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(diǎn),而異養(yǎng)硝化-好氧反硝化(HN-AD)細(xì)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(xì)菌不僅能高效脫氮除碳,而且能實(shí)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(gòu)建生物強(qiáng)化的單級曝氣生物濾池(BAF),實(shí)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(jìn)行了16S rRNA鑒定和構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹;考察了菌株LJ81的形態(tài)學(xué),并對其好氧反硝化酶系進(jìn)行了表征;采用單因素試驗(yàn)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(jī)理,并構(gòu)建了生長和脫氮?jiǎng)恿W(xué)模型;以菌株LJ81對單級BAF進(jìn)行了生物強(qiáng)化,評估了其實(shí)現(xiàn)SND的可行性。得到以下結(jié)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(xì)菌。對菌株LJ81進(jìn)行16S rRNA基因序列測序及Blast同源性分析和構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹,結(jié)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(kuò)增好氧反硝化酶的基因,表征結(jié)果表明O.anthropi LJ81具備表達(dá)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(jìn)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(chǎn)生亞硝酸鹽積累。(2)O.anthropi LJ81能夠在較寬的pH(5-9)范圍內(nèi)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)SND功能,同時(shí)硝化作用先于反硝化作用,且不會產(chǎn)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(xué)和脫氮?jiǎng)恿W(xué)獲得的基質(zhì)利用動力學(xué)模型在所有條件下均適用,且相關(guān)性極強(qiáng)。(4)采用O.anthropi LJ81對單級BAF進(jìn)行生物強(qiáng)化,生物強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了SND功能。為實(shí)際開發(fā)HN-AD細(xì)菌強(qiáng)化單級BAF建立了可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),為實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)器的SND功能提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

從《中國統(tǒng)計(jì)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(gè)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(shí)，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(wù)院印發(fā)《水污染防治行動計(jì)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(diǎn)，面對新的要求，為實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)的治理含氮廢水，迫使我國對含氮廢水技術(shù)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(zhì)——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(zhuǎn)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(jī)制：微環(huán)境理論（A）和微生物學(xué)理論（B）Fig. 1-3 The mechanism of simultaneous nitrification and denitrification: Micro-environmental theory (A) and biology theory (B)20 世紀(jì) 80 年代 Robertson 等[35]在脫氮除硫的系統(tǒng)中首次篩選出能夠進(jìn)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(xì)菌，而這些細(xì)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(shí)現(xiàn)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)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(xué)學(xué)報(bào);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(jìn)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(hù)科學(xué);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(xué)學(xué)報(bào);2013年09期

6 酈建強(qiáng);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(xué)與技術(shù);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(shù)研究進(jìn)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(jìn)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(xué)學(xué)報(bào);2009年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李二崗;PAC強(qiáng)化BAF脫氮除磷研究[D];鄭州大學(xué);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(xué);2016年

本文編號：2866948