本文關(guān)鍵詞：重金屬離子對(duì)厭氧氨氧化顆粒污泥的影響及其修復(fù)策略研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：一些重金屬是微生物生長(zhǎng)必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素,然而過(guò)量的重金屬也會(huì)抑制甚至毒害廢水生物處理的功能微生物。鑒于厭氧氨氧化(Anammox)技術(shù)在垃圾滲濾液、禽畜養(yǎng)殖廢水、化肥生產(chǎn)廢水、半導(dǎo)體加工廢水等高氨氮廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景,相當(dāng)量的重金屬勢(shì)必會(huì)引入Anammox反應(yīng)器中。本文首先研究了重金屬Cu2+、Zn2+混合物對(duì)Anammox顆粒污泥的短期影響及其機(jī)理；然后以Cu2+為代表考察了重金屬在Anammox顆粒污泥反應(yīng)器中的行為和歸趨；最后基于以上研究結(jié)果,分別提出生化和物化法兩種修復(fù)策略并驗(yàn)證了其可行性。主要結(jié)果如下：(1)采用中心設(shè)計(jì)響應(yīng)曲面建模描繪了二元重金屬混合物(Cu2+和Zn2+)對(duì)Anammox顆粒污泥的聯(lián)合作用。兩者聯(lián)合作用是復(fù)雜多變的,隨著濃度的增加依次表現(xiàn)為協(xié)同、相加、獨(dú)立和拮抗作用。當(dāng)Cu2+和Zn2+濃度分別為16.3和20.0 mg L-1時(shí),聯(lián)合抑制作用最強(qiáng),抑制率約80%。間歇暴露馴化可以降低重金屬離子的蓄積毒性。無(wú)基質(zhì)存在時(shí),Cu2+預(yù)暴露會(huì)嚴(yán)重抑制厭氧氨氧化活性(SAA)。但NO2-的單獨(dú)存在會(huì)加劇Cu2+的抑制作用。(2)解析了重金屬Cu2+與Anammox顆粒污泥的相互作用過(guò)程。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨污染齡的增加,顆粒污泥中銅的空間分布由胞外聚合物(EPS)逐漸遷移至內(nèi)部細(xì)胞,銅的形態(tài)由弱結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)向強(qiáng)結(jié)合態(tài)。Anammox顆粒污泥反應(yīng)器耐受銅負(fù)荷的上限為0.24 g L-1d-1。Person相關(guān)性分析和三維熒光光譜分析表明EPS中蛋白的增加是Anammox顆粒污泥抵御銅侵害的自衛(wèi)反應(yīng)。EDTA清洗和超聲強(qiáng)化的EDTA清洗能夠弱化銅在泥液兩相的分配系數(shù)(從5.8 mg-1SS分別降至3.41mg-1 SS和0.45 L mg-1 SS),導(dǎo)致銅在顆粒污泥中的空間和形態(tài)重分配。(3)論證了EDTA清洗結(jié)合Ca2+調(diào)控修復(fù)策略的可行性。采用2 mM EDTA振蕩清洗(液固體積比為10)210 min后,SAA增加74.7%且Cu一次清洗去除率達(dá)到80.5%。EDTA存在時(shí),顆粒污泥中Cu的解吸為非均質(zhì)擴(kuò)散(兩步解吸)過(guò)程。清洗后的顆粒污泥可在20 d左右將內(nèi)化的Cu(14.7%)洗出反應(yīng)器。此后,添加82 mg L-1Ca2+能促進(jìn)厭氧氨氧化菌(AnAOB)的增殖(比生長(zhǎng)速率從0.018d-1增加為0.054 d-1)。反應(yīng)器總氮容積去除負(fù)荷(NRR)和顆粒特性能夠在90 d時(shí)恢復(fù)到原始水平。(4)驗(yàn)證了超聲強(qiáng)化EDTA清洗修復(fù)策略的可行性。低強(qiáng)度超聲(頻率28kHz,時(shí)間1.9 min,強(qiáng)度0.7 w cm-2)能夠強(qiáng)化EDTA清洗效果,SAA增加107%,脫氫酶活性增加47.7%,且Cu一次清洗去除率達(dá)到84.9%。清洗后的顆粒污泥在20 d左右時(shí)能將內(nèi)化的Cu(12.7%)洗出反應(yīng)器。此后,間隔8d的超聲輻射能加速反應(yīng)器的性能恢復(fù),NRR日均恢復(fù)速度從0.0773 kgN m-3 d-2增加至0.1971kgN m-3 d-2,64 d時(shí),反應(yīng)器NRR和顆粒特性恢復(fù)到原始水平。
【關(guān)鍵詞】：厭氧氨氧化 顆粒污泥 重金屬 抑制 修復(fù) 顆粒特性
【學(xué)位授予單位】：杭州師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-15
• 1 引言15-33
• 1.1 氮素污染及其危害15
• 1.2 廢水生物脫氮工藝15-18
• 1.2.1 傳統(tǒng)生物脫氮工藝15-16
• 1.2.2 新型生物脫氮工藝16-18
• 1.3 厭氧氨氧化工藝18-28
• 1.3.1 厭氧氨氧化菌18-21
• 1.3.2 厭氧氨氧化工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀21-22
• 1.3.3 厭氧氨氧化顆粒污泥22-28
• 1.4 重金屬離子的來(lái)源及對(duì)厭氧氨氧化工藝的影響28-31
• 1.5 本課題的研究目的、意義和內(nèi)容31-33
• 1.5.1 研究目的和意義31
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容31-33
• 2 重金屬離子對(duì)厭氧氨氧化顆粒污泥的短期影響33-53
• 2.1 概述33-34
• 2.2 材料與方法34-41
• 2.2.1 接種污泥34
• 2.2.2 模擬廢水34-35
• 2.2.3 聯(lián)合抑制批次試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析35-37
• 2.2.5 聯(lián)合作用的判定37-38
• 2.2.6 蓄積毒性試驗(yàn)和毒性等級(jí)判定38-39
• 2.2.7 預(yù)暴露試驗(yàn)39-41
• 2.2.8 分析項(xiàng)目和方法41
• 2.3 結(jié)果與討論41-52
• 2.3.1 聯(lián)合抑制模型擬合和統(tǒng)計(jì)分析41-43
• 2.3.2 Cu~(2+)和Zn~(2+)的聯(lián)合抑制作用分析43-47
• 2.3.3 Cu~(2+)和Zn~(2+)的蓄積毒性47-48
• 2.3.4 預(yù)暴露于重金屬嚴(yán)重抑制顆粒污泥活性48-50
• 2.3.5 預(yù)暴露抑制機(jī)理分析50-52
• 2.4 小結(jié)52-53
• 3 重金屬銅離子在厭氧氨氧化顆粒污泥反應(yīng)器中的行為和歸趨53-75
• 3.1 概述53
• 3.2 材料與方法53-58
• 3.2.1 反應(yīng)器裝置和運(yùn)行策略53-54
• 3.2.2 顆粒污泥中銅形態(tài)分析54-55
• 3.2.3 EPS提取和三維熒光光譜(3D-EEM)掃描55
• 3.2.4 EDTA清洗和超聲強(qiáng)化的EDTA清洗55-56
• 3.2.5 反應(yīng)器中銅的解吸動(dòng)態(tài)模型56-57
• 3.2.6 Heme c的提取和測(cè)定57
• 3.2.7 脫氫酶活性測(cè)定57-58
• 3.2.8 分析項(xiàng)目和方法58
• 3.3 結(jié)果和討論58-73
• 3.3.1 反應(yīng)器中Cu的行為和歸趨58-62
• 3.3.2 銅在顆粒污泥中的分布和形態(tài)變化62-66
• 3.3.3 銅過(guò)載對(duì)顆粒污泥的長(zhǎng)期影響66-69
• 3.3.4 修復(fù)策略探究69-73
• 3.4 小結(jié)73-75
• 4 EDTA清洗結(jié)合Ca~(2+)調(diào)控重啟動(dòng)厭氧氨氧化顆粒污泥反應(yīng)器的可行性75-91
• 4.1 概述75-76
• 4.2 材料與方法76-77
• 4.2.1 批次優(yōu)化試驗(yàn)76
• 4.2.2 反應(yīng)器裝置和運(yùn)行策略76
• 4.2.3 反應(yīng)器脫氮潛能預(yù)測(cè)模型76-77
• 4.2.4 分析項(xiàng)目和方法77
• 4.3 結(jié)果77-86
• 4.3.1 EDTA清洗對(duì)顆粒污泥的短期影響77-81
• 4.3.2 EDTA清洗結(jié)合鈣離子添加對(duì)顆粒污泥反應(yīng)器脫氮性能影響81-83
• 4.3.3 顆粒污泥的物化特性變化83-85
• 4.3.4 顆粒污泥的生理特性變化85-86
• 4.4 分析和討論86-90
• 4.4.1 銅在反應(yīng)器中的行為和歸趨86
• 4.4.2 銅和顆粒污泥的作用機(jī)理86-88
• 4.4.3 EDTA清洗的解毒機(jī)理88-89
• 4.4.4 Ca~(2+)修復(fù)顆粒污泥的機(jī)理89-90
• 4.5 小結(jié)90-91
• 5 超聲強(qiáng)化EDTA清洗策略重啟動(dòng)厭氧氨氧化顆粒污泥反應(yīng)器的可行性91-109
• 5.1 概述91-92
• 5.2 材料與方法92-93
• 5.2.1 批次優(yōu)化試驗(yàn)92
• 5.2.2 反應(yīng)器裝置和運(yùn)行策略92
• 5.2.3 反應(yīng)器恢復(fù)動(dòng)力學(xué)模型92-93
• 5.2.4 分析項(xiàng)目和方法93
• 5.3 結(jié)果和討論93-107
• 5.3.1 超聲強(qiáng)化EDTA清洗對(duì)顆粒污泥的短期影響93-97
• 5.3.2 EDTA清洗結(jié)合鈣離子添加對(duì)顆粒污泥反應(yīng)器脫氮性能影響97-101
• 5.3.3 反應(yīng)器脫氮性能恢復(fù)的定量和定性表征101-103
• 5.3.4 顆粒污泥的物化特性103-107
• 5.4 小結(jié)107-109
• 6 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)109-111
• 6.1 結(jié)論109-110
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)110-111
• 參考文獻(xiàn)111-128
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的主要成果128-132

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