【摘要】：氮素是造成水體富營養(yǎng)化的主要因素之一,廢水生物脫氮技術方面的研究也一直是近年來的研究熱點。鹽分被認為是抑制脫氮效率的重要因素之一,尤其是工業(yè)、垃圾滲濾液和海水養(yǎng)殖等廢水的處理中尤為突出。目前有研究發(fā)現(xiàn)鹽分對短程硝化的生物脫氮過程產生重要影響,因此,系統(tǒng)研究鹽分在短程硝化脫氮工藝運行中不同反應濃度與氨氮轉化效率的關系以及鹽脅迫下的硝化規(guī)律、鹽分對生物膜結構特性和微生物種群結構的影響將對新型含鹽廢水脫氮工藝的開發(fā)有重要指導意義。本論文運用分子生物學的技術手段,結合硝化生物膜脫氮效率測定,重點研究自養(yǎng)與異養(yǎng)短程硝化生物膜脫氮效率與鹽分之間的關系,揭示鹽分脅迫對生物膜的結構特性與微生物種群結構的影響。主要研究結論如下:1、研究了自養(yǎng)、異養(yǎng)條件下短程硝化反應器的氨氮轉化和亞硝化規(guī)律,并對自養(yǎng)、異養(yǎng)條件下培養(yǎng)的短程硝化生物膜進行了表征。反應器經過6個月無鹽廢水的啟動與運行,自養(yǎng)、異養(yǎng)反應器在運行結束階段的氨氮轉化率和亞硝化率分別達到了 85%、88%及80%和86%;對生物膜進行的生化成分及結構分析結果表明,異養(yǎng)生物膜的總胞外多聚物(EPS)含量高于自養(yǎng)生物膜,兩種生物膜的蛋白質與多糖的比值(PN/PS)分別為0.96和0.69。EPS的三維熒光光譜(EEM)數(shù)據(jù)揭示了兩種不同生物膜EPS中類蛋白物質和腐殖質之間的比率差異,而激光共聚焦(CLSM)圖像分析顯示,自養(yǎng)、異養(yǎng)生物膜各成分在生物膜各部位的分布也存在明顯不同。2、在實驗室條件下開展了自養(yǎng)、異養(yǎng)生物膜在鹽分負荷沖擊下的硝化效率研究,并與經7個月鹽分梯度變化長期馴化的反應體系進行了對比分析。結果表明在鹽分負荷沖擊下,當鹽濃度分別為35g·NaCl·L~(-1)及45 g·NaCl·L~(-1)時,自養(yǎng)、異養(yǎng)短程硝化的氨氮轉化率分別為4.3%及4.1%,幾乎受到了完全地抑制;而經過長期馴化的反應體系,自養(yǎng)、異養(yǎng)反應器在鹽濃度為70 g·NaCl·L~(-1)時,氨氮轉化率分別為40%及28%,體系仍然具有一定的活性,且自養(yǎng)與異養(yǎng)短程硝化反應器在鹽濃度40g·NaCl·L~(-1)以下時,均實現(xiàn)了 75%以上的氨氮轉化率及80%以上的亞硝化率,表明自養(yǎng)、異養(yǎng)反應系統(tǒng)經過長期的鹽分馴化,均獲得了較高的耐鹽脅迫性能,且自養(yǎng)生物膜的耐鹽性能高于異養(yǎng)生物膜。3、系統(tǒng)分析了鹽分脅迫下的自養(yǎng)、異養(yǎng)短程硝化生物膜EPS成分,并利用掃描電鏡(SEM)及CLSM圖像對生物膜的外觀及結構進行解析。結果發(fā)現(xiàn)在鹽分脅迫下,自養(yǎng)生物膜的EPS總量隨鹽濃度增加先增大后降低,在鹽濃度為0、20、50、70 g·NaCl·L~(-1)時含量分別為112.60、136.18、129.07及61.43 mg·g~(-1)·VSS~(-1);而異養(yǎng)生物膜EPS含量在相應鹽濃度梯度下分別為171.75、151.17、128.2及81.79 mg·g~(-1)·VSS~(-1),呈現(xiàn)了與自養(yǎng)生物膜不同的變化規(guī)律。SEM及CLSM圖像分析顯示,自養(yǎng)膜和異養(yǎng)膜結構隨鹽濃度的增大而逐漸破碎化,膜密度降低,與溶液接觸界面的β-多糖減少,胞外DNA(eDNA)含量增加,細胞死亡及脫落,蛋白質、脂質、死細胞的含量和分布隨鹽濃度的增加在自養(yǎng)膜和異養(yǎng)膜中呈現(xiàn)了不同的變化,這些變化影響了生物膜的硝化特性,使自養(yǎng)、異養(yǎng)反應器在鹽分脅迫下表現(xiàn)出不同的性能。4、通過高通量測序對比分析了自養(yǎng)、異養(yǎng)短程硝化生物膜中好氧氨氧化菌(AOB)的種群豐度及構成。在無鹽條件下,歸屬β-亞綱的Nitrosomonas在兩種短程硝化生物膜中均具有最高的豐度,而兩種生物膜上占優(yōu)勢的菌屬在鹽濃度提高時出現(xiàn)了顯著差異,尤其在鹽濃度鹽濃度達到70g·NaCl·L~(-1)時,自養(yǎng)生物膜的優(yōu)勢菌屬為歸屬γ-亞綱的Nitrosococcus,其余菌屬含量有所降低;而異養(yǎng)生物膜的優(yōu)勢菌為Nitrosomonas,除了Nitrosococcus少量存在,其他的菌屬均無法檢出,異養(yǎng)體系生物膜的微生物多樣性消失,這一結果解釋了在70 g·NaCl·L~(-1)鹽濃度下,異養(yǎng)體系氨氮轉化率低于自養(yǎng)體系、受到較嚴重抑制的原因。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703

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本文編號：2415252