本文關(guān)鍵詞： 異養(yǎng)硝化細(xì)菌 移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器 氨氮去除速率 響應(yīng)曲面分析 固相反硝化　出處：《北京化工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：中國水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模連續(xù)24年居世界第一位,然而常規(guī)的流水養(yǎng)殖模式在消耗大量水資源的同時(shí),也帶來大量的水體污染。循環(huán)水養(yǎng)殖能夠利用物理、生物處理等模塊有效處理養(yǎng)殖出水,使水體循環(huán)利用,在節(jié)約水資源同時(shí)保證食品和環(huán)境安全。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)作為一種高效的硝化反應(yīng)器常作為循環(huán)水養(yǎng)殖的生物過濾部分,然而該反應(yīng)器在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水脫氮應(yīng)用過程中還存在啟動(dòng)過程慢,循環(huán)水系統(tǒng)中氨氮去除速率影響因素研究不足以及硝化產(chǎn)生的硝態(tài)氮去除等問題。因此,本研究通過篩選異氧硝化細(xì)菌以強(qiáng)化MBBR啟動(dòng)過程,進(jìn)一步探明MBBR運(yùn)行過程中氨氮去除速率影響因素,并結(jié)合固相反硝化技術(shù)去除積累的硝態(tài)氮,最終應(yīng)用于中試錦鯉循環(huán)水養(yǎng)殖中廢水脫氮過程,為MBBR在淡水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。篩選獲得了高效異養(yǎng)硝化細(xì)菌并優(yōu)化了其異養(yǎng)硝化培養(yǎng)條件。分離純化了 31株異氧硝化細(xì)菌并從中篩選鑒定了一株高效異氧硝化-好氧反硝化菌株-副球菌屬(Paracoccus) N74-1菌株,明確其最適生長條件為以丁二酸鈉為碳源,溫度為30℃,碳氮比6, pH值為9,該條件下N74-1菌株氨氮去除速率為8.0 mg/(Lh);具有好氧反硝化功能,在160 mg/L的初始亞硝氮條件下,24 h亞硝氮去除率為94.1%。在三種懸浮塑料多孔填料中,通過掛膜量、厚度、硝化效率及生物膜中硝化細(xì)菌相對(duì)豐度的綜合對(duì)比,篩選了高密度聚乙烯K2填料作為MBBR生物膜載體;利用異養(yǎng)硝化細(xì)菌N74-1將MBBR啟動(dòng)時(shí)間縮短1/3 (10天),明確在100 mg TAN/ (L載體·d)的氨氮負(fù)荷條件下,經(jīng)生物強(qiáng)化MBBR出水氨氮濃度小于0.5 mg/L,但負(fù)荷高于200 mg TAN/ (L載體·d)后MBBR出水水質(zhì)不穩(wěn)定;在模擬水產(chǎn)養(yǎng)殖條件下,N74-1菌劑能夠在20d內(nèi)完成移動(dòng)床反應(yīng)器的啟動(dòng),并在12.5 kg/m3的養(yǎng)殖條件下滿足養(yǎng)殖需求;通過研究不同流速條件對(duì)鱘魚循環(huán)水養(yǎng)殖MBBR啟動(dòng)的影響研究,表明流速會(huì)影響鱘魚養(yǎng)殖中MBBR反應(yīng)器啟動(dòng)過程中氨氮和亞硝氮濃度。不同水流速條件下,亞硝氮去除效率增長與群落中硝化細(xì)菌(Nitrospira)相對(duì)應(yīng)。研究了溫度、循環(huán)水流速、碳氮比及初始氨氮濃度對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖MBBR氨氮去除速率的影響,并建立了氨氮去除速率的二次多項(xiàng)式回歸模型。單因素影響結(jié)果表明,在15-30℃范圍內(nèi),升高溫度有利于氨氮和亞硝氮的去除,且25℃時(shí)氨氮去除速率約為15℃時(shí)2倍。流速在0.5 L/min時(shí)有最高的氨氮去除速率,但提高流速有利于亞硝氮的去除。過低碳氮比(0和0.5)不利于氨氮,尤其是亞硝氮的去除,充足的碳源既有利于硝化也有利于好氧反硝化作用。初始氨氮濃度低于15 mg/L時(shí)24 h可完全去除,即該種填料的最大負(fù)荷約在150-200 mgTAN/ (L填料d)之間。建立了初始氨氮濃度、COD/TAN、循環(huán)水流速3個(gè)因素影響MBBR氨氮去除速率的二次多項(xiàng)式回歸模型,回歸模型極顯著(p=0.0007),可對(duì)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)MBBR反應(yīng)器的氨氮去除速率進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。明確固相反硝化技術(shù)可以有效去除循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝態(tài)氮,初步掌握該技術(shù)對(duì)硝化系統(tǒng)和養(yǎng)殖水體中微生物群落的影響規(guī)律。反硝化反應(yīng)器可控制養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝態(tài)氮濃度低于10 mg/L。微生物群落分析表明,固相反硝化反應(yīng)器使細(xì)菌多樣性上升,循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)受到明顯影響,其中變形菌門和厚壁菌門的相對(duì)豐度有所增加,而硝化螺菌門豐度有所下降。生物強(qiáng)化MBBR在中試錦鯉循環(huán)水養(yǎng)殖中的應(yīng)用表明,利用異養(yǎng)硝化細(xì)菌N74-1生物強(qiáng)化可使MBBR在一個(gè)月內(nèi)順利啟動(dòng);在200多天的中試養(yǎng)殖過程中,不同養(yǎng)殖密度條件下,MBBR反應(yīng)器VTR有明顯不同,造成養(yǎng)殖池氨氮和亞硝氮濃度在不同養(yǎng)殖密度條件下差異明顯;流速對(duì)VTR也有一定影響,不同流速(2m3/h和1m3/h)的氨氮濃度均有顯著不同;利用Biolog ECO板和高通量測(cè)序分析結(jié)果表明,微生物群落的功能變化與構(gòu)成相關(guān),低養(yǎng)殖密度條件下利用大分子有機(jī)物的種屬如Sphingobium和Hyphomicrobium相對(duì)豐度占優(yōu),因而碳源利用特征為酚酸類碳源利用率較高;隨著密度提高,能利用簡單有機(jī)物如單糖的紅桿菌屬等菌株相對(duì)豐度增加,群落中總體單糖利用能力對(duì)應(yīng)上升;另一方面,水體中的氨氮、亞硝和硝態(tài)氮濃度與Bdellovibrionaceae、Caldilineaceae(暖繩菌科)、Roseiflexus、Rhodobacter(紅桿菌)、Rhodobacteraceae等菌株的相對(duì)豐度顯著相關(guān)。
[Abstract]:A high - efficiency nitrification - aerobic denitrification ( MBBR ) reactor ( MBBR ) was used as a biological filter for circulating water . The effects of temperature , circulating water flow rate , carbon nitrogen ratio and initial ammonia nitrogen concentration on removal rate of ammonia nitrogen in circulating water culture system were studied . The relative abundance of Rhodobraceae and other strains was significantly correlated .

【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X714

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1541079