當外源氮逐步得到控制后,底泥中內(nèi)源氮的釋放也是造成水體污染的重要污染源。連續(xù)曝氣技術(shù)是現(xiàn)今水體修復的主要方式,雖然曝氣技術(shù)實現(xiàn)了氮的硝化過程使氨氮明顯降低,但是忽略了反硝化而使水體中總氮和硝態(tài)氮含量仍較高。該論文采集十五里河上覆水和底泥,通過間歇曝氣的方式實現(xiàn)內(nèi)源氮的釋放及短程硝化反硝化的生物脫氮。采用分子生物學方法,主要分析間歇曝氣短程生物脫氮過程中微生物群落組成及功能微生物,并分析對微生物群落及氮轉(zhuǎn)化功能基因豐度影響的主要環(huán)境因素。采用近紅外光譜法研究間歇曝氣過程中氮轉(zhuǎn)化及氮指標的快速檢測,主要研究結(jié)果如下:1.應用間歇曝氣法研究受污染河流的氮的釋放及轉(zhuǎn)化規(guī)律。間歇曝氣實驗結(jié)果表明:上覆水曝氣階段,氨氮濃度逐漸降低,亞硝酸鹽濃度逐漸升高,上覆水曝氣階段發(fā)生了明顯的短程硝化作用;上覆水停止曝氣階段,氨氮因底泥釋放表現(xiàn)為逐漸上升,而亞硝酸鹽氮逐漸因短程反硝化而減少,上覆水停止曝氣階段發(fā)生了明顯的短程反硝化作用;而整個間歇曝氣期間,硝酸鹽氮變化穩(wěn)定且濃度變化范圍較小(0～0.38 mg/L);總氮濃度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。反復間歇曝氣有利于河流上覆水短程硝化反硝化生物脫氮。2.采用分子生物學方法研究間歇曝氣過程中微生物群落結(jié)構(gòu)及微生物多樣性,并采用冗余分析法和變差分解法分析對微生物群落及多樣性影響的主要環(huán)境因子。上覆水微生物群落結(jié)構(gòu)研究表明,在短程硝化階段,上覆水中Comamonas(叢毛單胞菌屬)發(fā)揮了重要的短程硝化功能。在短程反硝化過程中,上覆水中的短程反硝化菌的特征菌較少,對脫氮貢獻不大。冗余分析表明,DO、pH和FA對上覆水短程硝化階段微生物種群結(jié)構(gòu)的變化的影響最大,DO、pH、FA、NH4+是上覆水短程反硝化階段對微生物種群結(jié)構(gòu)的變化影響較大的因素。底泥微生物多樣性分析表明,在短程硝化階段,底泥中的短程硝化功能菌在門水平上可能存在,在綱和屬水平未發(fā)現(xiàn)明顯的短程硝化功能菌。而在短程反硝化過程中,底泥中Thauera菌屬是實現(xiàn)河流短程生物脫氮的主要微生物。冗余分析表明,水質(zhì)理化因子DO和pH對底泥短程硝化階段微生物種群分布的影響均較大。pH和N02-對短程反硝化階段微生物種群分布的影響均較大。3.采用PCR熒光定量法研究底泥中氮轉(zhuǎn)化功能基因?qū)恿魃细菜g歇曝氣環(huán)境變化的響應規(guī)律。采用冗余分析法分析反應過程中對底泥功能基因影響的主要環(huán)境因子。采用皮爾森相關(guān)性分析氮轉(zhuǎn)化功能基因與底泥化學指標的關(guān)系。PCR熒光定量分析表明,短程硝化階段,底泥中氨氧化功能基因amoA呈現(xiàn)明顯的增長趨勢,表明較強的短程硝化功能。而硝化功能基因nxr變化趨勢不大,且變化趨勢不顯著的,說明亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化成的硝酸鹽氮較少。短程反硝化階段,功能基因nirK和nirS呈現(xiàn)明顯增加趨勢,cnorB也呈現(xiàn)較明顯的增加趨勢,說明由亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮的量明顯較多,一氧化氮向一氧化二氮轉(zhuǎn)化也較明顯。底泥基礎化學指標及其與氮轉(zhuǎn)化功能基因的皮爾森相關(guān)性表明,在短程硝化階段亞硝酸鹽氮與nxr功能基因有顯著相關(guān)性(Pearson相關(guān)性:r=0.924),而且 DO 與 Archaeal-amoA、Bacterial-amoA、nirS 有顯著相關(guān)性(Pearson 相關(guān)性:r=0.909;r=0.934;r=-0.917)。短程反硝化階段 NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN、C:N及TOC與多種氮轉(zhuǎn)化功能基因具有顯著相關(guān)性。冗余分析和變差分解分析表明,短程硝化階段DO、NH4+-N和C:N是影響短程硝化階段底泥功能基因轉(zhuǎn)化的主要因素。而短程反硝化階段DO、NO2--N和TOC是影響底泥功能基因轉(zhuǎn)化的主要因素。4.氮的及時檢測是控制間歇曝氣工藝穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵。為克服傳統(tǒng)化學檢測方法耗時、耗,藥且產(chǎn)生二次污染等缺陷,采用綠色快捷的近紅外光譜結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計學方法,即iPLS(間隔偏最小二乘法)、siPLS(組合間隔偏最小二乘法)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機建立總氮、氨氮和亞硝酸鹽氮含量的定量分析模型。研究結(jié)果表明,近紅外光譜結(jié)合不同的數(shù)理統(tǒng)計學方法所建立的快速分析模型均能進行對總氮、氨氮和亞硝酸鹽氮的含量進行檢測,其中siPLS方法所建立的氮指標的定量分析模型最精確,BP神經(jīng)網(wǎng)絡定量分析模型其次,再次是iPLS定量分析模型和支持向量機定量分析模型。論文對受污染河流上覆水間歇曝氣進行了上覆水短程生物脫氮研究。利用分子生物學手段開展了微生物群落組成特征及其對環(huán)境變化響應研究,進一步分析了底泥中氮轉(zhuǎn)化功能基因豐度及環(huán)境因素的相關(guān)關(guān)系。采用近紅外光譜法結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計學方法實現(xiàn)氮指標的快速表征。該研究豐富了對受污染河流短程生物脫氮中氮的循環(huán)機制的認知,并為受污染河流的有效治理及氮指標的檢測提供了技術(shù)參考。
【學位單位】：安徽大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．?２．１?Ｕｎｉｔｅ?ｏｆ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ??采用活塞式柱狀采樣器（ＫＨ０２０４）采集氮污染嚴重超標的ｔ五里河表層３０??ｃｍ的底泥并避光保存，同時采集上覆水，采樣點如圖２．２所示。把采集的底泥??和上覆水運回實驗室按１：３比例放入間歇曝氣反應器。??該實驗進行了?１３８?ｄ，探索間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化功能微生物種群、豐度及??其對環(huán)境因子的響應，揭示間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化的新機制。并探索間歇曝氣條??件下氮轉(zhuǎn)化規(guī)律及基于近紅外光譜法氮的快速無污染檢測方法；實驗初期階段為??２５??

＿?懦動泵??圖２．１?＿歇曝ｚ〔實驗裝置??Ｆｉｇ．?２．１?Ｕｎｉｔｅ?ｏｆ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ??采用活塞式柱狀采樣器（ＫＨ０２０４）采集氮污染嚴重超標的ｔ五里河表層３０??ｃｍ的底泥并避光保存，同時采集上覆水，采樣點如圖２．２所示。把采集的底泥??和上覆水運回實驗室按１：３比例放入間歇曝氣反應器。??該實驗進行了?１３８?ｄ，探索間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化功能微生物種群、豐度及??其對環(huán)境因子的響應，揭示間歇曝氣條件下氮轉(zhuǎn)化的新機制。并探索間歇曝氣條??件下氮轉(zhuǎn)化規(guī)律及基于近紅外光譜法氮的快速無污染檢測方法；實驗初期階段為??２５??

??和１３０￣１３５ｄ為曝氣期，其余為停止曝氣期。各種氮指標的變化如圖２．３所示。??從圖２．３可以看出，在穩(wěn)定期間（１２ｄ），底泥中的氨氮持續(xù)向上覆水釋放，??導致上覆水中氨氮濃度整體呈現(xiàn)上升趨勢，最終氨氮濃度從３７．９７?ｍｇ／Ｌ上升到??最大值為４５．０４?ｍｇ／Ｌ�？偟w也呈現(xiàn)上升趨勢，從３８．６０?ｍｇ／Ｌ上升至４５．４５??ｍｇ／Ｌ；而該階段亞硝酸鹽氮呈現(xiàn)微弱的增長趨勢，其濃度從０．１０２?ｍｇ／Ｌ上升至??１．００?ｍｇ／Ｌ，硝酸鹽氮則基本沒有變化，其濃度范圍在０？０．００７?ｍｇ／Ｌ。綜上，在??穩(wěn)定期間，總體表現(xiàn)為氨氮和總氮表現(xiàn)為明顯的增長趨勢，而亞硝酸鹽氮和硝酸??鹽氮變化趨勢不明顯，主要是因為穩(wěn)定期反應器環(huán)境處于厭氧或缺氧的環(huán)境，基??本沒有發(fā)生亞硝化和硝化反應。??６０１???？？?＊?１Ｎ??■Ｔ５０＇?？?ＮＨ；－Ｎ??４０?？?＂?．?ＮＯ；－Ｎ??￡?Ｖ??ｃ?、?＼?ＮＯ．－Ｎ??．２?３０??Ｉ?、、．＇？？、？＇?？??Ｉ２０－?＇？、?．??Ｑ?＇〇■?＇？?一？）、．．廣??０?’??０?１５?３０?４５?６０?７５?９０?１０５?１２０?１３５??Ｔｉｍｅ?（ｄ）??圖２．３?Ｎ歇曝條件丨、＇氮的轉(zhuǎn)化??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｉｎｏｒｇａｎｉｃ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ?ａｅｒａｔｉｏｎ??從圖２．３可以看出
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡曉東,張剛;兩級間歇曝氣法處理農(nóng)藥廢水工藝的應用研究[J];廣州大學學報(自然科學版);2003年02期

2 喻文熙,高廷耀;連續(xù)流間歇曝氣工藝研究[J];中國給水排水;1997年04期

3 羅固源,周健,吉方英;間歇曝氣連續(xù)進出水一池系統(tǒng)處理城市污水[J];環(huán)境導報;1998年01期

4 岑運華;;一種新的活性污泥法——環(huán)游式間歇曝氣法脫氮工藝[J];污染防治技術(shù);1992年04期

5 羅固源,周健,吉方英,劉國濤,何強;組合式間歇曝氣系統(tǒng)處理城市污水試驗研究[J];環(huán)境保護;1997年12期

6 何恒海;邢學娟;;水解酸化/曝氣—間歇曝氣工藝處理樹脂廢水[J];工業(yè)水處理;2007年10期

7 崔明燦,洪明子,孫東,劉景明;厭氧及二級交互間歇曝氣工藝處理生活污水方案設計及運行[J];吉林化工學院學報;2003年03期

8 鄭鍇,荀麗麗,馬文臣,劉光全,蘇燕京;利用連續(xù)-間歇曝氣工藝處理生活污水的試驗研究[J];油氣田環(huán)境保護;2003年03期

9 羅固源,劉智剛;無回流間歇曝氣系統(tǒng)總磷去除的實驗分析[J];重慶建筑大學學報;1999年06期

10 崔明燦,洪明子,孫東,劉金義,劉景明;厭氧及二級交互間歇曝氣脫氮新工藝[J];吉林化工學院學報;2004年02期

相關(guān)博士學位論文 前5條

1 黃健;間歇曝氣條件下河流內(nèi)源氮轉(zhuǎn)化及微生物機制[D];安徽大學;2018年

2 劉禮祥;城市污水處理連續(xù)流一體化生物反應器工藝研究與能效分析[D];華中科技大學;2007年

3 陸謝娟;低C/N比污水間歇曝氣MBR脫氮研究[D];華中科技大學;2010年

4 Wesley Kipkemoi Kirui;硝基苯在水平潛流人工濕地中的降解規(guī)律及途徑研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2015年

5 湯顯強;人工潛流濕地凈化富營養(yǎng)化水體試驗研究[D];南開大學;2009年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 董寶剛;間歇曝氣序批式反應器處理養(yǎng)豬沼液的特性研究[D];上海師范大學;2016年

2 趙亞鵬;自控間歇進水雙區(qū)串聯(lián)曝氣反應器處理生活污水的研究[D];青島理工大學;2015年

3 徐興;間歇曝氣一體化懸浮填料床—垂直流人工濕地處理農(nóng)村生活污水的試驗研究[D];揚州大學;2014年

4 朱建軍;完全混合式連續(xù)進出水間歇曝氣工藝的仿真研究[D];重慶大學;2004年

5 程志鵬;缺氧濾池—連續(xù)流間歇曝氣活性污泥一體化反應器試驗研究[D];重慶大學;2004年

6 鄧長慧;一體化間歇曝氣活性污泥法處理生活污水的試驗研究[D];青島理工大學;2008年

7 孫武堂;間歇曝氣生態(tài)膜反應器處理生活污水工藝特性研究[D];暨南大學;2009年

8 趙娟;連續(xù)流間歇曝氣工藝作缺氧變速生物濾池后處理的試驗研究[D];重慶大學;2001年

9 夏夕娟;間歇曝氣完全混合活性污泥反應器試驗研究[D];青島理工大學;2009年

10 汪作煒;間歇曝氣MBR中短程硝化系統(tǒng)啟動及脫氮研究[D];華中科技大學;2011年

本文編號：2885622