本文關(guān)鍵詞：反硝化型厭氧甲烷氧化微生物分布特征及其定向功能調(diào)控

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【摘要】：污水生物脫氮過(guò)程釋放大量的溫室氣體,特別是甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O),已成為溫室氣體(greenhouse gases,GHGs)的一個(gè)重要人為排放源。傳統(tǒng)的脫氮過(guò)程不但排放溫室氣體,造成二次污染,還存在運(yùn)行成本高等缺陷。新發(fā)現(xiàn)的亞硝酸鹽依賴型厭氧甲烷氧化(Nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,n-damo)過(guò)程,是利用CH4作為碳源進(jìn)行微生物脫氮的厭氧過(guò)程,此過(guò)程不產(chǎn)生N2O。N-damo過(guò)程實(shí)現(xiàn)了碳循環(huán)與氮循環(huán)之間的有機(jī)結(jié)合,使污水處理過(guò)程中GHGs的減排成為可能。N-damo過(guò)程主要是通過(guò)歸屬于NC10門的細(xì)菌Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)作用。然而,由于NC10門細(xì)菌存在增值速度慢和生長(zhǎng)環(huán)境要求苛刻等問(wèn)題,導(dǎo)致其在污水處理過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用和推廣受到限制。因此,本論文從探尋適宜接種源和優(yōu)化富集培養(yǎng)環(huán)境的角度出發(fā),開(kāi)展了 n-damo細(xì)菌的分布特征及其富集過(guò)程定向調(diào)控的研究。研究?jī)?nèi)容主要有三方面:(1)掌握n-damo細(xì)菌在中國(guó)北方的分布情況,明確影響其分布的主要控制因素;(2)考察碳源對(duì)n-damo細(xì)菌的氮遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響,并對(duì)n-damo過(guò)程在溫室氣體減排方面的貢獻(xiàn)進(jìn)行了評(píng)價(jià);(3)采用微生物技術(shù)手段,探究不同碳源條件下微生物脫氮的作用機(jī)制。取得的主要結(jié)論如下:(1)N-damo細(xì)菌在污水處理廠和農(nóng)田中普遍存在,但受微生物平均停留時(shí)間和環(huán)境特性的影響,在不同的生長(zhǎng)環(huán)境中分布狀況不同,較長(zhǎng)的微生物平均停留時(shí)間和低氨氮、高亞硝氮的環(huán)境更有利于n-damo細(xì)菌的生長(zhǎng)。農(nóng)田中n-damo細(xì)菌的豐度、活性以及多樣性都較高,在作為接種物富集n-damo細(xì)菌方面具有優(yōu)勢(shì)。(2)碳源對(duì)n-damo過(guò)程的脫氮效果有重要影響。添加乙酸鈉、甲醇和CO2/H2作為碳源,均實(shí)現(xiàn)了微生物脫氮,但有機(jī)碳源反應(yīng)器的亞硝氮去除率最高,約是無(wú)機(jī)碳源反應(yīng)器的1.3倍,而無(wú)機(jī)碳源反應(yīng)器的脫氮速率最高,約是有機(jī)碳源反應(yīng)器的1.4倍。這是因?yàn)闊o(wú)機(jī)碳源反應(yīng)器中的MLVSS濃度低而n-damo細(xì)菌活性較高的作用結(jié)果。(3)不同碳源條件下,n-damo過(guò)程的脫氮機(jī)制不同。添加三種碳源都成功富集了 NC10門細(xì)菌(50%),并且成為優(yōu)勢(shì)菌群,其中無(wú)機(jī)碳源反應(yīng)器中NC10門細(xì)菌的豐度最高,約是有機(jī)碳源的反應(yīng)器的4.73倍,但由于CH4的原位產(chǎn)生和消耗,導(dǎo)致n-damo過(guò)程是通過(guò)單一群落的NC10門細(xì)菌作用完成;添加乙酸鈉和甲醇的反應(yīng)器中nosZ基因豐度最高,并且計(jì)算發(fā)現(xiàn)有13.1%和12.2%的亞硝氮是通過(guò)異養(yǎng)反硝化過(guò)程去除的;基于mcrA基因的定量,證明添加除CH4外的碳源,n-damo過(guò)程需要由NC10門細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同作用完成。(4)在脫氮過(guò)程中引入n-damo過(guò)程能夠有效減少GHGs排放,特別是N2O的釋放。所有反應(yīng)器中N2O-N轉(zhuǎn)化率在0.03%-0.11%的范圍內(nèi),與其他污水處理工藝相比,n-damo過(guò)程至少縮小了 5倍,這是由于在n-damo反應(yīng)機(jī)理中,一氧化氮(NO)被直接轉(zhuǎn)換為氮?dú)?N2),沒(méi)有中間產(chǎn)物N20生成;同時(shí),綜合考慮CH4和N2O的釋放,無(wú)機(jī)碳源反應(yīng)器產(chǎn)生的溫室潛能(Global Warming Potential,GWP)僅為有機(jī)碳源反應(yīng)器的四分之一。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X703;X172

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1 王壣，

本文編號(hào)：1279501