本文關(guān)鍵詞：電解強化生物反硝化固定床去除地下水中硝酸鹽的研究

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【摘要】：地下水一直以來都是重要的飲用水資源,但由于氮肥的大量施用等原因,地下水硝酸鹽污染不斷加劇。飲用硝酸鹽污染的水會嚴重危害人體健康。由于具有去除效率高,對環(huán)境友好的特點,生物反硝化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于去除水中的硝酸鹽。將自養(yǎng)反硝化與異養(yǎng)反硝化相結(jié)合,能夠互相取長補短,更具有優(yōu)勢。氫自養(yǎng)菌相比于硫自養(yǎng)菌更適宜用來構(gòu)建自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化體系。使用固定床形式的反應(yīng)器,能夠?qū)㈦娀瘜W(xué)部分與微生物部分分離,克服此前電極生物膜反應(yīng)器中,微生物活性容易受到電化學(xué)作用抑制的缺點。本研究開發(fā)了一種新型去除地下水中硝酸鹽的電解強化反硝化固定床反應(yīng)器(Heterotrophic coupled with Electro-Autotrophic Denitrifying Packed Bed Reactor,HEAD-PBR)。反應(yīng)器使用不銹鋼網(wǎng)做陰極,Ti/RuO2網(wǎng)做陽極,二者構(gòu)成反應(yīng)器下部的電解段。作為固相碳源的鋸末與作為生物載體的陶�；旌�,接種污泥后構(gòu)成反應(yīng)器上部的反硝化段。電解段與反硝化段上下串聯(lián)運行,通過電解水產(chǎn)生氫氣,構(gòu)建自養(yǎng)-異養(yǎng)反硝化體系。實驗考察了針對不同硝酸鹽濃度的模擬地下水,在不同條件下HEAD-PBR的反硝化性能。同時對反應(yīng)機理做了深入探究。實驗結(jié)果表明:當(dāng)極板間距為30 mm,電流為0.1 A時,氫氣產(chǎn)生速率為1.78mmol/h,效率最高且副產(chǎn)物積累少,為最優(yōu)的電解條件。此條件下,添加126.46g鋸末的HEAD-PBR針對初始硝酸鹽濃度為50 mg N/L和25 mg N/L的模擬地下水,分別最快在24 h和18 h的水力停留時間內(nèi)去除約99%的硝酸鹽,且出水中沒有亞硝酸鹽和氨氮的積累。反應(yīng)器整體的硝酸鹽容積還原速率最快為28.19±0.70 g N/(m3·d)。在整個運行期間,電化學(xué)作用、異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化分別平均去除23.3%±6.8%、61.3%±7.0%和15.4%±4.6%的硝酸鹽。Thauera和Hydrogenophaga等菌屬為主要的反硝化菌屬,其中氫自養(yǎng)菌主要分布在反硝化段中部。電解產(chǎn)生的氧氣能夠被微生物快速利用,并在反硝化段中部以上保持良好的缺氧環(huán)境。鋸末和微生物新陳代謝能夠中和電解后產(chǎn)生的OH-,使出水pH保持在7.82±0.09的水平。光合細菌Chlorobium能夠完善HEAD-PBR中的碳循環(huán)并提高氫氣的利用率。對碳元素轉(zhuǎn)化和相關(guān)微生物的分析可以明確,在HEADPBR中形成了自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化的體系。
【關(guān)鍵詞】：硝酸鹽 生物反硝化 固定床反應(yīng)器 鋸末 協(xié)同反硝化
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X523
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 地下水硝酸鹽污染現(xiàn)狀11-13
• 1.1.1 地下水硝酸鹽污染的來源11-12
• 1.1.2 地下水硝酸鹽污染狀況12-13
• 1.1.3 地下水硝酸鹽污染危害13
• 1.2 地下水硝酸鹽污染的修復(fù)技術(shù)13-17
• 1.2.1 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)14
• 1.2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)14-15
• 1.2.3 生物修復(fù)技術(shù)15-17
• 1.3 電極強化生物反硝化反應(yīng)器研究進展17-21
• 1.3.1 反應(yīng)器的研究進展及脫氮原理17-20
• 1.3.2 電極強化生物反硝化反應(yīng)器的優(yōu)勢與不足20-21
• 1.4 研究目的、內(nèi)容與創(chuàng)新點21-24
• 1.4.1 研究目的21-22
• 1.4.2 研究內(nèi)容22-23
• 1.4.3 研究創(chuàng)新點23-24
• 1.5 技術(shù)路線24-25
• 第2章 電解條件的優(yōu)化25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 材料與方法25-28
• 2.2.1 實驗裝置25-26
• 2.2.2 實驗材料26-27
• 2.2.3 實驗方法27
• 2.2.4 分析方法27-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-37
• 2.3.1 不同電解條件對產(chǎn)氫的影響28-30
• 2.3.2 不同電解條件對水質(zhì)的影響30-36
• 2.3.3 最優(yōu)電解條件的選擇36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 HEAD-PBR去除水中硝酸鹽 的性能38-60
• 3.1 引言38
• 3.2 材料與方法38-43
• 3.2.1 實驗裝置38-40
• 3.2.2 實驗材料與污泥培養(yǎng)40-41
• 3.2.3 實驗方法41-42
• 3.2.4 分析方法42-43
• 3.2.5 計算方法43
• 3.3 結(jié)果與討論43-58
• 3.3.1 氮元素的轉(zhuǎn)化43-48
• 3.3.2 碳元素的轉(zhuǎn)化48-51
• 3.3.3 溶解氧的變化51-55
• 3.3.4 pH的變化55-56
• 3.3.5 各脫氮反應(yīng)的貢獻度56-58
• 3.4 本章小結(jié)58-60
• 第4章 HEAD-PBR中的微生物群落結(jié)構(gòu)60-75
• 4.1 引言60
• 4.2 材料與方法60-62
• 4.2.1 微生物樣品采集60
• 4.2.2 實驗方法60-62
• 4.3 結(jié)果與討論62-74
• 4.3.1 微生物群落相似性與多樣性62-64
• 4.3.2 HEAD-PBR中的優(yōu)勢菌群64-68
• 4.3.3 微生物群落分布特點68-72
• 4.3.4 HEAD-PBR中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化72-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 第5章 結(jié)論與建議75-77
• 5.1 結(jié)論75-76
• 5.2 建議76-77
• 參考文獻77-90
• 致謝90-91
• 個人簡歷91

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本文編號：784333