發(fā)布時(shí)間：2020-06-10 04:24

【摘要】：目前，活性氮污染在世界范圍內(nèi)正呈現(xiàn)愈演愈烈的趨勢(shì)，其范圍不僅包括水體中的硝氮、亞硝氮及銨態(tài)氮等，還包括大氣中的NO_x（主要為NO和NO_2）氣體，因而如何去除活性氮的污染成為近年來的研究熱點(diǎn)。生物法脫氮作為一種低成本且無污染的綠色技術(shù)，已引起越來越廣泛的關(guān)注。然而，根據(jù)傳統(tǒng)的反硝化理論，氧的存在抑制反硝化的進(jìn)行，降低了生物脫氮的效率，因此，最初的生物反應(yīng)器均是在厭氧下進(jìn)行，這很明顯增加了運(yùn)行成本，進(jìn)而限制了其大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。此外，部分工業(yè)含氮廢水及經(jīng)過洗滌后的燃煤煙氣的溫度均達(dá)到了50℃左右，而當(dāng)前的相關(guān)生物技術(shù)的最佳溫度均為常溫，因而，開發(fā)高溫生物脫氮技術(shù)具有切實(shí)的工程應(yīng)用價(jià)值。本文選用嗜熱螯臺(tái)球菌TAD1（ChelatococcusdaeguensisTAD1）為研究對(duì)象，并應(yīng)用于不同的反應(yīng)器內(nèi)，深入分析了TAD1在多種條件下的脫氮性能，初步探討了TAD1發(fā)生好氧反硝化的分子機(jī)制，以期為真正地工業(yè)應(yīng)用提供實(shí)踐與理論指導(dǎo)。 首先，采用PB（Plackett-Burman）設(shè)計(jì)法和基于中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（CCD）的響應(yīng)面法，對(duì)生物滴濾塔的循環(huán)液組分進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，對(duì)脫氮率影響最大的因子是檸檬酸銨和硫酸亞鐵，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合后，獲得響應(yīng)值脫氮率（Y）對(duì)自變量檸檬酸銨（X1）和硫酸亞鐵（X2）的二元二次回歸方程：Y=-2.15+3.13X_1~2+204X_2-0.657X_1~2-1844X_2+5.68X_1X_2，求導(dǎo)后得到模型的極值點(diǎn)，即檸檬酸銨為2.62g/L，硫酸亞鐵為0.059g/L，相應(yīng)的模型預(yù)測(cè)的最大脫氮率為8.0318mg/(L·h)。 其次，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建一小型生物滴濾系統(tǒng)，利用優(yōu)化后的循環(huán)液組分，開放條件下以TAD1掛膜后來處理模擬煙氣。該系統(tǒng)在不同負(fù)荷和氧濃度下均可實(shí)現(xiàn)對(duì)NO_x的有效去除。在進(jìn)口NO濃度為600ppm、112.5s的空床停留時(shí)間（EBRT）下，NO_x的去除率（RE）可達(dá)到80.2 92.3%，氧對(duì)RE沒有產(chǎn)生負(fù)面影響。同時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過程中，TAD1始終占有優(yōu)勢(shì)地位，說明其具有處理實(shí)際煙氣的可行性。 第三，分析TAD1在高溫下的同步硝化反硝化性能，并將其應(yīng)用于高溫曝氣生物滴濾池中。結(jié)果表明，無論是在純種培養(yǎng)還是在曝氣生物滴濾池中，TAD1均有良好的異養(yǎng)硝化－好氧反硝化性能。在純種培養(yǎng)下，銨的去除能力達(dá)到6.97mg-NH_4~+-N/(L·h)，約有32.3%的總氮被TAD1轉(zhuǎn)化成氮?dú)�；在曝氣生物濾池中，12小時(shí)后在三種條件下的氮去除效率均達(dá)到100%，氮去除能力（平均脫氮率）分別為12.67mg/(L·h)、3.62mg/(L·h)及16.53mg/(L·h)，揭示TAD1具有應(yīng)用于高溫廢水脫氮的潛力。 第四，在實(shí)驗(yàn)室生物滴濾塔上進(jìn)一步探索影響脫氮效果的最佳工藝參數(shù)及條件，隨后在廣州電廠一生物滴濾系統(tǒng)內(nèi)，用TAD1掛膜，以火電廠經(jīng)過脫硫除塵的煙道氣為研究對(duì)象。結(jié)果顯示，在實(shí)驗(yàn)室生物滴濾塔內(nèi)，，初始NO-3濃度和空氣流速對(duì)脫氮沒有產(chǎn)生負(fù)面影響，綜合考慮，乙酸鈉為最佳碳源；在電廠生物滴濾系統(tǒng)中，NO_x去除效率可達(dá)到84.3-86.7%，最大污染負(fù)荷和最大處理能力分別為159.4g/(m~3·h)和137.3g/(m~3·h)，相應(yīng)的NO_x進(jìn)口濃度為558mg/m~3。雖然TAD1在生物膜中沒有占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但與其它多種微生物共存，共同完成處理NO_x的過程。 最后，通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR系統(tǒng)分析四種反硝化基因在不同溶氧下的表達(dá)規(guī)律，從基因水平初步探討TAD1在高溫下的好氧反硝化發(fā)生機(jī)制。結(jié)果表明，TAD1的硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和一氧化氮還原酶的基因類型分別為napA、nirK和cnorB，且含有氧化亞氮還原酶基因nosZ。隨著溶氧的提高，napA、nirK、cnorB和nosZ的表達(dá)量呈下降趨勢(shì)，說明高氧濃度對(duì)四種反硝化基因有抑制作用，而氧限制或微好氧環(huán)境可能更有利于基因的表達(dá)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 周云云;螯臺(tái)球菌（Chelatococcus daeguensis）TAD1同步硝化反硝化性能及應(yīng)用的初步研究[D];華南理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2705765