 李二崗;PAC強化BAF脫氮除磷研究[D];鄭州大學;2017年

2 李東;前置與后置反硝化生物濾池深度脫氮工藝對比研究[D];北京林業(yè)大學;2016年

本文編號：2866948