基于Fe基質(zhì)生物載體的低C/N比污水自養(yǎng)反硝化脫氮研究
發(fā)布時(shí)間:2021-06-07 18:39
硝酸鹽氮(NO3/-N)污染是造成水體富營養(yǎng)化的重要原因之一,已經(jīng)成為水生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題。去除水中NO3-N的方法包括物化法和生物法,其中生物反硝化過程是相對經(jīng)濟(jì)、高效的脫氮技術(shù),但實(shí)際污水中較低的有機(jī)物濃度是制約反硝化脫氮效果重要因素,因此,自養(yǎng)反硝化技術(shù)成為目前脫氮研究的熱點(diǎn)。為了開發(fā)針對低碳氮(C/N)比污水生物反硝化脫氮新技術(shù),解析自養(yǎng)反硝化微生物群落多樣性和代謝功能,本論文首先構(gòu)建了基于Fe基質(zhì)生物載體的自養(yǎng)-異養(yǎng)耦合反硝化脫氮連續(xù)運(yùn)行工藝;進(jìn)而建立了 Fe基質(zhì)生物載體的自養(yǎng)-異養(yǎng)耦合反硝化標(biāo)記體系,應(yīng)用13C-DNA穩(wěn)定性同位素標(biāo)記(DNAbased stable isotope probing,DNA-SIP)技術(shù)對耦合體系中自養(yǎng)和異養(yǎng)反硝化細(xì)菌進(jìn)行有效識別;進(jìn)一步構(gòu)建了完全無機(jī)條件下的自養(yǎng)反硝化脫氮連續(xù)運(yùn)行工藝;并對自養(yǎng)反硝化體系中自養(yǎng)反硝化細(xì)菌進(jìn)行有效識別,解析自養(yǎng)反硝化細(xì)菌碳、氮代謝途徑,為水中NO3-N的高效快速脫除提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)構(gòu)建了 Fe基質(zhì)生物載體自養(yǎng)-異養(yǎng)耦合反硝化連續(xù)運(yùn)行工藝,在C/N比為1并控制出水pH為8.2時(shí)的N...
【文章來源】:北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:129 頁
【學(xué)位級別】:博士
【部分圖文】:
圖1.1氮循環(huán)??Figure?1.1?Nitrogen?cycle.??
并保持不變的生理生化特性,在后續(xù)分析中,將12C-DNA與13C-DNA分離,利??用標(biāo)記的重同位素標(biāo)記微生物信息反應(yīng)體系中活性微生物的代謝過程的分子機(jī)??制(圖1.2)。當(dāng)體系微生物中DNA被底物標(biāo)記13C或15N取代時(shí),其DNA分子??在氯化銫介質(zhì)中浮力密度增加約0.051?g/mL或0.02?g/mL,高于理論上的有效分??離值0.012?g/mL[131],即在標(biāo)記后體系中可有效被分離分別分析。值得注意的是,??標(biāo)記體系能否被有效分離還取決于標(biāo)記底物被利用程度及目標(biāo)基因組GC含量。??17??
原性鐵粉、活性炭粉末、鐵屑、復(fù)合金屬催化劑等充分混合均勻,加入粘合劑、??發(fā)泡劑水溶劑,室溫條件下造粒后放入烘箱烘干,將烘干載體放入無氧條件下灼??燒至成品[137_139]。具體制備流程如圖2.1所示。根據(jù)造粒大小和灼燒程度不同,??其理化性質(zhì)稍有變化。應(yīng)用在本研究中的Fe基質(zhì)生物載體具備如下物理特性:??平均顆粒直徑為5-10?mm、孔隙率為50-65%。相比于其他生物載體,具有較大??比表面積、孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度,這不僅能為反硝化細(xì)菌提供良好的附著條件,而??且保證了體系中鐵的不斷供應(yīng)(圖2.2)。??鐵粉丨一I?丨齡劑胃I?千燥|——?!灼燒??鐵肩?—混勾|—?M混勻造粒’??■?1?'w??活性炭丨」?丨多元4化劑|??■?圖2.1?Fe基質(zhì)生物載體制備過程(鄧時(shí)海等[138])??Figure?2.1?Preparation?approaches?of?Fe?based?biocarriers.??(a)?^?(b)???(c)?贏一?■'m??jjfc?蠢??圖2.2本研究所用Fe基質(zhì)生物載體(a.未掛膜載體;b.載體附著生物膜初期;c.附著生物??膜載體)??Figure?2.2?Fe?based?biocarriers?in?this?study,?(a.?biocarriers;?b.?biocarriers?with?early?biofilm;?c.??biocarriers?with?biofilm)??23??
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]Microbiome analysis and-omics studies of microbial denitrification processes in wastewater treatment: recent advances[J]. Lili Miao,Zhipei Liu. Science China(Life Sciences). 2018(07)
[2]林冠受損對小坑林場土壤固碳微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 禹飛,梁俊峰,史靜龍,王勝坤,陸俊錕. 微生物學(xué)通報(bào). 2017(10)
[3]碳氮比對不同濾料反硝化濾池脫氮效果的影響[J]. 吳興海,李詠梅. 環(huán)境工程學(xué)報(bào). 2017(01)
[4]北京市農(nóng)村飲用水中硝酸鹽暴露水平及分布特征[J]. 田佩瑤,王心宇,魏建榮,張永. 中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志. 2016(19)
[5]稻田土壤固碳功能微生物群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量特征[J]. 劉瓊,魏曉夢,吳小紅,袁紅朝,王久榮,李裕元,葛體達(dá),吳金水. 環(huán)境科學(xué). 2017(02)
[6]異養(yǎng)與硫自養(yǎng)反硝化協(xié)同處理高硝氮廢水特性研究[J]. 李祥,馬航,黃勇,朱亮,楊朋兵,朱強(qiáng). 環(huán)境科學(xué). 2016(07)
[7]北京密云水庫小流域地下水硝酸鹽污染來源示蹤[J]. 魯垠濤,劉芳,姚宏,于曉華,張士超,臧星華. 環(huán)境化學(xué). 2016(01)
[8]厭氧氨氧化體的組成、結(jié)構(gòu)與功能[J]. 趙弋戈,鄭平. 微生物學(xué)報(bào). 2016(01)
[9]硝酸鹽型厭氧鐵氧化菌的種類、分布和特性[J]. 王茹,鄭平,張萌,趙和平,周曉馨. 微生物學(xué)通報(bào). 2015(12)
[10]污染河流底泥亞鐵氧化硝酸鹽還原菌分離及代謝特性[J]. 謝小蘭,余光偉,種云霄,龍新憲. 中國環(huán)境科學(xué). 2015(05)
博士論文
[1]基于自養(yǎng)反硝化工藝處理低有機(jī)碳水中硝酸鹽技術(shù)研究[D]. 佟爽.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2017
[2]地表水中硝態(tài)氮的去除及其與硫的相關(guān)性[D]. 鄭猛.中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所 2017
[3]厭氧甲烷氧化微生物代謝分子機(jī)制及其潛在參與礦物形成機(jī)理的研究[D]. 陳穎.上海交通大學(xué) 2014
[4]不同電子供體深度脫氮工藝及微生物群落特征研究[D]. 李彭.清華大學(xué) 2014
[5]自養(yǎng)菌—異養(yǎng)菌協(xié)同反硝化脫硫工藝的運(yùn)行與調(diào)控策略[D]. 陳川.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
碩士論文
[1]珠江口海水和遼河口沉積物中微生物豐度及群落結(jié)構(gòu)分析[D]. 季鳳云.大連海洋大學(xué) 2016
[2]珠江水體硫氧化細(xì)菌多樣性及其硫代謝途徑研究[D]. 譚小琴.華南理工大學(xué) 2016
[3]北京市某遠(yuǎn)郊區(qū)地下水中硝酸鹽污染來源研究[D]. 閆紹靜.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2016
[4]硫鐵礦自養(yǎng)反硝化去除地下水中硝酸鹽的研究[D]. 蒲嬌陽.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2015
[5]生活污水自養(yǎng)反硝化濾池深度脫氮研究[D]. 李戀云.中國石油大學(xué)(華東) 2015
[6]采用高效納濾—低壓反滲透集成膜工藝的海水淡化研究[D]. 周棟.寧波大學(xué) 2015
[7]珠江水體自養(yǎng)細(xì)菌及其群落結(jié)構(gòu)研究[D]. 何慶.華南理工大學(xué) 2014
[8]短程反硝化—厭氧氨氧化聯(lián)合用于污水脫氮的研究[D]. 張樹立.北京工業(yè)大學(xué) 2012
[9]典型城市與農(nóng)業(yè)區(qū)地表水與地下水硝態(tài)氮來源研究[D]. 徐志偉.東北師范大學(xué) 2012
[10]以天然黃鐵礦和硫磺為硫源的自養(yǎng)反硝化特性研究[D]. 袁玉玲.南京大學(xué) 2011
本文編號:3217094
【文章來源】:北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:129 頁
【學(xué)位級別】:博士
【部分圖文】:
圖1.1氮循環(huán)??Figure?1.1?Nitrogen?cycle.??
并保持不變的生理生化特性,在后續(xù)分析中,將12C-DNA與13C-DNA分離,利??用標(biāo)記的重同位素標(biāo)記微生物信息反應(yīng)體系中活性微生物的代謝過程的分子機(jī)??制(圖1.2)。當(dāng)體系微生物中DNA被底物標(biāo)記13C或15N取代時(shí),其DNA分子??在氯化銫介質(zhì)中浮力密度增加約0.051?g/mL或0.02?g/mL,高于理論上的有效分??離值0.012?g/mL[131],即在標(biāo)記后體系中可有效被分離分別分析。值得注意的是,??標(biāo)記體系能否被有效分離還取決于標(biāo)記底物被利用程度及目標(biāo)基因組GC含量。??17??
原性鐵粉、活性炭粉末、鐵屑、復(fù)合金屬催化劑等充分混合均勻,加入粘合劑、??發(fā)泡劑水溶劑,室溫條件下造粒后放入烘箱烘干,將烘干載體放入無氧條件下灼??燒至成品[137_139]。具體制備流程如圖2.1所示。根據(jù)造粒大小和灼燒程度不同,??其理化性質(zhì)稍有變化。應(yīng)用在本研究中的Fe基質(zhì)生物載體具備如下物理特性:??平均顆粒直徑為5-10?mm、孔隙率為50-65%。相比于其他生物載體,具有較大??比表面積、孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度,這不僅能為反硝化細(xì)菌提供良好的附著條件,而??且保證了體系中鐵的不斷供應(yīng)(圖2.2)。??鐵粉丨一I?丨齡劑胃I?千燥|——?!灼燒??鐵肩?—混勾|—?M混勻造粒’??■?1?'w??活性炭丨」?丨多元4化劑|??■?圖2.1?Fe基質(zhì)生物載體制備過程(鄧時(shí)海等[138])??Figure?2.1?Preparation?approaches?of?Fe?based?biocarriers.??(a)?^?(b)???(c)?贏一?■'m??jjfc?蠢??圖2.2本研究所用Fe基質(zhì)生物載體(a.未掛膜載體;b.載體附著生物膜初期;c.附著生物??膜載體)??Figure?2.2?Fe?based?biocarriers?in?this?study,?(a.?biocarriers;?b.?biocarriers?with?early?biofilm;?c.??biocarriers?with?biofilm)??23??
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]Microbiome analysis and-omics studies of microbial denitrification processes in wastewater treatment: recent advances[J]. Lili Miao,Zhipei Liu. Science China(Life Sciences). 2018(07)
[2]林冠受損對小坑林場土壤固碳微生物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 禹飛,梁俊峰,史靜龍,王勝坤,陸俊錕. 微生物學(xué)通報(bào). 2017(10)
[3]碳氮比對不同濾料反硝化濾池脫氮效果的影響[J]. 吳興海,李詠梅. 環(huán)境工程學(xué)報(bào). 2017(01)
[4]北京市農(nóng)村飲用水中硝酸鹽暴露水平及分布特征[J]. 田佩瑤,王心宇,魏建榮,張永. 中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志. 2016(19)
[5]稻田土壤固碳功能微生物群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量特征[J]. 劉瓊,魏曉夢,吳小紅,袁紅朝,王久榮,李裕元,葛體達(dá),吳金水. 環(huán)境科學(xué). 2017(02)
[6]異養(yǎng)與硫自養(yǎng)反硝化協(xié)同處理高硝氮廢水特性研究[J]. 李祥,馬航,黃勇,朱亮,楊朋兵,朱強(qiáng). 環(huán)境科學(xué). 2016(07)
[7]北京密云水庫小流域地下水硝酸鹽污染來源示蹤[J]. 魯垠濤,劉芳,姚宏,于曉華,張士超,臧星華. 環(huán)境化學(xué). 2016(01)
[8]厭氧氨氧化體的組成、結(jié)構(gòu)與功能[J]. 趙弋戈,鄭平. 微生物學(xué)報(bào). 2016(01)
[9]硝酸鹽型厭氧鐵氧化菌的種類、分布和特性[J]. 王茹,鄭平,張萌,趙和平,周曉馨. 微生物學(xué)通報(bào). 2015(12)
[10]污染河流底泥亞鐵氧化硝酸鹽還原菌分離及代謝特性[J]. 謝小蘭,余光偉,種云霄,龍新憲. 中國環(huán)境科學(xué). 2015(05)
博士論文
[1]基于自養(yǎng)反硝化工藝處理低有機(jī)碳水中硝酸鹽技術(shù)研究[D]. 佟爽.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2017
[2]地表水中硝態(tài)氮的去除及其與硫的相關(guān)性[D]. 鄭猛.中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所 2017
[3]厭氧甲烷氧化微生物代謝分子機(jī)制及其潛在參與礦物形成機(jī)理的研究[D]. 陳穎.上海交通大學(xué) 2014
[4]不同電子供體深度脫氮工藝及微生物群落特征研究[D]. 李彭.清華大學(xué) 2014
[5]自養(yǎng)菌—異養(yǎng)菌協(xié)同反硝化脫硫工藝的運(yùn)行與調(diào)控策略[D]. 陳川.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
碩士論文
[1]珠江口海水和遼河口沉積物中微生物豐度及群落結(jié)構(gòu)分析[D]. 季鳳云.大連海洋大學(xué) 2016
[2]珠江水體硫氧化細(xì)菌多樣性及其硫代謝途徑研究[D]. 譚小琴.華南理工大學(xué) 2016
[3]北京市某遠(yuǎn)郊區(qū)地下水中硝酸鹽污染來源研究[D]. 閆紹靜.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2016
[4]硫鐵礦自養(yǎng)反硝化去除地下水中硝酸鹽的研究[D]. 蒲嬌陽.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2015
[5]生活污水自養(yǎng)反硝化濾池深度脫氮研究[D]. 李戀云.中國石油大學(xué)(華東) 2015
[6]采用高效納濾—低壓反滲透集成膜工藝的海水淡化研究[D]. 周棟.寧波大學(xué) 2015
[7]珠江水體自養(yǎng)細(xì)菌及其群落結(jié)構(gòu)研究[D]. 何慶.華南理工大學(xué) 2014
[8]短程反硝化—厭氧氨氧化聯(lián)合用于污水脫氮的研究[D]. 張樹立.北京工業(yè)大學(xué) 2012
[9]典型城市與農(nóng)業(yè)區(qū)地表水與地下水硝態(tài)氮來源研究[D]. 徐志偉.東北師范大學(xué) 2012
[10]以天然黃鐵礦和硫磺為硫源的自養(yǎng)反硝化特性研究[D]. 袁玉玲.南京大學(xué) 2011
本文編號:3217094
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