【摘要】：河道治理中往往側(cè)重于氨氮的硝化轉(zhuǎn)化,忽視氮的脫除過程,導(dǎo)致總氮去除率偏低的現(xiàn)象普遍存在。反硝化是削減氮負(fù)荷的重要途徑,鐵作為地殼中含量較高的氧化還原活性元素,其對(duì)反硝化過程的影響作用不容忽視。本文探究了含鐵礦物對(duì)城市河道反硝化過程的影響,解析其中的微生物作用機(jī)理及相關(guān)功能菌群響應(yīng)規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上開展河道反硝化過程強(qiáng)化調(diào)控模擬實(shí)驗(yàn)研究,為豐富氮循環(huán)理論以及有效解決河道總氮去除率低的治理難題提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。本文主要研究結(jié)果為:(1)通過不同含鐵礦物對(duì)反硝化過程的影響研究,發(fā)現(xiàn)含鐵礦物均可促進(jìn)反硝化過程。與空白對(duì)照(總氮去除率:60.71±2.24%)相比,黃鐵礦具有最高的總氮去除(90.35±3.07%);其次為磁鐵礦和菱鐵礦(總氮去除率分別為88.16±2.35%和82.15±3.17%);赤鐵礦在運(yùn)行初期對(duì)NO_3~--N還原有一定抑制作用,總氮最高去除率為78.16±3.57%;鐵粉的總氮去除率與菱鐵礦接近(81.78±4.14%),推測這些總氮去除的增加是由于反應(yīng)體系中存在的Fe(II)介導(dǎo)的自養(yǎng)反硝化過程。另外,鐵粉投加組有明顯的NH_4~+-N生成,推測其中可能發(fā)硝酸鹽異化還原成銨(DNRA)過程。高通量測序結(jié)果表明,變形菌門(Proteobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、廣古菌門(Euryarchaeota)為主要優(yōu)勢菌群。γ-變形菌綱在磁鐵礦組相對(duì)豐度最高(52.20%),α-變形菌綱在鐵粉組相對(duì)豐度最高(15.49%)。鐵礦有利于nirK型反硝化細(xì)菌Alpha多樣性的增加,且陶厄氏菌屬(Thauera)和參與鐵自養(yǎng)反硝化的鐵銹菌屬(Ferruginibacter)、貪銅菌屬(Cupriavidus)在鐵礦組均高于空白組,進(jìn)一步證實(shí)了體系中的鐵自養(yǎng)反硝化過程。此外,黃鐵礦使硫自養(yǎng)反硝化菌(Thiobacillus)相對(duì)豐度明顯增加。(2)在不同C/N比對(duì)菱鐵礦和黃鐵礦參與反硝化過程的影響研究中,C/N=8的菱鐵礦和黃鐵礦體系基本無NO_2~--N積累,且TN去除率均較高,分別為90.11±2.48%和93.14±2.01%;C/N=12條件下TN去除率有一定程度降低,分別為88.58±2.37%和90.18±1.75%,推測高C/N比條件下有利于DNRA耦合Fe(II)氧化過程進(jìn)行,會(huì)使脫氮效率減小。低C/N比(C/N=4)的體系在反應(yīng)初期反硝化活性較弱,但隨著反應(yīng)進(jìn)行TN去除率增加,分別為80.89±1.65%和85.17±1.25%,推測低C/N比體系有利于Fe(II)介導(dǎo)的自養(yǎng)反硝化過程的發(fā)生。此外,隨著C/N比升高鐵礦表面Fe(II)溶解量增多。高通量測序結(jié)果表明,高C/N比下菱鐵礦組變形菌門(Proteobacteria)及綠彎菌門(Chloroflexi)相對(duì)豐度均增加,且nirS型反硝化細(xì)菌Alpha多樣性也相應(yīng)提高;而低C/N比條件下具有Fe(II)氧化耦合NO_3~--N還原功能的嗜酸菌屬(Acidovorax)、貪銅菌屬(Cupriavidus)及脫氯單胞菌屬(Dechloromonas)的相對(duì)豐度明顯較高,推測它們參與了體系中自養(yǎng)反硝化過程。對(duì)于黃鐵礦組,高C/N比條件使變形菌門(Proteobacteria)及擬桿菌門(Bacteroidetes)相對(duì)豐度增加,且nirK與nirS型反硝化功能優(yōu)勢菌群相對(duì)豐度均較高;而在低C/N比條件下硫桿菌屬(Thiobacillus)、與參與Fe(II)氧化的脫氯單胞菌屬(Dechloromonas)、動(dòng)膠菌屬(Zoogloea)的相對(duì)豐度較高,推測分析低C/N比條件下黃鐵礦可促進(jìn)硫、鐵自養(yǎng)反硝化過程的發(fā)生。(3)在城市河道反硝化過程強(qiáng)化調(diào)控研究中,曝氣協(xié)同調(diào)控下改性菱鐵礦與鐵包埋材料均可顯著提高反應(yīng)體系的脫氮性能。相比于曝氣空白組,NO_3~--N去除率由37.25±1.58%分別增加至65.18±4.85%、62.35±2.36%。TN去除率由55.46±3.36%分別提高至74.02±5.25%、71.55±4.32%。另外,各工況Fe(II)與Fe(III)之間不斷進(jìn)行著相互轉(zhuǎn)化,上覆水總鐵呈現(xiàn)減小的趨勢。高通量測序結(jié)果表明,改性菱鐵礦與鐵包埋材料強(qiáng)化調(diào)控下均使變形菌門(Proteobacteria)相對(duì)豐度明顯增加,由24.41%分別增加至29.85%、41.13%,而且提高了菌群Alpha多樣性。此外,反硝化功能菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大改變,中慢生根瘤菌屬(Mesorhizobium)更多存在于改性菱鐵礦組,慢生根瘤菌屬(Bradyrhizobium)、假單胞菌屬(Pseudomonas)與陶厄氏菌屬(Thauera)在鐵包埋材料組相對(duì)豐度較高,且兩種材料使參與鐵自養(yǎng)反硝化的貪銅菌屬(Cupriavidus)與泉發(fā)菌屬(Crenothrix)相對(duì)豐度顯著增加。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV85;X522
【圖文】：

大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 物脫氮過程的影響機(jī)制具有重要意義，其不僅充實(shí)了鐵對(duì)氮循環(huán)影響的，也為實(shí)現(xiàn)城市河道氮營養(yǎng)鹽的削減提供了技術(shù)支撐。研究依托上海市自然科學(xué)基金（16ZR1408800）、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)18DZ203806）、上海市浦江人才計(jì)劃（16JD023），探討不同形態(tài)氮、鐵態(tài)變化，解析含鐵礦物影響反硝化過程的關(guān)鍵菌群，揭示含鐵礦物在參道反硝化過程中的作用及地位以及鐵、氮耦合機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行反硝化過程調(diào)控研究，為豐富氮循環(huán)理論以及有效解決河道總氮去除率難題以及改善水質(zhì)提供理論依據(jù)具有重要的科學(xué)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 試驗(yàn)材料與方法第二章 試驗(yàn)材料與方法2.1 研究對(duì)象本研究定位于城市黑臭河道完成整治工程基礎(chǔ)上，針對(duì)黑臭河道治理后高氮營養(yǎng)鹽和較低 C/N 比生境，選取典型河道——上海桃浦區(qū)工業(yè)河支流用于本研究，上覆水及底泥均取自此河段。具體地理位置如圖 2-1 所示。

上覆水 TN、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、Fe(II)、TFe、ORP 及、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、Fe(II)、TFe。表 2-5 河道模擬運(yùn)行實(shí)驗(yàn)工況Table 2-5 Experimental operation conditions for the simulated river syste工況 運(yùn)行條件 說明1 靜置空白 /2 鐵包埋材料 /3 改性菱鐵礦 /4 曝氣空白 DO 為 4~5 mg/L，時(shí)間 125 改性菱鐵礦 DO 為 4~5 mg/L，時(shí)間 126 鐵包埋材料 DO 為 4~5 mg/L，時(shí)間 12料鋪設(shè)在泥水界面，高度 3 cm 左右。

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本文編號(hào)：2756467