【摘要】：在水產(chǎn)養(yǎng)殖活動中,硝酸鹽氮的污染問題一直是被重點(diǎn)關(guān)注和迫切解決的,在常用的脫氮方法中,固相反硝化(Solid-phase denitrification)具有簡單、易調(diào)控的特點(diǎn),利用可降解聚合物(Biodegradable polymers,BDPs)同時作為載體和緩釋碳源。本文以聚己內(nèi)酯(Polycaprolactone,PCL)和β-羥基丁酸與戊酸酯共聚物(β-polyhydroxybutyrate-hydroxyvalerate,PHBV)為載體和碳源,對照兩種碳源處理循環(huán)水養(yǎng)殖水中高濃度的硝酸鹽氮的結(jié)果,探索PCL和PHBV的降解釋放溶解性有機(jī)碳(Dissolved organic carbon,DOC)的規(guī)律、PCL和PHBV為碳源反硝化反應(yīng)器的建立啟動的特征,和反應(yīng)器穩(wěn)定掛膜后的長期處理效果,為養(yǎng)殖廢水的反硝化提供技術(shù)支持,為新型循環(huán)水系統(tǒng)反硝化裝備提供理論基礎(chǔ)。1.無菌條件下幾種理化因子對PCL和PHBV產(chǎn)生DOC效率的影響研究了非生物因素條件下碳源PCL和PHBV在各種條件下的釋放規(guī)律,然后再探究碳源在非生物因素條件下降解的部分能否用于反硝化作用,結(jié)果表明,PHBV在非生物因素下基本不釋放DOC,溫度的升高和增加搖床的震蕩條件會增加PCL的釋碳能力,pH對于PCL的釋碳能力沒有顯著影響,水溶液中的溶解性有機(jī)碳過高會抑制PCL的釋放。PCL在非生物因素條件下釋放的DOC可以用于反硝化作用,以PCL自然浸出液和葡萄糖作為碳源的反硝化作用,平均去除率分別為(31±2)%和(28±2)%,出水DOC分別為10.38±1.25 mg/L和12.84±1.08mg/L。2.PCL和PHBV為碳源固相反硝化反應(yīng)器的啟動研究了以PCL和PHBV為碳源和載體建立連續(xù)式反硝化反應(yīng)器的掛膜啟動階段對硝酸鹽氮的去除效果以及水質(zhì)指標(biāo)的濃度變化。PCL和PHBV為碳源的反應(yīng)器掛膜時間分別為21天和17天,最高去除率分別為(57.43±1.43)%和(36.44±1.48)%,PCL作為碳源的反硝化平均去除率顯著性高于PHBV作為碳源的反硝化去除率。整個實(shí)驗(yàn)期間,亞硝酸鹽氮和氨氮都沒有發(fā)生積累,并且維持在較低水平,亞硝酸鹽氮平均水平低于0.1 mg/L。氨氮平均濃度維持在0.5 mg/L左右。3.可降解聚合物PCL和PHBV為碳源固相反硝化長期處理循環(huán)水養(yǎng)殖水脫氮效果研究研究了以PCL和PHBV為碳源和載體掛膜成功的反應(yīng)器對循環(huán)水養(yǎng)殖水長期處理效果的對比,結(jié)果表明,NO_3~--N為81.1~132.65 mg/L的養(yǎng)殖水,水流速度為1 L/h進(jìn)入分別以PCL和PHBV為固相反硝化碳源的反應(yīng)器,填充率為19%,在反應(yīng)器為期102天的運(yùn)轉(zhuǎn)中,PCL和PHBV兩種碳源的硝酸鹽平均去除率分別為(54.32±15.85)%和(39.75±12.42)%。氨氮和亞硝氮沒有發(fā)生積累,PCL的使用效果優(yōu)于PHBV。去除1 g NO_3~--N需要分別消耗PCL和PHBV為(1.01±0.11)g和(3.37±0.39)g。應(yīng)用二代測序技術(shù)表明,PCL的優(yōu)勢菌為Proteobacteria(變形菌門)、Bacteroidetes(擬桿菌門)和Chlorobi(綠菌門)。PHBV的優(yōu)勢菌為Proteobacteria(變形菌門)、Bacteroidetes(擬桿菌門)和Firmicutes(厚壁菌門)。在屬水平下,PCL顆粒表面生物膜的優(yōu)勢菌為食酸菌屬(Acidovorax,27%)和革蘭氏陰性反硝化細(xì)菌(Denitratisoma,7%)。PHBV顆粒表面的微生物中,優(yōu)勢菌為食酸菌屬(Acidovorax,18%)和蛭弧菌屬(Bdellovibrio,8%)。檢查出的細(xì)菌中,食酸菌屬(Acidovorax)既可以降解BDPs又可以進(jìn)行反硝化作用。
【圖文】：

器進(jìn)出水參數(shù)。表 2-2 反應(yīng)器進(jìn)水參數(shù)Tab.3-2 The Influent parameter of reactor參數(shù) 進(jìn)水 3--N/（mg·L-1） 53.8-162.0 O2--N/（mg·L-1） 0-0.9 +-N/（mg·L-1） 0.6-17.0 DOC/（mg·L-1） 14.3-61.2 后（即三個平行組的出水硝酸鹽趨于穩(wěn)定且顯著 25 ℃PCL 的浸出液，并添加硝酸鉀將硝酸鹽調(diào)然釋放到水體的碳能否用于反硝化，以葡萄糖為為對照。掛膜階段每 2 天取樣，之后每天取酸氮（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、分析、水溫（℃）、DO、pH 值等水質(zhì)指標(biāo)。

圖 2-2 PCL 和 PHBV 的釋碳結(jié)果（a）及更換溶液后 PCL 的釋碳曲線（b）Fig.2-2 DOC releasing curve of PCL(a) 、PHBV and PCL after replacing solution(b)2.2.2 釋碳動力學(xué)和釋碳率PHBV 在去離子水中基本不釋放，DOC 濃度低于 1 mg/L。PCL 材料的釋碳過程滿足二級動力學(xué)公式，溶液中 DOC 濃度（c）和時間（t）符合二級動力學(xué)關(guān)系[7]，2d c/ dt kc（2-2）即，1/c-1/ck /tm （2-3）式中[7]，Cm為單位質(zhì)量材料在溶液中釋放的飽和 DOC 濃度，mg/（g·L），k 為常數(shù)，h·g·L/mg.令 K 1/k，，K 為傳質(zhì)系數(shù)，反應(yīng)釋放阻力，mg/（h·L·g），根據(jù)公式 2-3 可得，1/2Kc /tm （2-4） 式中[7]，1/2t 是釋放濃度達(dá)飽和濃度一半所用時間，h.
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S959

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2657161