當(dāng)外源氮逐步得到控制后,底泥中內(nèi)源氮的釋放也是造成水體污染的重要污染源。連續(xù)曝氣技術(shù)是現(xiàn)今水體修復(fù)的主要方式,雖然曝氣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了氮的硝化過(guò)程使氨氮明顯降低,但是忽略了反硝化而使水體中總氮和硝態(tài)氮含量仍較高。該論文采集十五里河上覆水和底泥,通過(guò)間歇曝氣的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)源氮的釋放及短程硝化反硝化的生物脫氮。采用分子生物學(xué)方法,主要分析間歇曝氣短程生物脫氮過(guò)程中微生物群落組成及功能微生物,并分析對(duì)微生物群落及氮轉(zhuǎn)化功能基因豐度影響的主要環(huán)境因素。采用近紅外光譜法研究間歇曝氣過(guò)程中氮轉(zhuǎn)化及氮指標(biāo)的快速檢測(cè),主要研究結(jié)果如下:1.應(yīng)用間歇曝氣法研究受污染河流的氮的釋放及轉(zhuǎn)化規(guī)律。間歇曝氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:上覆水曝氣階段,氨氮濃度逐漸降低,亞硝酸鹽濃度逐漸升高,上覆水曝氣階段發(fā)生了明顯的短程硝化作用;上覆水停止曝氣階段,氨氮因底泥釋放表現(xiàn)為逐漸上升,而亞硝酸鹽氮逐漸因短程反硝化而減少,上覆水停止曝氣階段發(fā)生了明顯的短程反硝化作用;而整個(gè)間歇曝氣期間,硝酸鹽氮變化穩(wěn)定且濃度變化范圍較小(0～0.38 mg/L);總氮濃度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。反復(fù)間歇曝氣有利于河流上覆水短程硝化反硝化生物脫氮。2.采用分子生物學(xué)方法研究間歇曝氣過(guò)程中微生物群落結(jié)構(gòu)及微生物多樣性,并采用冗余分析法和變差分解法分析對(duì)微生物群落及多樣性影響的主要環(huán)境因子。上覆水微生物群落結(jié)構(gòu)研究表明,在短程硝化階段,上覆水中Comamonas(叢毛單胞菌屬)發(fā)揮了重要的短程硝化功能。在短程反硝化過(guò)程中,上覆水中的短程反硝化菌的特征菌較少,對(duì)脫氮貢獻(xiàn)不大。冗余分析表明,DO、pH和FA對(duì)上覆水短程硝化階段微生物種群結(jié)構(gòu)的變化的影響最大,DO、pH、FA、NH4+是上覆水短程反硝化階段對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)的變化影響較大的因素。底泥微生物多樣性分析表明,在短程硝化階段,底泥中的短程硝化功能菌在門(mén)水平上可能存在,在綱和屬水平未發(fā)現(xiàn)明顯的短程硝化功能菌。而在短程反硝化過(guò)程中,底泥中Thauera菌屬是實(shí)現(xiàn)河流短程生物脫氮的主要微生物。冗余分析表明,水質(zhì)理化因子DO和pH對(duì)底泥短程硝化階段微生物種群分布的影響均較大。pH和N02-對(duì)短程反硝化階段微生物種群分布的影響均較大。3.采用PCR熒光定量法研究底泥中氮轉(zhuǎn)化功能基因?qū)恿魃细菜g歇曝氣環(huán)境變化的響應(yīng)規(guī)律。采用冗余分析法分析反應(yīng)過(guò)程中對(duì)底泥功能基因影響的主要環(huán)境因子。采用皮爾森相關(guān)性分析氮轉(zhuǎn)化功能基因與底泥化學(xué)指標(biāo)的關(guān)系。PCR熒光定量分析表明,短程硝化階段,底泥中氨氧化功能基因amoA呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì),表明較強(qiáng)的短程硝化功能。而硝化功能基因nxr變化趨勢(shì)不大,且變化趨勢(shì)不顯著的,說(shuō)明亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化成的硝酸鹽氮較少。短程反硝化階段,功能基因nirK和nirS呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì),cnorB也呈現(xiàn)較明顯的增加趨勢(shì),說(shuō)明由亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮的量明顯較多,一氧化氮向一氧化二氮轉(zhuǎn)化也較明顯。底泥基礎(chǔ)化學(xué)指標(biāo)及其與氮轉(zhuǎn)化功能基因的皮爾森相關(guān)性表明,在短程硝化階段亞硝酸鹽氮與nxr功能基因有顯著相關(guān)性(Pearson相關(guān)性:r=0.924),而且 DO 與 Archaeal-amoA、Bacterial-amoA、nirS 有顯著相關(guān)性(Pearson 相關(guān)性:r=0.909;r=0.934;r=-0.917)。短程反硝化階段 NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、C:N及TOC與多種氮轉(zhuǎn)化功能基因具有顯著相關(guān)性。冗余分析和變差分解分析表明,短程硝化階段DO、NH4+-N和C:N是影響短程硝化階段底泥功能基因轉(zhuǎn)化的主要因素。而短程反硝化階段DO、NO2--N和TOC是影響底泥功能基因轉(zhuǎn)化的主要因素。4.氮的及時(shí)檢測(cè)是控制間歇曝氣工藝穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。為克服傳統(tǒng)化學(xué)檢測(cè)方法耗時(shí)、耗,藥且產(chǎn)生二次污染等缺陷,采用綠色快捷的近紅外光譜結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,即iPLS(間隔偏最小二乘法)、siPLS(組合間隔偏最小二乘法)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)建立總氮、氨氮和亞硝酸鹽氮含量的定量分析模型。研究結(jié)果表明,近紅外光譜結(jié)合不同的數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法所建立的快速分析模型均能進(jìn)行對(duì)總氮、氨氮和亞硝酸鹽氮的含量進(jìn)行檢測(cè),其中siPLS方法所建立的氮指標(biāo)的定量分析模型最精確,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定量分析模型其次,再次是iPLS定量分析模型和支持向量機(jī)定量分析模型。論文對(duì)受污染河流上覆水間歇曝氣進(jìn)行了上覆水短程生物脫氮研究。利用分子生物學(xué)手段開(kāi)展了微生物群落組成特征及其對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)研究,進(jìn)一步分析了底泥中氮轉(zhuǎn)化功能基因豐度及環(huán)境因素的相關(guān)關(guān)系。采用近紅外光譜法結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)氮指標(biāo)的快速表征。該研究豐富了對(duì)受污染河流短程生物脫氮中氮的循環(huán)機(jī)制的認(rèn)知,并為受污染河流的有效治理及氮指標(biāo)的檢測(cè)提供了技術(shù)參考。
【學(xué)位單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：X52
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．?２．１?Ｕｎｉｔｅ?ｏｆ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ??采用活塞式柱狀采樣器（ＫＨ０２０４）采集氮污染嚴(yán)重超標(biāo)的ｔ五里河表層３０??ｃｍ的底泥并避光保存，同時(shí)采集上覆水，采樣點(diǎn)如圖２．２所示。把采集的底泥??和上覆水運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室按１：３比例放入間歇曝氣反應(yīng)器。??該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了?１３８?ｄ，探索間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化功能微生物種群、豐度及??其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)，揭示間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化的新機(jī)制。并探索間歇曝氣條??件下氮轉(zhuǎn)化規(guī)律及基于近紅外光譜法氮的快速無(wú)污染檢測(cè)方法；實(shí)驗(yàn)初期階段為??２５??

＿?懦動(dòng)泵??圖２．１?＿歇曝ｚ〔實(shí)驗(yàn)裝置??Ｆｉｇ．?２．１?Ｕｎｉｔｅ?ｏｆ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ??采用活塞式柱狀采樣器（ＫＨ０２０４）采集氮污染嚴(yán)重超標(biāo)的ｔ五里河表層３０??ｃｍ的底泥并避光保存，同時(shí)采集上覆水，采樣點(diǎn)如圖２．２所示。把采集的底泥??和上覆水運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室按１：３比例放入間歇曝氣反應(yīng)器。??該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了?１３８?ｄ，探索間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化功能微生物種群、豐度及??其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)，揭示間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化的新機(jī)制。并探索間歇曝氣條??件下氮轉(zhuǎn)化規(guī)律及基于近紅外光譜法氮的快速無(wú)污染檢測(cè)方法；實(shí)驗(yàn)初期階段為??２５??

??和１３０￣１３５ｄ為曝氣期，其余為停止曝氣期。各種氮指標(biāo)的變化如圖２．３所示。??從圖２．３可以看出，在穩(wěn)定期間（１２ｄ），底泥中的氨氮持續(xù)向上覆水釋放，??導(dǎo)致上覆水中氨氮濃度整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，最終氨氮濃度從３７．９７?ｍｇ／Ｌ上升到??最大值為４５．０４?ｍｇ／Ｌ�？偟w也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從３８．６０?ｍｇ／Ｌ上升至４５．４５??ｍｇ／Ｌ；而該階段亞硝酸鹽氮呈現(xiàn)微弱的增長(zhǎng)趨勢(shì)，其濃度從０．１０２?ｍｇ／Ｌ上升至??１．００?ｍｇ／Ｌ，硝酸鹽氮?jiǎng)t基本沒(méi)有變化，其濃度范圍在０？０．００７?ｍｇ／Ｌ。綜上，在??穩(wěn)定期間，總體表現(xiàn)為氨氮和總氮表現(xiàn)為明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，而亞硝酸鹽氮和硝酸??鹽氮變化趨勢(shì)不明顯，主要是因?yàn)榉�(wěn)定期反應(yīng)器環(huán)境處于厭氧或缺氧的環(huán)境，基??本沒(méi)有發(fā)生亞硝化和硝化反應(yīng)。??６０１???？？?＊?１Ｎ??■Ｔ５０＇?？?ＮＨ；－Ｎ??４０?？?＂?．?ＮＯ；－Ｎ??￡?Ｖ??ｃ?、?＼?ＮＯ．－Ｎ??．２?３０??Ｉ?、、．＇？？、？＇?？??Ｉ２０－?＇？、?．??Ｑ?＇〇■?＇？?一？）、．．廣??０?’??０?１５?３０?４５?６０?７５?９０?１０５?１２０?１３５??Ｔｉｍｅ?（ｄ）??圖２．３?Ｎ歇曝條件丨、＇氮的轉(zhuǎn)化??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ?ａｅｒａｔｉｏｎ??從圖２．３可以看出
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本文編號(hào)：2885622