內生碳源利用反硝化濾池脫氮效能及微生物代謝特征研究

發(fā)布時間：2020-08-24 11:10

【摘要】：由于氮、磷等營養(yǎng)鹽含量過高,全國大部分城市的人工景觀水體面臨著較為嚴重的富營養(yǎng)化問題,以及由此而導致的水體景觀功能的喪失,這與人類對于改善居住環(huán)境以及提高生活質量的需求形成矛盾。而城市景觀水體一般具有低C/N的特性,因此依靠傳統(tǒng)的水處理工藝常常不能有效去除污染物,針對具有低碳高氮水質特征水體的處理方式又因為碳源不足及外加碳源增加成本和操作難度等問題的制約而發(fā)展緩慢。本研究中的內生碳源反硝化利用反應器,針對低碳高氮水脫氮過程中碳源不足的問題,通過對反應器進水方向的切換,使反應器內部各級生物量實現(xiàn)連續(xù)的“積累—利用”過程(內生碳源利用),實現(xiàn)在低碳條件下,利用內生碳源進行反硝化脫氮的目的。本文基于已穩(wěn)定運行兩年的內生碳源利用反硝化生物濾池,以反應器從F向進水切換至R向進水的一個完整運行周期為研究對象,對F向進水穩(wěn)定運行時期、R向進水穩(wěn)定運行時期及切換進水方向初期(過渡階段)三個時期的污染物去除效果、微生物代謝特征及生物群落演替規(guī)律進行了研究,主要內容如下:(1)對一個完整換向周期內反應器對硝氮、總氮、亞硝氮、COD_(Cr)、濁度的去除情況進行研究:在F向和R向進水期間,反應器對總氮和硝氮的去除率分別可達到35%及40%以上,亞硝氮進水濃度波動較大但出水均小于0.1 mg/L,去除率可達80%以上,COD_(Cr)在這兩個進水階段去除率在60%左右,進水濁度同樣波動較大但出水基本均在1 NTU以下,去除率可達85%以上;在反應器進水由F向變?yōu)镽向的過渡階段,由于運行條件改變對微生物的沖擊以及水流對后端(換向前進水端)生物膜的沖刷作用,反應器對各項水質指標的去除效果均有所下降,其中COD_(Cr)與濁度甚至會出現(xiàn)出水高于進水的情況,過渡期持續(xù)時間在20天左右;同時,在反應器運行的三個階段內,溶解氧的變化均呈現(xiàn)出逐級降低的趨勢,反應器后端溶解氧濃度低于0.5 mg/L;兩個進水方向穩(wěn)定運行期間反應器進水端生物量增加較快,而后端生物量在微生物對內生碳源利用下呈減少趨勢。(2)利用Biolog-ECO平板對三個時期各級微生物群落代謝特征進行分析,反應器各級微生物代謝反映于平板上的AWCD值(average well color development,即平均顏色變化率)隨著培養(yǎng)時間的變化整體呈現(xiàn)出前兩級低于后兩級的變化趨勢,且在換向過渡階段反應器各級AWCD值較F向和R向進水的穩(wěn)定運行階段有所降低,過渡期微生物代謝活性相對不高;前兩級微生物多樣性指數(shù)整體低于后兩級,過渡期微生物多樣性指數(shù)低于F向和R向進水穩(wěn)定運行期;在F向和R向進水穩(wěn)定運行期間,反應器第I級糖類利用占比最多,第III、IV級酸類利用占比最多,過渡階段各級碳源利用差異不明顯;結合DQ-fd圖走向來看,第I級微生物顯性底物為糖類,第II、III、IV級顯性底物為酸類且第III級DQ和fd值均最高,表明其對酸類物質的利用潛力和相關微生物豐度均最高;通過主成分分析從各級微生物已利用的Biolog-ECO板上的31種碳源中提取出三個主成分,第III級與PC1呈正相關且相關性最高,與PC3相關性低,第I級與PC1呈負相關且相關性高,PC1種占比最高的碳源為酸類物質,其對微生物群落代謝的空間分布有較為顯著的影響。(3)利用高通量測序技術對F向和R向穩(wěn)定運行階段內反應器各級微生物的功能及其在內生碳源反硝化中的作用進行分析,以門為分類單位時,Proteobacteria(變形菌)和Bacteroidetes(擬桿菌)作為反應器后端微生物的優(yōu)勢菌門占比可達70%以上;以屬為分類單位時,反應器后端的反硝化菌屬均略高于前端,反應器中水解發(fā)酵功能的菌屬和以酸類物質為主要碳源的菌屬在后端均有一定占比;反應器后端以Pseudomonas spp.(假單胞菌屬)為代表的菌屬在厭氧條件下易被降解釋放出有機質,從而作為反應器后半段厭氧菌的碳源,與反硝化菌屬協(xié)同作用完成內生碳源反硝化脫氮。
【學位授予單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

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