本文關鍵詞：廢水反硝化脫硫工藝功能微生物分布規(guī)律及調控機制研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：制藥、印染、造紙等.行業(yè)生產過程中排放出.大量含硫含氮有機.廢水,協(xié)同消減.有機污染物.和含硫含氮污染物.的需求迫切。一些特定的.厭氧微生物.能夠利用硝酸鹽.作為電子受體,在反硝化的同時將硫化物氧化為.單質硫,同步實現(xiàn)COD、氮和硫的脫除和硫的回收(反硝化脫硫)。課題組前期研究針對含硫含氮有機廢水處理提出硫酸鹽還原.-反硝化脫硫-.氨氧化組合工藝,旨在有效處理.含硫含氮有機廢水.同時以單質硫的形式.回收水中的硫系污染物。本論文在此基礎上,采用模擬廢水針對組合工藝中的反硝化脫硫工藝單元,以連續(xù)攪拌式反應器(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)、膨脹顆粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed,EGSB)、厭氧折流板(Anaerobic Baffled Reactor,ABR)三種類型的反應器.作為反硝化脫硫裝置,探討并明確了反硝化脫硫工藝的優(yōu)化運行參數(shù),如碳源條件、碳氮硫比率、進水負荷以及硫酸鹽投加,同時,通過分析各類運行條件下系統(tǒng)內部各類功能菌群和基因的分布及表達,探討了反硝化脫硫系統(tǒng)內功能微生物的作用和運行機制,為反硝化脫硫工藝的實際運行提供理論基礎。為明確不同碳源供給情況下反硝化脫硫功能微生物的分布作用效果,研究首先探明了反硝化硫氧化細菌在有機碳源(乙酸鈉)、無機碳源(碳酸氫鈉)和混合碳源(乙酸鈉+碳酸氫鈉)的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)碳源顯著地影響著反硝化硫氧化細菌的分布和運行效果。其中混和碳源培養(yǎng)條件下中,Thauera和Arcobacter為核心菌屬;在無機碳源培養(yǎng)條件下,Thiobacillus為核心菌屬;在有機碳源培養(yǎng)條件下,Azoarcus和Pseudomonas為核心菌屬。其中混合碳源培養(yǎng)條件反硝化脫硫工藝運行穩(wěn)定,且單質硫回收率較高。反硝化脫硫工藝中微生物菌群的結構和多樣性受電子受體與電子供體比率的顯著影響。單質硫回收率又受到功能微生物豐度和活性影響,當硫氮比(S2--S/NO3--N)為5:6時,單質硫生成率最高(84.4%),此時系統(tǒng)中主要功能類群為Thiobacillus,Enterobacter,Stappia,Rhizobium和Thauera。其中Thiobacillus和Thauera具備硫氧化和反硝化功能。此條件下,功能基因nirK、sqr拷貝數(shù)達到最高較其余硫氮比(5:2、5:4、5:8、5:9),可確定反硝化脫硫工藝最佳硫氮比在5:6。進水負荷是影響工藝效果的另一個因素,研究考察了不同碳氮硫進水負荷條件下對反硝化脫硫系統(tǒng)的運行效能影響及微生物作用機制。發(fā)現(xiàn)當CO D,硝酸鹽,硫化物負荷分別為1.05/0.60/0.95 kg d-1m-3,HRT=24h時,出水中幾乎沒有單質硫生成,且出水中硫酸鹽較高(182 mg/L)。當進水負荷提高1倍后,COD去除率發(fā)生波動,然而很快恢復至90%的水平。高負荷時單質硫平均生成率為83.7%,且出水硫酸鹽較低(24 mg/L)。分析兩種負荷條件下反應器內不同高度的微生物群落結構發(fā)現(xiàn),條件I下,不同高度中的微生物差異度較大,其中Anaerolineaceae為優(yōu)勢菌屬;條件II中,不同高度中的微生物差異度較小,且Thauera和Azoarcus為優(yōu)勢菌屬。功能基因分析發(fā)現(xiàn),條件I中,功能基因nirk、sqr和sox基因在反應區(qū)上部無活性,相反在條件II下三種基因表達活性較高,說明進水負荷影響了DSR工藝的硫氧化的終產物的價態(tài)�；趯嶋H運行情況下反硝化脫硫單元易受硫酸鹽還原單元中未還原的硫酸鹽的影響,研究考察了在混合硫化合物體系中(硫化物、硫酸鹽)不同碳硫比(COD/SO_4~(2-))對系統(tǒng)的運行效能影響及微生物作用機制。當進水碳硫比為1時,反硝化脫硫系統(tǒng)出水硫酸鹽及硫代硫酸鹽含量較高,分別為139.6mg/L、48.2mg/L,單質硫含量為101.8mg/L。當進水碳硫比提高至3時,出現(xiàn)明顯的產甲烷現(xiàn)象,甲烷產量最高可達到5.4L/d,出水硫化物濃度達到270.1 mg/L,單質硫生成量為20.3 mg/L。當進水碳硫比恢復為1:1時,產甲烷現(xiàn)象消失,單質硫生成量逐漸提高。推測硫酸鹽共存條件下微生物代謝機制為:在硫代謝中,Desulfobulbus將硫酸鹽還原為硫化物,Sulfurovum則利用硝酸鹽將硫化物氧化為單質硫,有時Sulfurovum還將單質硫/硫化物氧化為硫酸鹽。Sulfurovum和Anaerolineaceae主要參與了反硝化過程。Anaerolineaceae、Desulfobulbus、Sulfurovum經厭氧發(fā)酵產生甲酸和二氧化碳,同時Anaerolineaceae還可以產氫。Methanobacterium利用甲酸、氫氣產生甲烷,Methanosaeta則直接利用種間電子傳遞產生甲烷。基于以上結果,依據功能微生物生態(tài)位不同,采用新型ABR型反應器調控功能微生物分布。ABR反應器設有四個隔室,硝酸鹽于反應器的第三個隔室注入。通過調整進水的硫氮比(SO_4~(2-)-S/NO3--N,5:2;5:5;5:8),發(fā)現(xiàn)硫氮比為5:5時反應器運行效果最優(yōu)。通過對不同隔室的微生物群落結構和功能基因表達分析,發(fā)現(xiàn)硝酸鹽抑制了第三、四隔室中的硫酸鹽還原過程,因此前兩個隔室主要發(fā)揮硫酸鹽還原功能,后兩個隔室主要發(fā)揮反硝化硫氧化功能,達到了基于微生物不同生物位調控功能微生物的豐度的目的。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703

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1 洪燮鑫;;新穎別致的微型多功能微生物培養(yǎng)箱[J];今日科技;1991年02期

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4 張春楊;張麗麗;;一株反硝化細菌的分離及其反硝化特性[J];安徽農業(yè)科學;2008年03期

5 胡朝松;李春強;劉志昕;于曉玲;孫建波;彭明;;海洋沉積物中反硝化細菌的分離鑒定及反硝化性能研究[J];環(huán)境科學研究;2009年01期

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7 方晶晶;馬傳明;劉存富;;反硝化細菌研究進展[J];環(huán)境科學與技術;2010年S1期

8 樊景鳳;陳佳瑩;陳立廣;關道明;;遼河口沉積物反硝化細菌數(shù)量及多樣性的研究[J];海洋學報(中文版);2011年03期

9 鄭福壽,陳紹銘;九龍江口和廈門市區(qū)沿岸水域反硝化細菌的分布[J];廈門大學學報(自然科學版);1984年04期

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本文編號：1312745