厭氧氨氧化(Anammox)工藝是基于厭氧氨氧化微生物以N02-N為電子受體,將NH4-N直接氧化為N2的脫氮途徑而發(fā)展形成的新型脫氮工藝。該工藝無需添加額外碳源,無需曝氣,不產生溫室氣體,反應流程簡單等優(yōu)點,具有廣泛的應用前景。但由于目前已知的厭氧氨氧化菌普遍具有倍增周期漫長,對溫度、溶解氧、pH等環(huán)境條件要求苛刻等缺陷,厭氧氨氧化工藝的應用長期得不到快速發(fā)展。近幾十年,污水處理的資源化理念日益受到重視,Anammox作為新一代低耗能污水脫氮工藝,從20世紀90年代首次在污水處理工藝中被發(fā)現以來,一直被視作未來污水處理領域的重要發(fā)展方向。世界各地水處理領域的研究人員從厭氧氨氧化的基礎理論到實踐應用進行了不斷深入和廣泛的探討。針對Anammox菌倍增時間長的缺陷,有研究采用電場、磁場等物理手段優(yōu)化微生物的生長代謝環(huán)境,以加快厭氧氨氧化菌的富集,縮短工藝啟動時間,也有研究通過降低接種污泥中共存微生物的活性,以使Anammox菌獲得更好的競爭環(huán)境,而達到快速富集的效果。本研究延續(xù)以上兩方面的研究思路,擬從降低共存微生物的活性和促進厭氧氨氧化菌自身活性兩個途徑進行工藝強化研究。一方面,采用經高壓蒸汽滅活的厭氧顆粒污泥為接種污泥,進行Anammox工藝啟動。接種污泥中的部分微生物被滅活,其與Anammox菌的競爭能力降低,更有利于Anammox菌的生長。另一方面,通過具有生物親和性的特定電磁波照射,強化Anammox工藝。采用的特定電磁波可促進微生物的生長繁殖和新陳代謝等生命活動,能夠促進Anammox菌富集和其活性的提高,實現工藝強化。主要研究結論如下:(1)接種高壓蒸汽滅活污泥的反應器的Anammox啟動時間從72天縮短到63天,啟動時間節(jié)省了約12.5%,qPCR分析結果顯示,啟動階段前50天厭氧氨氧化菌的比生長速率從0.014/d增長為0.045/d。在氮負荷提升階段,差異系數分析結果表明,接種滅活污泥的反應器面對氮負荷的沖擊,其脫氮性能能夠保持更高的穩(wěn)定性。基于高通量測序的微生物群落結構進行分析,發(fā)現接種滅活污泥的反應器中微生物群落多樣性和豐富度明顯降低,而厭氧氨氧化菌屬Candidatus Jettenia,Candidatus,Brocadia fU Kuenenia的相對豐度明顯增加。(2)特定電磁波能在短期內提升厭氧氨氧化菌的活性,批量試驗結果顯示,經過30分鐘的照射,比厭氧氨氧化活性(SAA)提升了 76%,其對照結果表明,特定電磁波對Anammox的作用途徑主要為對Anammox菌的直接照射,而非通過改變水的理化性質間接影響Anammox活性。(3)特定電磁波能夠強化Anammox工藝的啟動,啟動時間從57天縮短到36天,縮短了 37%。反應器運行129天后,氮去除速率達到了 2541 mg-N/m3/d,相比對照組提升了 17.7%�；趒PCR結果的指數曲線擬合分析表明,特定電磁波照射的反應器中Anammox菌的最大比生長速率從0.024/d提升到0.031/d。高通量測序結果表明特定電磁波不會對微生物群落的豐富度和多樣性產生明顯影響,但基于高通量測序數據的PICRUSt群落功能預測表明,特定電磁波能夠為Anammox菌創(chuàng)造更適合的生境。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

學者的支持［２８］。??２０１１年Ｋａｒｔａｌ等人在前人研究的基礎上，通過示蹤實驗對Ａｎａｍｍｏｘ進行深??入研宄，將化學反應模型最終確定為圖１－１模式。根據該模型，反應物Ｎ０２＿現被??還原為ＮＯ，然后ＮＯ作為氧化劑將ＮＨ４＋氧化為Ｎ２Ｈ４，進而被氧化成Ｎ２［２９］。同??時，Ｋａｒｔａｌ等人以此為基礎提出了厭氧氨氧化菌的生化反應模型，如圖１．２所示。??具體反應過程是：亞硝態(tài)氮在亞硝酸還原酶（Ｎｉｔｒｉｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ，ＮＩＲ）的作用下被??還原成ＮＯ；?ＮＯ和氨氮在聯(lián)胺合成酶（Ｈｙｄｒａｚｉｎｅ?ｓｙｎｔｈａｓｅ，?ＨＺＳ）的作用下轉化??形成聯(lián)胺；聯(lián)胺在聯(lián)胺脫氧酶（Ｈｙｄｒａｚｉｎｅ?ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ，?ＨＤＨ）的作用下生成??Ｎ２，并釋放出質子和電子各４個，質子用于ＡＴＰ的合成，為細胞生長和新陳代??謝提供所需的能量，電子傳遞給ＮＩＲ維持反應的進行。????－．、、??

學者的支持［２８］。??２０１１年Ｋａｒｔａｌ等人在前人研究的基礎上，通過示蹤實驗對Ａｎａｍｍｏｘ進行深??入研宄，將化學反應模型最終確定為圖１－１模式。根據該模型，反應物Ｎ０２＿現被??還原為ＮＯ，然后ＮＯ作為氧化劑將ＮＨ４＋氧化為Ｎ２Ｈ４，進而被氧化成Ｎ２［２９］。同??時，Ｋａｒｔａｌ等人以此為基礎提出了厭氧氨氧化菌的生化反應模型，如圖１．２所示。??具體反應過程是：亞硝態(tài)氮在亞硝酸還原酶（Ｎｉｔｒｉｔｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ，ＮＩＲ）的作用下被??還原成ＮＯ；?ＮＯ和氨氮在聯(lián)胺合成酶（Ｈｙｄｒａｚｉｎｅ?ｓｙｎｔｈａｓｅ，?ＨＺＳ）的作用下轉化??形成聯(lián)胺；聯(lián)胺在聯(lián)胺脫氧酶（Ｈｙｄｒａｚｉｎｅ?ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ，?ＨＤＨ）的作用下生成??Ｎ２，并釋放出質子和電子各４個，質子用于ＡＴＰ的合成，為細胞生長和新陳代??謝提供所需的能量，電子傳遞給ＮＩＲ維持反應的進行。????－．、、??

根據本研宄所制定的研究計劃和內容，參考課題組相關研究實例，設計并制??作了兩套獨立的厭氧氨氧化反應器實驗裝置。針對滅活污泥強化Ａｎａｍｍｏｘ啟動??的研宄，所制作ＵＡＳＢ反應器裝置圖見圖２－１；針對電磁波強化策略的研宄，所??制作的上流式柱形厭氧反應器示意圖見圖２－２，該反應器裝置是一種改進型??ＵＡＳＢ反應器裝置，為配套電磁波照射裝置的使用，對反應器材料和結構進行了??一定程度的改進，是一種受專利保護的反應器裝置。??２．１．１滅活污泥強化厭氧氨氧化反應器??下圖（圖２－１）為滅活污泥強化Ａｎａｍｍｏｘ啟動的研究所采用的ＵＡＳＢ反應??器裝置。該裝置示意圖中各組件依次為：１．水浴箱，２．出水桶，３．排氣管，４．ＵＡＳＢ??反應器，５．循環(huán)管，６．蠕動泵，７．進水桶。反應器主體采用有機玻璃材料，側壁??為雙側結構，內徑９ｃｍ，外徑１１ｃｍ，高７５ｃｍ，有效容積４．７Ｌ，中間為水浴層。??３．排氣管??｜?４．ＵＡＳＢ?反離??，?６．蠕動泵??圖２－１?ＵＡＳＢ反應器裝置示意圖??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａ
【參考文獻】

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本文編號：2894443