本文關(guān)鍵詞：自養(yǎng)異養(yǎng)反硝化協(xié)同修復(fù)地下水硝酸鹽氮污染的研究

  更多相關(guān)文章： 地下水污染 硝酸鹽治理 緩釋碳材料 協(xié)同反硝化 微生物群落

【摘要】：目前,地下水硝酸鹽氮的污染已嚴(yán)重影響到世界上眾多國家和地區(qū)人們的生活,我國是工農(nóng)業(yè)大國,且正處在快速發(fā)展的發(fā)展中國家階段,我國的硝酸鹽污染尤其嚴(yán)重,受硝酸鹽污染的水體不僅會危害人類的健康,誘發(fā)癌癥,同時制約著我國工農(nóng)業(yè)的發(fā)展。生物反硝化法是相比物理化學(xué)法更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法,但是,不足的有機(jī)碳源一直是限制我國異養(yǎng)反硝化的脫氮效果的。針對此問題,本研究從以下兩方面解決:一是利用秸稈、聚乙烯醇(PVA)、纖維素酶等原材料制備出一種具有緩釋功能的新型碳材料,并研究了其抗壓性能、結(jié)構(gòu)性能和釋碳性能;二是建立了電極生物膜反應(yīng)器,并向反應(yīng)器中投加上述釋碳材料,使其形成自養(yǎng)異養(yǎng)協(xié)同修復(fù)受硝酸鹽污染的地下水。本研究以秸稈、聚乙烯醇(PVA)、五種淀粉酶為原料,按正交試驗(yàn)把原材料按不同配比分為5組,采用凝膠成型法工藝,經(jīng)過預(yù)處理、溶液共混、注入模具、冷凍成型四個階段,共制備出了5組28種釋碳材料。使用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)對材料進(jìn)行力學(xué)測試,結(jié)果表明釋碳材料中秸稈與PVA能夠較好的混合,抗壓性能約為1066.67KN/m2,能夠滿足地下水中對材料的壓力,且PVA含量越高,抗壓性越強(qiáng);以掃描電子顯微鏡(SEM)對材料表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,結(jié)果表明PVA作為骨架材料把秸稈包裹成固定的形狀,兩種物質(zhì)的相容性良好,并且隨著兩種物質(zhì)含量的變化,材料的表面結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出一種逐漸變化的趨勢;秸稈含量越高,材料的釋碳量越高,且當(dāng)材料添加劑為纖維素酶時,材料釋碳性能最好。通過材料配比的正交試驗(yàn)表得出在制備釋碳材料過程中,對釋碳量的影響程度為秸稈:PVA添加劑添加劑量;通過對常溫下釋碳材料的靜態(tài)釋放數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,最終得到該材料釋碳的動力學(xué)公式為k值越高,材料釋碳性能越好。本研究的自養(yǎng)反應(yīng)階段結(jié)果表明:NO3ˉ-N去除率隨著電流強(qiáng)度增大是先升高后降低。當(dāng)電流在150m A時,NO3ˉ-N去除率達(dá)到最大,去除率為27.5%,脫氮效果最佳;不同進(jìn)水濃度對反硝化脫氮效果有一定的影響,試驗(yàn)過程中,隨著進(jìn)水NO3ˉ-N濃度的提高,NO3ˉ-N去除率下降,且NO2ˉ-N濃度也相應(yīng)增加。當(dāng)進(jìn)水濃度超過30mg/L時,脫氮率迅速下降;水力停留時間對反硝化影響明顯,在一定范圍內(nèi),HRT越長,NO3ˉ-N去除率越高,NO2ˉ-N積累減少。但是從經(jīng)濟(jì)方面考慮,確定12h為自養(yǎng)階段最佳水力停留時間。自養(yǎng)異養(yǎng)協(xié)同反應(yīng)階段結(jié)果如下:水力停留時間過短或過長都會限制反應(yīng)器NO3ˉ-N的去除效果,且水力停留時間過長會造成NO2ˉ-N的積累。在HRT為8h時,NO3ˉ-N的去除率最高,可達(dá)98.8%;由于受到產(chǎn)氫不足或“氫抑制現(xiàn)象”的作用,電流過大或過小都會使NO3ˉ-N的去除效果不佳和產(chǎn)生NO2ˉ-N的積累現(xiàn)象。在處理模擬地下水試驗(yàn)時,50m A的電流強(qiáng)度是最理想,此時的NO3ˉ-N去除率為90%,且無明顯NO2ˉ-N的積累現(xiàn)象;溫度是通過影響反應(yīng)器中反硝化菌來影響反硝化效果的,溫度過高或過低都會影響菌內(nèi)酶的活性,繼而影響NO3ˉ-N的去除率以及NO2ˉ-N的積累,考慮到經(jīng)濟(jì)成本及出水質(zhì)量,本試驗(yàn)將溫度設(shè)為30℃,此時的去除率為84.3%;隨著進(jìn)水濃度的增大NO3ˉ-N的去除率緩慢減小,且逐漸產(chǎn)生NO2ˉ-N的積累現(xiàn)象,試驗(yàn)NO3ˉ-N初始濃度為30mg/L。對取自復(fù)合系統(tǒng)的兩個樣品進(jìn)行高通量測序,發(fā)現(xiàn)兩個樣品測序結(jié)果中的Coverage指數(shù)都在0.999以上,測序結(jié)果真實(shí)。由Shannon和Simpson指數(shù)值可知自養(yǎng)異養(yǎng)的反硝化菌種沒有單純的異養(yǎng)反硝化菌種多樣性豐富。自養(yǎng)異養(yǎng)接觸面的碳材料樣品中檢測到12個菌門,其中變形菌門(Proteobacteria)所占比重最大,在樣品中的豐度為98%,樣品中的第二大優(yōu)勢菌門是擬桿菌門(Bacteroidetes),在樣品中所占比例為1.06%。樣品中假單胞菌科(Pseudomonadaceae)和鞘脂單胞菌科(Sphingomonadaceae)為主要優(yōu)勢菌科,所占比重分別為48.08%和22.7%。假單胞菌屬(Pseudomonas)在屬類中的豐度值最大,可達(dá)37.4%,其是比較普遍的一種反硝化菌屬。樣品中的第二大菌屬為鞘氨醇單胞菌屬(Sphingobium),所占比例為15.07%。
【關(guān)鍵詞】：地下水污染 硝酸鹽治理 緩釋碳材料 協(xié)同反硝化 微生物群落
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X523
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 地下水體硝酸鹽污染的原因13-15
• 1.1.2 硝酸鹽污染的危害15
• 1.2 硝酸鹽的去除方法15-20
• 1.2.1 物理處理技術(shù)16-18
• 1.2.2 化學(xué)還原法18
• 1.2.3 生物反硝化法18-20
• 1.3 國內(nèi)外對碳源材料的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.1 無機(jī)小分子碳源20
• 1.3.2 有機(jī)小分子碳源20-21
• 1.3.3 有機(jī)高分子碳源21
• 1.3.4 BDPs（可生物降解聚合物）類碳源21-22
• 1.4 電極生物反應(yīng)器22-24
• 1.4.1 電極生物膜法原理22-23
• 1.4.2 國內(nèi)外對電極生物反應(yīng)器的研究23-24
• 1.4.3 現(xiàn)階段地下水硝酸鹽污染處理技術(shù)中存在的問題24
• 1.5 本研究的目的和內(nèi)容24-26
• 第2章 緩釋碳源材料的制備26-38
• 2.1 材料的選擇26-29
• 2.1.1 釋碳材料26-27
• 2.1.2 骨架材料27-28
• 2.1.3 添加劑28-29
• 2.2 材料的制備方法29-33
• 2.2.1 螺旋擠壓成型法29-30
• 2.2.2 干燥成型法30
• 2.2.3 流延成型法30-31
• 2.2.4 射出成型法31
• 2.2.5 凝膠成型法31-33
• 2.3 材料的制備33-38
• 2.3.1 試驗(yàn)中的原材料與儀器設(shè)備33
• 2.3.2 預(yù)處理33-34
• 2.3.3 溶液共混34
• 2.3.4 注模成型34-35
• 2.3.5 材料成分配比35-38
• 第3章 釋碳材料的性能分析38-48
• 3.1 試驗(yàn)材料與方法38-40
• 3.1.1 試驗(yàn)材料38-39
• 3.1.2 試驗(yàn)方法39-40
• 3.2 性能分析結(jié)果與討論40-47
• 3.2.1 材料的力學(xué)分析40-41
• 3.2.2 材料的結(jié)構(gòu)特征分析41-43
• 3.2.3 材料的釋碳性能分析43-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第4章 電極生物膜法自養(yǎng)脫氮階段48-55
• 4.1 試驗(yàn)材料與方法48-50
• 4.1.1 試驗(yàn)材料48-50
• 4.1.2 微生物掛膜和馴化50
• 4.1.3 分析方法50
• 4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析50-54
• 4.2.1 電流大小對脫氮效果的影響50-52
• 4.2.2 進(jìn)水濃度對脫氮效果的影響52-53
• 4.2.3 水力停留時間（HRT）對反硝化的影響53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 第5章 自養(yǎng)異養(yǎng)協(xié)同復(fù)合系統(tǒng)脫氮研究55-68
• 5.1 試驗(yàn)材料與方法55-57
• 5.1.1 試驗(yàn)用水55-56
• 5.1.2 試驗(yàn)裝置與材料56
• 5.1.3 微生物掛膜和馴化方法56-57
• 5.1.4 試驗(yàn)根據(jù)57
• 5.2 試驗(yàn)指標(biāo)分析方法57-58
• 5.2.1 試驗(yàn)指標(biāo)57
• 5.2.2 硝酸鹽氮的測定57
• 5.2.3 亞硝酸鹽氮的測定57-58
• 5.2.4 氨氮的測定58
• 5.2.5 試驗(yàn)藥品及儀器設(shè)備58
• 5.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析58-66
• 5.3.1 水力停留時間59-61
• 5.3.2 電流強(qiáng)度61-64
• 5.3.3 進(jìn)水濃度64
• 5.3.4 溫度64-65
• 5.3.5 最佳參數(shù)試驗(yàn)65-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 第6章 自養(yǎng)異養(yǎng)協(xié)同復(fù)合系統(tǒng)微生物群落的分析68-78
• 6.1 研究方法68-69
• 6.1.1 樣品采集68
• 6.1.2 測序數(shù)據(jù)流程68-69
• 6.2 自養(yǎng)異養(yǎng)反硝化細(xì)菌群落分析69-72
• 6.2.1 測序數(shù)據(jù)分析方法與結(jié)果69-70
• 6.2.2 細(xì)菌群落分析70-72
• 6.3 自養(yǎng)異養(yǎng)反硝化菌的類別分析72-76
• 6.4 本章小結(jié)76-78
• 結(jié)論78-81
• 致謝81-82
• 參考文獻(xiàn)82-87
• 作者簡介87-88
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和研究成果88
• 在學(xué)期間參加的科研項(xiàng)目88-89

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：566494