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复合固定化硝化细菌降解城市景观水体中的氨氮

2020-12-08阅读(318)

复合固定化硝化细菌降解城市景观水体中的氨氮

论文摘要

城市景观水体给人类提供了生存所必需的水资源,在人们的生产、生活中扮演着重要的角色。但由于城市化与工业化的急速推进以及人们对于水资源的不合理使用,导致了富营养化、水体萎缩、污染物含量超标等现象,给城市景观水体的资源保存和生态维护带来了巨大的威胁。在造成城市景观水体水质污染的诸多因素中,氨氮含量超标是最主要的原因之一。因此,通过实验研究,得到高效、便利、低成本的氨氮处理方式对恢复和保护景观水体的水质健康具有重要意义。基于此,本文采取固定化微生物技术,通过载体选取、性能测试及条件优化,探索了一种能有效应用于景观水体中氨氮处理的方法。具体研究内容及结论如下:1.固定化硝化菌小球制备条件的探索:以壳聚糖（chitosan,CS）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol,PVA）通过IPN（Interpenetrating Polymer Network）共混得到的产物为载体基质,分别添加二氧化硅、改性凹凸棒土、改性高岭土、人造沸石作为载体改性剂,通过正交实验确定了各固定化小球的最佳制备条件:（1）CS/PVA-SiO2:CS含量2.5%,PVA含量2.5%,二氧化硅含量0.4%,硝化菌含量2%;（2）CS/PVA-改性凹凸棒土:CS含量2.5%,PVA含量3%,改性ATP含量0.8%,硝化菌含量2%;（3）CS/PVA-改性高岭土CS含量:2.5%,PVA含量2.5%,改性高岭土含量0.6%,硝化菌含量2%;（4）CS/PVA-人造沸石:CS含量2.5%,PVA含量2.5%,人造沸石含量0.8%,硝化菌含量2%。四种小球交联剂配比均为:乙醇含量15%,硫酸钠含量1%,NaOH含量1%;交联时间均为4 h。2.固定化硝化菌小球理化性能的表征:对最佳制备条件下制备获得的固定化小球分别通过扫描电镜、X射线衍射及傅里叶红外光谱仪进行表征。结果显示:固定化小球的载体具有优良的孔隙和褶皱结构可供微生物附着生长,同时,共混载体中各组分的结晶度下降,稳定性上升,彼此之间通过氢键紧密连接,使得整体性能得以优化,具有良好的机械性能和可重复使用性能。3.固定化硝化菌小球应用研究:固定化小球在温度30℃,pH值为7,固液比为2g/100mL,碳氮比为2时,可达到对模拟景观得最高降解率。同时,以CS/PVA-SiO2固定化小球为研究对象,探究了其反应动力学,测得其动力学方程切合Monod方程,其动力学系数vmax=2.965×10-3mg·L-1·s-1,饱和常数KS=60.493mg·L-1,在氨氮浓度低于15mg/L时,氨氮实际降解速率与动力学模型所得结果误差率较低。4.固定化硝化菌小球降解性能评价:以游离菌的降解效果为平行对照,对比可得:各固定化小球的氨氮降解性能优异,CS/PVA-SiO2/改性凹凸棒土/改性高岭土/人造沸石的最高降解率均可达到93%以上,且对初始氨氮浓度、温度及pH的变化有着良好的抗逆性。其中,添加改性凹凸棒土的固定化小球对环境因子变化的适应性最好,其对高浓度氨氮的处理性能也更加优良,而添加改性高岭土的固定化小球对中低浓度氨氮表现出更为优异的处理效果。通过固定化小球的重复使用实验探究可得,各固定化小球均有着优良的重复使用性能,在重复使用6次时,其氨氮降解率仍能保持在84%以上。以自然景观水体中的含氮废水为降解对象,测得:经固定化硝化菌处理后水体中的氨氮含量均低于GB 3838-2002《地表水环境质量标准》的Ⅱ类水标准中对氨氮的限值,体现出了其具有良好的实用价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •     1.1.1 我国城市景观水体水质概况
  •     1.1.2 城市景观水体的污染源及主要污染物
  •       1.1.2.1 氨氮
  •       1.1.2.2 有机物
  •       1.1.2.3 总磷
  •       1.1.2.4 重金属
  •     1.1.3 微生物固定化技术概况
  •       1.1.3.1 固定化微生物技术的分类
  •       1.1.3.2 固定化微生物技术在水污染处理中的应用
  •   1.2 研究内容、技术路线及意义
  •     1.2.1 研究内容
  •     1.2.2 研究意义
  • 第二章 壳聚糖/PVA共混载体复合固定化硝化细菌的制备
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验材料与方法
  •     2.2.1 主要试剂与仪器
  •     2.2.2 相关试剂的配制
  •       2.2.2.1 纳氏试剂分光光度法相关溶液的配制
  •       2.2.2.2 亚甲基蓝原始溶液及工作溶液
  •       2.2.2.3 模拟景观水的配制
  •     2.2.3 具体分析测试方法
  •       2.2.3.1 氨氮含量的测定
  •       2.2.3.2 固定化小球物理性能的测定
  •       2.2.3.3 固定化小球的扫描电镜测试
  •       2.2.3.4 固定化小球的红外光谱（FTIR）测定
  •       2.2.3.5 固定化小球的X射线衍射（XRD）分析
  •     2.2.4 固定化小球的制备
  •     2.2.5 固定化小球制备条件的探索
  •     2.2.6 固定化小球制备条件的优化
  •   2.3 实验结果与分析
  •     2.3.1 固定化小球制备条件的探索
  •     2.3.2 固定化小球制备条件的优化
  •     2.3.3 固定化小球理化性能的表征
  •       2.3.3.1 固定化小球的物理性能参数
  •       2.3.3.2 固定化小球的形貌
  •       2.3.3.3 固定化小球的红外光谱分析
  •       2.3.3.4 固定化小球的X射线衍射分析
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 壳聚糖/PVA固定化小球的应用分析
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验材料与方法
  •     3.2.1 主要试剂与仪器
  •     3.2.2 实验方法
  •       3.2.2.1 固定化微生物小球最佳用量的确定
  •       3.2.2.2 环境因素的影响
  •       3.2.2.3 固定化小球氨氮降解的动力学模型
  •       3.2.2.4 固定化小球的重复使用效果
  •       3.2.2.5 固定化小球降解自然水体中的氨氮
  •   3.3 结果与分析
  •     3.3.1 固定化小球最佳用量的测定
  •     3.3.2 环境因素对固定化小球氨氮降解效果的影响
  •     3.3.3 固定化小球的脱氮动力学研究
  •     3.3.4 固定化小球的重复使用性能
  •     3.3.5 固定化小球降解自然水体中的氨氮
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 氨氮吸附材料对复合固定化载体的优化
  •   4.1 引言
  •   4.2 实验材料和方法
  •     4.2.1 主要试剂与仪器
  •     4.2.2 实验过程
  •       4.2.2.1 固定化小球的制备
  •       4.2.2.2 固定化小球理化性能的表征
  •       4.2.2.3 固定化小球的氨氮降解效果及影响因素分析
  •   4.3 结果与讨论
  •     4.3.1 固定化小球的制备
  •       4.3.1.1 PVA/CS-改性凹凸棒土固定化小球的制备
  •       4.3.1.2 PVA/CS-改性高岭土固定化小球的制备
  •       4.3.1.3 PVA/CS-人造沸石固定化小球的制备
  •     4.3.2 固定化小球理化性能的表征
  •       4.3.2.1 固定化小球的形貌
  •       4.3.2.2 固定化材料的红外光谱分析
  •       4.3.2.3 固定化小球的X射线衍射分析
  •     4.3.3 固定化小球的氨氮降解效果及影响因素分析
  •       4.3.3.1 初始氨氮浓度对固定化小球降解氨氮的影响
  •       4.3.3.2 温度对固定化小球降解氨氮的影响
  •       4.3.3.3 pH对固定化小球降解氨氮的影响
  •       4.3.3.4 固定化小球的重复使用性能
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间的学术成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 朱鹏程

    导师: 赵薇

    关键词: 壳聚糖,聚乙烯醇,固定化,景观水体,氨氮

    来源: 武汉大学

    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: 武汉大学

    分类号: X52;X172

    总页数: 83

    文件大小: 3566K

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