本文關(guān)鍵詞：氧化鋅納米顆粒對污泥厭氧消化過程及微生物群落的影響研究

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【摘要】：目前,納米材料廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活多個領(lǐng)域,由于消費需求的增加,越來越多的納米材料進入污水處理廠、污泥和垃圾填埋場。厭氧消化法廣泛應(yīng)用于廢水處理、城市污泥及固體垃圾處理。因此,進行納米材料對厭氧消化過程的影響研究是十分必要的。本課題選取ZnO-NPs為研究對象,主要研究不同濃度梯度下的ZnO-NPs對污泥厭氧消化過程不同階段及微生物群落的影響,為納米污染物對污泥厭氧消化過程的抑制效應(yīng)評價提供了依據(jù)。ZnO-NPs能在一定程度上對污泥厭氧消化水解酸化過程產(chǎn)生影響。ZnO-NPs的暴露濃度設(shè)定為0,2,30,60,90,120,150mg/g-VSS,通過考察產(chǎn)氣量、揮發(fā)酸、有機物降解效率、污泥減量效果等指標(biāo)的變化,分析ZnO-N Ps對污泥厭氧消化水解酸化和產(chǎn)甲烷階段的影響及關(guān)鍵酶活性的影響。ZnO-NPs暴露3d后,發(fā)現(xiàn)隨著ZnO-NPs濃度的升高,系統(tǒng)中溶解性組分糖類、蛋白質(zhì)、SCOD的降解效率逐漸下降,而總揮發(fā)酸的濃度沒有顯著變化。ZnO-NPs的暴露濃度從2增加到150mg/g-VSS時,產(chǎn)氣組分中H2和CH4的百分含量分別從4.98%和0.98%升高到30.63%和9.67%,CO2含量從95.01%下降到58.23%。ZnO-NPs對污泥厭氧消化中產(chǎn)甲烷階段的抑制作用相對較大。ZnO-NPs會使厭氧消化過程中的產(chǎn)氣量減少,SCOD去除率、TCOD去除率和R(VSS/TSS)值降低,在ZnO-NPs濃度升高到120mg/g-VSS時達到最大,SCO D去除率、TCOD去除率分別減少到對照組的3%、36.5%和74%。污泥VSS減量率、蛋白質(zhì)和多糖的減量率隨著ZnO-NPs濃度的升高而逐漸減小。ZnO-N Ps的投加會在一定程度上抑制蛋白酶、纖維素酶、乙酸激酶和輔酶F420的活性。低濃度的ZnO-NPs暴露對關(guān)鍵酶活性的影響較小,而高濃度時抑制作用較大;ZnO-NPs對產(chǎn)甲烷類酶的抑制作用大于水解酸化類酶。通過高通量測序分析結(jié)果顯示:4個樣本的古菌豐富度排列順序分別為:03090150,細菌豐度的排列順序為03090150,由此可知,ZnONPs的濃度升高,古菌的群落豐度升高,而細菌的群落豐度下降。對樣本的微生物群落進行差異性分析表明:ZnO-NPs能影響厭氧消化系統(tǒng)的微生物群落,并使之出現(xiàn)聚類上的差異,且細菌和古菌的群落的差異性均隨著ZnO-N Ps濃度的升高而逐漸增大。對樣本進行不同水平上的群落結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn):Methanomicrobia是古菌生物群落中的最優(yōu)勢菌群,Methanobacteria和Thermoplasmata是次優(yōu)勢菌群,隨著ZnO-NPs濃度的升高Methanom icrobia的豐度分別下降10.87%、13.44%、21.65%,從而導(dǎo)致系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷效率下降;在無ZnO-NPs系統(tǒng)Clostridia,Anaerolineae,Bacteroidia是優(yōu)勢細菌菌群,當(dāng)ZnO-N Ps的濃度為30,90,150mg/g-VSS時,Clostridia含量分別為13.11%、20.61%、12.29%,Bacteroidia的群落占有量分別為9.75%、14.92%、16.14%,的群落占有量分別為18.89%、11.54%、3.62%,這說明ZnO-NPs能促進Clost ridia和Bacteroidia的活性,而對Anaerolineae門的厭氧蠅菌屬在產(chǎn)甲烷生物系統(tǒng)中降解大分子化合物具有抑制作用。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋅納米顆粒(ZnO-NPs) 納米毒理學(xué) 污泥厭氧消化 微生物群落
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題來源和背景10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題背景10-11
• 1.2 納米材料在環(huán)境中的來源及應(yīng)用11-15
• 1.2.1 納米材料在環(huán)境中的來源及其進入環(huán)境的途徑11-12
• 1.2.2 納米材料在環(huán)境中的應(yīng)用12-14
• 1.2.3 納米氧化鋅的概述14-15
• 1.3 納米顆粒的毒性效應(yīng)及致毒機理15-17
• 1.3.1 納米顆粒的毒性效應(yīng)15-16
• 1.3.2 致毒機理16-17
• 1.4 納米顆粒對污水/污泥處理系統(tǒng)影響的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4.1 納米顆粒在對污水處理系統(tǒng)的影響17-19
• 1.4.2 納米顆粒對污泥厭氧消化系統(tǒng)的影響19-21
• 1.4.3 ZnO-NPs對厭氧消化系統(tǒng)的影響21
• 1.5 研究目的、意義和內(nèi)容21-23
• 1.5.1 研究目的及意義21-22
• 1.5.2 研究內(nèi)容22-23
• 第2章 實驗材料與方法23-32
• 2.1 實驗材料與儀器23-25
• 2.1.1 化學(xué)試劑23-24
• 2.1.2 實驗儀器24
• 2.1.3 污泥來源24-25
• 2.2 實驗裝置與方驗方法25-27
• 2.2.1 實驗裝置25-26
• 2.2.2 實驗方法26-27
• 2.3 ZnO-NPs的表征方法27
• 2.4 測試項目與方法27-32
• 2.4.1 VAF的測定27-28
• 2.4.2 酶指標(biāo)的檢測28-29
• 2.4.3 微生物群落分析29-30
• 2.4.4 其他指標(biāo)的檢測30-32
• 第3章 ZnO-NPs對污泥厭氧消化機理研究32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 ZnO- NPs在污泥中的形貌分析及去向研究32-34
• 3.2.1 ZnO-NPs在污泥中的形貌分析32-33
• 3.2.2 ZnO-NPs在污泥中的去向分析33-34
• 3.3 ZnO- NPs對厭氧消化水解酸化的影響34-36
• 3.3.1 ZnO-NPs對溶解性組分的影響34-35
• 3.3.2 ZnO-NPs對產(chǎn)氣組分的影響35-36
• 3.4 ZnO- NPs對污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷階段的影響36-41
• 3.4.1 ZnO-N Ps對產(chǎn)氣效果的影響36-38
• 3.4.2 ZnO-NPs對污泥有機物降解效率及組分的影響38-39
• 3.4.3 ZnO-NPs對污泥減量效果的影響39-41
• 3.5 ZnO- NPs對污泥厭氧消化各階段酶活性的影響41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-44
• 第4章 ZnO-NPs對污泥厭氧消化系統(tǒng)微生物群落的影響44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 微生物群落豐度及多樣性分析44-46
• 4.3 微生物群落差異性分析46-48
• 4.4 微生物群落結(jié)構(gòu)變化分析48-54
• 4.4.1 古菌群落結(jié)構(gòu)變化48-51
• 4.4.2 細菌群落結(jié)構(gòu)變化51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻58-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果66-68
• 致謝68

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本文編號：854974