【摘要】： 隨著水體富營養(yǎng)化的日益嚴(yán)重,去除水中氮素污染已經(jīng)成為當(dāng)今水污染防治領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題。傳統(tǒng)生物脫氮由于作用于各脫氮步驟中的不同菌群對于營養(yǎng)及溶解氧的要求各異,造成了生物脫氮工藝復(fù)雜,極大地限制了生物脫氮在實(shí)際工程中的應(yīng)用。近年來,一些新型的脫氮菌的發(fā)現(xiàn)和新工藝的開發(fā),為生物脫氮提供了新的思路。本文對異養(yǎng)型同步硝化反硝化進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。 將傳統(tǒng)分離方法與現(xiàn)代分子生物學(xué)手段相結(jié)合,建立了一種新的異養(yǎng)硝化細(xì)菌的分離篩選方法,使分離出的菌株具有更廣的適應(yīng)性。生物陶粒反應(yīng)器運(yùn)行過程中逐階段減少進(jìn)水中的有機(jī)碳源濃度,第15~21d的氨氮的平均去除率為64.38%。DGGE測序結(jié)果表明,在反應(yīng)器運(yùn)行第21d的優(yōu)勢種群除了自養(yǎng)細(xì)菌,還有異養(yǎng)菌的存在。采用從生物陶粒反應(yīng)器中分離出的自養(yǎng)硝化細(xì)菌和異養(yǎng)硝化細(xì)菌建立SBR反應(yīng)器進(jìn)行了氨氮去除的試驗(yàn)研究,第22~31天的氨氮的平均去除率為59.8%。PCR-DGGE圖譜分析表明,種群演替進(jìn)程緩慢結(jié)構(gòu)組成逐漸趨于穩(wěn)定。菌株能利用亞硝酸鹽進(jìn)行生長繁殖的菌株SHY5成為整個(gè)反應(yīng)器的優(yōu)勢菌群。 從生物陶粒反應(yīng)器和活性污泥中篩選出6株異養(yǎng)硝化細(xì)菌,采用乙酸鈉-氯化銨培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行硝化特性研究,經(jīng)過12d好氧培養(yǎng),6株異養(yǎng)硝化細(xì)菌對COD的去除率在45%以上,總氮和氨氮最終去除率在60%以上,并且具有產(chǎn)生NO2-N的硝化性能。經(jīng)過生理生化鑒定和16SDNA測序,可基本確定分離的菌株wgy5、wgy55和wgy68為Pseudomonas.sp。菌株wgy21、wgy33和wgy36為Acinetobacter.sp。同時(shí)對影響菌株硝化效率的生態(tài)因子進(jìn)行了探討,3株菌wgy5、wgy21和wgy33在溫度為30℃時(shí)異養(yǎng)硝化細(xì)菌的氨氮去除率最高,其硝化最適宜的pH值為偏堿(pH 8左右)。在C/N小于12的情況下,氨氮去除率隨著C/N比的增加而快速增長。將6株異養(yǎng)硝化細(xì)菌擴(kuò)大培養(yǎng)后建立SBR反應(yīng)器進(jìn)行了氨氮去除的試驗(yàn)研究。在SBR反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段時(shí),可以觀察到系統(tǒng)對于氨氮的去除率穩(wěn)定在82.96%左右。對溫度、pH值和C/N比等影響SBR反應(yīng)器異養(yǎng)硝化效能的生態(tài)因子進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,異養(yǎng)硝化SBR反應(yīng)器在溫度為29℃時(shí),反應(yīng)器對氨氮和總氮的去除能力最大為82.28%和47.27%。在pH值為8.0時(shí)的氨氮去除率最高達(dá)到80.15%,當(dāng)C/N4.5時(shí),隨著C/N比的增加,在C/N為9時(shí)總氮的去除率最高達(dá)到52.84%。PCR-DGGE圖譜分析表明,3株篩選的異養(yǎng)硝化細(xì)菌wgy5、wgy21和wgy68成為SBR反應(yīng)器的優(yōu)勢菌群。 采用污泥馴化→細(xì)菌分離純化→初篩(測TN)→復(fù)篩(氮元素軌跡跟蹤測定法)的方法獲得5株高效好氧反硝化菌。5株菌在完全好氧的條件下可高效地將NO3-N反硝化為N2,并只產(chǎn)生少量的NO2-N累積,反硝化過程或氮?dú)馍蛇^程都發(fā)生在對數(shù)生長期,其培養(yǎng)特征為ORP降低和反硝化產(chǎn)堿。證實(shí)了在5株菌中有周質(zhì)硝酸鹽還原酶的存在。經(jīng)16SrDNA測序及同源性比較,并結(jié)合菌株的形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特性,可基本確定分離的菌株f1、f3、f4和f5屬于Pseudomonas sp.,f2屬于Paracoccus sp.。在丁二酸鈉中5株菌的反硝化效果都較好,其對硝酸鹽去除率分別為100%、99.98%、99.98%、99.98%和94.91%。當(dāng)C/N大于4.5時(shí),基本能夠進(jìn)行完全的反硝化。采用篩選的5株好氧反硝化細(xì)菌建立連續(xù)流反應(yīng)器。在反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段時(shí),可以觀察到系統(tǒng)對于硝酸鹽的去除率穩(wěn)定在98.16%左右。表現(xiàn)出較好的硝酸鹽去除效果,PCR-DGGE圖譜表明測序結(jié)果顯示,2株篩選的反硝化細(xì)菌f3和f5成為反應(yīng)器的優(yōu)勢菌群。 在國內(nèi)外首次提出異養(yǎng)型同步硝化反硝化工藝,利用異養(yǎng)硝化細(xì)菌、好氧反硝化細(xì)菌和高效降解生活污水COD的細(xì)菌建立SBR反應(yīng)器,采用先硝化再反硝化的方式運(yùn)行,兩段式異養(yǎng)型活性污泥法同步脫氮反應(yīng)器在穩(wěn)定運(yùn)行階段,氨氮的平均去除率為92.12%。總氮的平均去除率為74.15%,COD的平均去除率為86.27%。表現(xiàn)出較好的同步脫氮除碳作用。兩段式異養(yǎng)型生物膜法同步脫氮反應(yīng)器在穩(wěn)定運(yùn)行階段,氨氮的平均去除率為91.14%,總氮的平均去除率為79.03%,COD的平均去除率為87.18%。由于生物膜細(xì)菌組成復(fù)雜,其同步硝化及反硝化效果要好于活性污泥法。通過試驗(yàn)表明異養(yǎng)硝化細(xì)菌和好氧反硝化細(xì)菌能夠在生物同步脫氮中起重要的作用,為微生物學(xué)理論解釋同步硝化反硝化現(xiàn)象提供了一定的理論依據(jù),對微生物學(xué)理論進(jìn)行了拓展,提出了環(huán)境因素微生物假說。
【圖文】：

第 2 章 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法- 27 -圖2-2 好氧反硝化菌復(fù)篩裝置Figure.2-2 Sketch of experimental setup for second screening of aerobic denitrifier反應(yīng)器裝入1LDM培養(yǎng)基后密封，與氧氣罐連接，打開進(jìn)氣口和排氣口，以3L/min的流量通入純氧氣3min，驅(qū)走反應(yīng)器和管路內(nèi)的空氣，以盡量避免空氣中所含氮?dú)鈱y量結(jié)果的干擾。關(guān)閉排氣口，通入氬氣，，通過氣體壓力表的讀數(shù)確定反應(yīng)器內(nèi)壓力為正壓，停止通入氬氣，關(guān)閉進(jìn)氣口。與此同時(shí)，打開磁力攪拌器，目的是使培養(yǎng)液均質(zhì)并與上部氧氣充分接觸，培養(yǎng)過程中溶解氧(DO)一般維持在8~10mg/L。通入氬氣的目的是制造有壓條件：一是使反應(yīng)器內(nèi)形成正壓，使氧能夠更充分地溶解到培養(yǎng)液中，確保絕對好氧；二是正壓能夠阻止空氣中的氮?dú)膺M(jìn)入反應(yīng)器，使所取的氣體樣中的氣態(tài)氮的量絕對代表反硝化產(chǎn)物的量。溫控儀用以控制反應(yīng)器外部水浴溫度

這對于微生物附著生長是有利的。同時(shí)，陶粒還具有比表面積大、孔隙率高、掛膜效果好、易于反沖洗、生物化學(xué)及熱力學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。其掃描電鏡如圖2-4。陶粒填料的部分特性參數(shù)見表2-1。(A) (B)圖 2-4 陶粒填料表面的掃描電鏡照片 (A:×1000 B:×200)Figure.2-4 The SEM photo of ceramist media surface (A:×1000 B:×200)表 2-1 陶粒填料的特性數(shù)據(jù)Table 2-1 Several parameters and characters of filter填料 粒徑 容積密度 顆粒密度 空隙率 比表面積 吸水率 參考價(jià)（mm） (g/cm3) (g/cm3) (%) (m2/m3) (%) （元/m3）陶粒 3～5 0.7～0.9 1.73 45～63 500～800 㩳19 800～15002.1.4 連續(xù)流反應(yīng)器的建立試驗(yàn)裝置如圖2-5所示，反應(yīng)器由有機(jī)玻璃加工而成，容積為12L, 沿反應(yīng)器自上而下設(shè)5個(gè)取樣口，頂部設(shè)三相分離器。采用鼓風(fēng)曝氣、電動攪拌機(jī)攪拌,轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量以控制反應(yīng)器中溶解氧濃度，用溶解氧儀和pH 計(jì)分別在線測定各反應(yīng)階段的DO 和pH 值。將篩選的好養(yǎng)反硝化細(xì)菌擴(kuò)大培養(yǎng)，接種少
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：X703.1

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2692386