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反硝化聚磷菌和聚糖菌培养及内碳源反硝化特性研究

2020-12-02阅读(479)

反硝化聚磷菌和聚糖菌培养及内碳源反硝化特性研究

论文摘要

反硝化聚糖菌是一类和反硝化聚磷菌代谢过程相似的具有反硝化能力的聚糖菌,在厌氧段能够吸收有机物合成PHB,在缺氧段能以PHB为能源物质、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体进行脱氮,对系统内磷的去除没有贡献。反硝化聚糖菌（DGAOs）能把外碳源转化为内碳源驱动反硝化脱氮,如果将反硝化聚糖菌的这一特性应用于处理低碳氮磷比污水过程中,将有效解决传统工艺外加碳源、磷源这一缺点,因此开发利用内碳源,提高碳源的有效利用,对于提高系统的脱氮效率和降低水处理成本具有重要意义。本课题利用四个SBR反应器分别培养硝酸盐型、亚硝酸盐型反硝化聚磷菌（DPAOs）和硝酸盐型、亚硝酸盐型DGAOs,考察了不同进水C/N比、不同电子受体、外碳源等因素对微生物脱氮除磷的影响,分析内碳源转化情况及N20释放情况,对系统内微生物群落进行检测分析,主要结论如下:接种具有脱氮除磷性能的活性污泥,采用厌氧/好氧、厌氧/缺氧/好氧及厌氧/缺氧三种模式经过5个阶段的培养,成功培养出硝酸盐型、亚硝酸盐型DPAOs和硝酸盐型、亚硝酸盐型DGAOs。厌氧/好氧交替环境的存在是DPAOs和DGAOs具有反硝化除磷或内碳源反硝化能力的前提。培养的亚硝酸盐型DPAOs在缺氧段初始亚硝酸盐浓度为55 mg/L条件下,TN去除率95.6%,每吸收1 g磷酸盐需消耗1.4 g亚硝酸盐;亚硝酸盐型DGAOs在初始亚硝酸盐浓度25 mg/L的条件下,总氮去除率93.3%。本实验中,硝酸盐型、亚硝酸盐型DPAOs反硝化除磷反应最佳进水C/N 比分别为5和3.6,后者更能节省碳源。酸盐型DPAOs以亚硝酸盐为电子受体时吸磷受到抑制,而亚硝酸盐型DPAOs以硝酸盐为电子受体时反硝化除磷能力不受影响。DGAOs系统中,硝酸盐型、亚硝酸盐型DGAOs系统最佳C/N均为6;亚硝酸盐会抑制硝酸盐型DGAOs活性;亚硝酸盐型DGAOs在以硝酸盐为电子受体时反硝化速率有所提高;缺氧条件下没有磷酸盐的参与,DPAOs无法利用体内储存的PHA以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体进行高效反硝化,在无磷条件下系统总氮去除率均低于15%。缺氧段外碳源的存在会造成DPAOs和DGAOs系统中发生常规反硝化反应。反硝化除磷系统中外碳源存在会影响磷的去除;而DGAOs系统中发生的常规反硝化反应速率较内碳源反硝化效率更高,速率更快。内碳源转化方面,硝酸盐型、亚硝酸盐型DPAOs每消耗1 mg/L的COD合成PHB的量均为0.2 mg/（g·MLSS）,每消耗1 mg/（g·MLSS）的PHB合成糖原量分别为0.7mg/（g·MLSS）、0.8 mg/（g·MLSS）;厌氧段微生物体内PHB合成量随着进水C.N比的提高而提高,缺氧段投加外碳源后,由于常规反硝化反应对碳源的竞争造成合成PHB量减少,除磷效率下降。硝酸盐型、亚硝酸盐型DGAOs每消耗1 mg/L的COD合成PHB量分别为0.1 mg/（g·MLSS）和 0.2 mg/（g·MLSS）,每消耗 1 mg/（g·MLSS）的 PHB 合成糖原量均为0.7mg/（g·MLSS）;随着进水C/N 比的提高,厌氧段亚硝酸盐型DGAOs体内PHB合成量先增加而后基本不变。当缺氧段投加外碳源后主要发生常规反硝化反应,PHB合成量和降解量均下降。硝酸盐型DPAOs和亚硝酸盐型DPAOs在反硝化除磷过程中会出现N2O积累而后降解现象;硝酸盐型DGAOs在利用内碳源反硝化过程中基本没有N2O的积累,在有外碳源存在发生常规反硝化反应时出现N2O积累而后降解现象;亚硝酸盐型DGAOs内源反硝化和常规反硝化过程中均出现N2O释放量持续积累趋势,最高浓度为325.8 ng/ul。硝酸盐型、亚硝酸盐型DPAOs微生物群落具有一定的相似性,后者微生物群落较前者更为丰富。在门水平水上的优势菌群均为变形菌门,在纲水平上优势菌群为β-变形菌纲、γ-变形菌纲;硝酸盐型、亚硝酸盐型DGAOs微生物群落相似,门水平上的优势菌群均为变形菌门,纲水平上优势菌群为β-变形菌纲、γ-变形菌纲。采用厌氧/微氧SBR模式,将同时硝化反硝化和内碳源反硝化耦合,初步研究表明,微氧段无外碳源存在总氮去除率达到28.4%,说明系统内发生了利用内碳源同时硝化反硝化现象。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 反硝化除磷原理与技术
  •     1.1.1 反硝化除磷原理
  •     1.1.2 反硝化除磷工艺
  •   1.2 反硝化聚糖菌脱氮研究
  •     1.2.1 聚糖菌
  •     1.2.2 反硝化聚糖菌
  •   1.3 内碳源反硝化影响因素研究
  •     1.3.1 内碳源—胞内储存物质
  •     1.3.2 内碳源反硝化影响因素
  •   1.4 同步硝化反硝化及同步硝化反硝化除磷研究
  •     1.4.1 同步硝化反硝化
  •     1.4.2 同步硝化反硝化除磷工艺
  •   1.5 研究目的及主要内容
  •     1.5.1 研究目的
  •     1.5.2 主要研究内容
  • 第二章 实验材料与方法
  •   2.1 实验装置与用水
  •     2.1.1 母反应器SBR装置
  •     2.1.2 实验原水与接种污泥
  •   2.2 批次实验
  •     2.2.1 批次实验装置
  •     2.2.2 批次试验方法
  •   2.3 分析项目与检测方法
  •     2.3.1 水质指标检测方法
  • 2O检测方法'>    2.3.2 N2O检测方法
  •     2.3.3 微生物群落结构研究方法
  • 第三章 反硝化聚磷菌和反硝化聚糖菌培养
  •   3.1 反硝化聚磷菌培养
  •     3.1.1 宏观处理效果
  •     3.1.2 典型周期内各指标变化
  •   3.2 反硝化聚糖菌培养
  •     3.2.1 宏观处理效果
  •     3.2.2 典型周期内各指标变化
  •   本章小结
  • 第四章 反硝化聚磷菌和聚糖菌反硝化影响因素研究
  •   4.1 反硝化除磷影响因素研究
  •     4.1.1 进水C/N比对DPAOs影响
  •     4.1.2 电子受体对DPAOs影响
  •     4.1.3 无磷情况下系统运行状况
  •     4.1.4 外碳源对DPAOs影响
  •   4.2 聚糖菌反硝化影响因素研究
  •     4.2.1 进水C/N比对DGAOs影响
  •     4.2.3 电子受体对DGAOs的影响
  •     4.2.4 外碳源对DGAOs的影响
  •   本章小结
  • 2O产生情况'>第五章 内碳源转化及N2O产生情况
  •   5.1 反硝化聚磷菌内碳源转化情况
  •     5.1.1 典型周期内碳源转化情况
  •     5.1.2 进水C/N比对DPAOs内碳源转化影响
  •     5.1.3 常规反硝化竞争条件下内碳源转化情况
  •   5.2 反硝化聚糖菌内碳源转化情况
  •     5.2.1 典型周期内碳源转化情况
  •     5.2.2 进水C/N比对DGAOs内碳源转化影响
  •     5.2.3 常规反硝化竞争条件下内碳源转化情况
  • 2O产生情况'>  5.3 常规反硝化及内碳源反硝化N2O产生情况
  • 2O产生情况'>    5.3.1 DPAOs常规反硝化及内碳源反硝化N2O产生情况
  • 2O产生情况'>    5.3.2 DGAOs常规反硝化及内碳源反硝化N2O产生情况
  •   本章小结
  • 第六章 系统微生物群落分布
  •   6.1 反硝化聚磷菌微生物群落分布
  •     6.1.1 门水平优势微生物分析
  •     6.1.2 纲水平优势微生物分析
  •   6.2 反硝化聚糖菌微生物群落分布
  •     6.2.1 门水平优势微生物分析
  •     6.2.2 纲水平优势微生物分析
  •   本章小结
  • 第七章 利用内碳源同步硝化反硝化工艺初步研究
  •   7.1 硝酸盐型DPAOs同步硝化反硝化效果
  •   7.2 硝酸盐型DGAOs同步硝化反硝化效果
  •   本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘小芳

    导师: 郭海燕

    关键词: 内碳源反硝化,反硝化除磷,影响因素,电子受体

    来源: 大连交通大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

    单位: 大连交通大学

    分类号: X703;X172

    DOI: 10.26990/d.cnki.gsltc.2019.000150

    总页数: 76

    文件大小: 6848K

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