【摘要】： 由于氮素化合物能夠造成水體的富營養(yǎng)化，污水脫氮成為目前水處理領(lǐng)域的重要問題。然而傳統(tǒng)生物脫氮工藝普遍存在工藝流程長，占地面積大，運(yùn)行成本高等缺點。最近，一種極具應(yīng)用前景的新型單級自養(yǎng)脫氮技術(shù)被開發(fā)出來。該工藝在單一反應(yīng)器內(nèi)組合短程硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)，與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比大大降低了運(yùn)行成本。 本實驗實驗以包裹無紡布的多微孔炭管作為生物膜載體和供氧裝置的膜曝氣生物膜反應(yīng)器運(yùn)行基于短程硝化-厭氧氨氧化的單級自養(yǎng)脫氮工藝。啟動反應(yīng)器采用先培養(yǎng)馴化好氧氨氧化污泥，隨后再次接種成熟厭氧氨氧化污泥的方式。首先接種普通硝化污泥啟動反應(yīng)器，通過對膜內(nèi)腔壓力的適當(dāng)控制逐步降低反應(yīng)器溶解氧濃度，實現(xiàn)亞硝酸鹽的積累。然后再次接種取自升流式無紡布固定床反應(yīng)器富集培養(yǎng)的厭氧氨氧化污泥，使無紡布上形成好氧氨氧化菌與厭氧氨氧化菌穩(wěn)定共存的膜曝氣生物膜，從而實現(xiàn)單級自養(yǎng)生物脫氮。研究取得的主要結(jié)果如下： (1)采用升流式無紡布固定床生物膜反應(yīng)器可以對ANAMMOX菌接種物進(jìn)行有效的富集培養(yǎng)。經(jīng)過101 d的連續(xù)富集培養(yǎng)，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度由起始的470 mg L~(-1)培養(yǎng)至3118.4 mg L~(-1)。在穩(wěn)定運(yùn)行階段，反應(yīng)器平均進(jìn)水TN負(fù)荷分別為818．3 mg L~(-1)，在進(jìn)水NH_4~+-N濃度為200-250 mg L~(-1)時，TN去除率達(dá)到最大值63.8％。對培養(yǎng)的厭氧氨氧化污泥進(jìn)行掃描電鏡觀察顯示，污泥中大部分為球狀細(xì)菌，并且聚集成類似花椰菜狀的聚集體。 (2)利用PCR、克隆、熒光原位雜交和實時熒光PCR等微生物分子生態(tài)學(xué)實驗技術(shù)對實驗室富集培養(yǎng)的ANAMMOX污泥中主要的功能性菌群進(jìn)行研究�？寺〗Y(jié)果顯示，富集培養(yǎng)的ANAMMOX污泥中含有兩類細(xì)菌，其中一種的16S rDNA基因序列與已經(jīng)報道的ANAMMOX細(xì)菌KSU-1(Genbank ID：AB057453.1)的基因序列十分相似，相似性＞98％；另一種的16S rDNA序列與已經(jīng)報道的ANAMMOX細(xì)菌Uncultured Planctomycetes bacterium gene for 16S rRNA(Genbank ID：AB176696.1)的基因序列最相近，相似性達(dá)到100％。用特異性探針PLA46對ANAMMOX污泥進(jìn)行熒光原位雜交分析，結(jié)果顯示，Planctomycetes類ANAMMOX細(xì)菌是實驗室培養(yǎng)的ANAMMOX污泥中的主要功能性細(xì)菌。實時熒光定量PCR結(jié)果表明，1μl樣品DNA模板中含有6.32×104~個真細(xì)菌的基因拷貝，含有1.58×10~4個Planctomycetes細(xì)菌的基因拷貝，Planctomycetes細(xì)菌占全部細(xì)菌的45％-60％。 (3)實驗中，采用包裹無紡布的多微孔炭管為膜組件的MABR成功的運(yùn)行了基于短程硝化-厭氧氨氧化的單級自養(yǎng)脫氮工藝。在TN容積負(fù)荷為960 mg L~(-1)d~(-1)，HRT為6 h，曝氣膜內(nèi)腔壓力為0.015 Mpa，反應(yīng)器溫度35℃，pH值為7.8的條件下，容積總氮去除率可以達(dá)到0.766 kg N m~(-3) d~(-1)。 (4)膜曝氣生物膜的批式實驗結(jié)果顯示，好氧氨氧化反應(yīng)主要發(fā)生在靠近曝氣膜壁側(cè)的生物膜內(nèi)，厭氧氨氧化反應(yīng)主要發(fā)生在靠近水體側(cè)的生物膜內(nèi)。 (5)用特異性探針EUB338 plus，NSO190，AMX820和PLA46對膜曝氣生物膜進(jìn)行熒光原位雜交，結(jié)果顯示，膜曝氣生物膜內(nèi)存在明顯的分層現(xiàn)象，生物膜內(nèi)結(jié)合探針NSO190的好氧氨氧化菌主要分布在生物膜內(nèi)靠近曝氣膜／生物膜交界面的好氧區(qū)域，而結(jié)合探針AMX820和PLA46的ANAMMOX菌則主要分布在生物膜內(nèi)靠近水體側(cè)的缺氧或厭氧區(qū)域。這種以好氧氨氧化菌為主體的好氧層和以ANAMMOX菌為主體的厭氧層共同存在的生物膜分層結(jié)構(gòu)，使兩個微生物群落間在合作共生、代謝平衡，從而實現(xiàn)單級自養(yǎng)生物脫氮。 (6)利用特異性引物的巢式PCR(Nested-PCR)和DGGE對不同運(yùn)行階段的膜曝氣生物膜上的氨氧化菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。結(jié)果表明，氨氧化菌群的DGGE條帶在不同時期形狀不同，揭示氨氧化菌群結(jié)構(gòu)隨著反應(yīng)器溶解氧濃度的逐漸降低而發(fā)生變化。在穩(wěn)定運(yùn)行單級自養(yǎng)脫氮工藝的MABR系統(tǒng)中，膜曝氣生物膜內(nèi)氨氧化菌群的種類不是很豐富，第101 d的生物膜樣品的DGGE共含有三個明顯的條帶。切膠后測序顯示，三個條帶所代表的細(xì)菌和已報道的Nitrosomonas菌屬的基因序列具有極高的相似性(＞99％)；另一方面，巢式PCR(Nested-PCR)和DGGE對不同運(yùn)行階段的膜曝氣生物膜上的ANAMMOX菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究顯示，氨氧化菌群的DGGE條帶在不同時期形狀相似，揭示ANAMMOX菌群結(jié)構(gòu)隨反應(yīng)器運(yùn)行變化不大。在第101 d的生物膜樣品的DGGE共含有兩個明顯的條帶，它們所代表的細(xì)菌和已報道的Planctomycetes狀菌的基因序列具有極高的相似性(＞97％1。
【圖文】：

其他已知的微生物，它們是厭氧化能為氮氣，輕氨和臍被證明是重要的中間氏陰性的不發(fā)光的球形細(xì)菌，在電鏡則形態(tài)的細(xì)胞，就可以通過大量的超菌具有上述描述的形態(tài)。中缺乏膚聚糖[’“]，具有蛋白質(zhì)的S層，單一雙分子層(膜)，即厭氧氨氧化體(an~oxosome分為3個部分:①外embrane)，PP質(zhì)(Par沖hoplasm)，細(xì)胞riboplasm)。③厭氧氨氧化體膜(anammme)，類核(nueleoid)，見圖1.5[2，]。在深紅。對厭氧氨氧化菌細(xì)胞和細(xì)胞提明顯增加129〕。77K的細(xì)胞光譜分析表化活性增加期間，468nm處的吸收信號

除率己經(jīng)沒有影響。在一定溫度下，溶解氧濃度和氨氮表面負(fù)的兩個關(guān)鍵參數(shù)。溶解氧濃度升高，氨氮的去除率增加，但大大活性，從而使總氮(TN)的去除率降低。最佳的溶解氧濃度與般情況下，溶解氧濃度的微小變化(士0.2mgL一‘)對cANoN，氨氮表面負(fù)荷的變化對過程表現(xiàn)有顯著影響。為得到最佳的表面負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)溶解氧的濃度。溫度對微生物生長速率的程來描述。溫度降低，微生物的活性降低;氧氣的穿透深度增生長空間變小。這表明低溫下要想保持較高的氮去除率，若氨加生物膜的厚度和溶解氧濃度;若生物膜厚度一定，就要降低度。溫度為30℃，在生物轉(zhuǎn)盤內(nèi)實現(xiàn)CANON工藝的適宜設(shè)2gNm一Zd一，，溶解氧濃度1.3mgL一，，最小生物膜厚度1~，，除率為94%，TN的去除率82%。反應(yīng)器溫度控制在20℃，一Zd一‘，溶解氧濃度0.3mgL一，，最小生物膜厚度0.7~，TN去除生物膜
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：X703

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本文編號：2606444