活性炭生物转盘处理污染河水性能研究

发布时间：2020-04-29 10:18

【摘要】：当前,我国经济的高速发展对河湖生态系统造成了严重威胁,针对严重的河湖污染的治理问题,在无锡市滨湖区蠡河河水以及江南大学河水水质的调查和监测基础上,将活性炭与生物转盘结合用于处理污染河水,开展了接种物、改性对活性炭生物转盘挂膜启动的影响研究,探讨了转速、水力停留时间(HRT)、温度、C/N和抗生素(阿莫西林)对不同活性炭生物转盘的影响。并系统研究了每一阶段生物膜的特性和微生物群落结构等,对各污染物去除率变化进行理论分析,以期为实施蠡河生物修复示范工程提供科学依据与技术支持,并为实现活性炭生物转盘原位处理污染河水提供技术参考。主要结论如下:(1)采用3种接种物(河水、底泥、活性污泥)×3种活性炭(未改性、KMnO_4改性、H_2SO_4改性)进行活性炭生物转盘挂膜启动研究,结果表明:河水和底泥有相似的微生物群落结构,但底泥较之河水挂膜启动较快,活性污泥和底泥挂膜启动时间类似,但各污染物去除率(除TP外)活性污泥接种底泥≈河水。改性增加了活性炭表面亲水基团(H_2SO_4改性KMn O_4改性),提高了挂膜启动稳定阶段各污染物去除性能,提高了微生物的活性。(2)挂膜稳定后,探究转速、HRT对9组活性炭生物转盘的影响,结果表明在转速为3 r/min,HRT为12 h时,活性炭生物转盘达到最佳处置效率。而生物膜分析表明转速过低过高都会限制生物膜活性,而在一定HRT范围内,HRT越长,VS/TS越大,生物膜活性越高,但为提高处置效率,HRT为12 h时最佳。最佳条件下,生物膜高通量测序表明9组反应器均能达到同步硝化反硝化,河水与底泥接种有相似的物种组成,活性污泥接种的有一定差异性,且改性增加了物种的多样性与丰富度(H_2SO_4改性KMnO_4改性未改性)。(3)在转速3 r/min,HRT12 h时,探究温度、C/N对活性炭生物转盘的影响,结果表明温度28℃,C/N为6:1时,处理效果达到最佳。生物膜分析表明在该温度和C/N下,微生物具有较高的活性,荧光原位杂交技术(FISH)分析表明C/N过高过低会改变菌群的结构。此外,接种物以及是否改性的差异在低温下微乎其微。(4)在转速3 r/min,HRT为12 h,温度28℃,C/N为12:1时,探究不同浓度的阿莫西林对不同接种物H_2SO_4改性条件下的生物转盘的影响。结果表明不同浓度的阿莫西林对活性炭生物转盘性能均有不同程度的抑制作用,生物膜活性也会下降,三维荧光图表明低浓度阿莫西林会刺激微生物分泌小分子的蛋白质(Ⅰ),浓度持续增加,类溶解性微生物产物增多。对比加入0.5 mg/L阿莫西林前后的生物膜,并进行高通量测序,结果表明物种数量、功能菌数量、多样性和丰富度锐减,同时活性炭生物转盘对不同浓度的阿莫西林有一定去除作用。
【图文】：

变转速为 1、2、3、4 r/min，研究转速对 9 组活性炭生物转盘的影响，确定最佳转速。改变 HRT 为 1.5、3、6、12、24h，在最佳转速下研究 HRT 对 9 组活性炭生物转盘的影响，探究最佳 HRT。在最佳转速和 HRT 下进行微生物测序，分析改性对微生物群落组成结构、数量等的影响（进而影响去除率）。（4）探究温度、C/N 对活性炭生物转盘去除效果的影响改变温度为 8、15、24、28℃，在最佳转速和 HRT 下，研究温度对 9 组活性炭生物转盘的影响，确定最佳温度。改变 C/N 为 2:1、4:1、6:1、8:1、12:1，在最佳转速、HRT和温度下对 9 组活性炭生物转盘的影响，探究最佳 C/N。在最佳转速、HRT、温度、C/N下，取河水接种挂膜的生物膜，采用荧光原位杂交技术（FISH）对生物膜上的菌种进行观察和分析。（5）抗生素对活性炭生物转盘去除效果的影响在最佳转速、HRT、温度和 C/N 下，配制的污染河水中投加抗生素（阿莫西林），探究抗生素对生物转盘去除污染物的影响，采用高通量测序技术分析膜上微生物的群落结构，，分析抗生素浓度对膜上微生物群落的影响，判定活性炭生物转盘是否对抗生素有一定的去除作用。

、蛋白类等物质是影响水质中高锰酸盐指数和 NH4+-N 去除率的重要因素。 最佳转速、HRT 下生物膜微生物群落结构分析门（Phylum）水平上的分析如图 3-12 为 9 组反应器生物膜中门水平上各菌门所占相对丰度，优势菌门是变形Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。由图可知，活性污泥接种的反应器形菌门（Proteobacteria）相对丰度较高，原因是变形菌门（Proteobacteria）已经被报道是在污水处理厂脱氮过程中的优势菌门且大多数反硝化菌属于该门[69]，活性炭转盘上富集生成的微生物膜起源于污水厂活性污泥中的微生物。而河水、底泥接种应器拟杆菌门（Bacteroidetes）较高，原因是拟杆菌门（Bacteroidetes）主要是氧化n维持自己的生长繁殖[92]，且这种门在淡水湖泊中很常见，在等量的 CODMn条件水和底泥这两种接种物中拟杆菌门（Bacteroidetes）含量较多。此外，9 组反应器螺旋菌门（Nitrospirae）的相对丰度为 2.63%、2.64%、2.49%、5.83%、3.06%、2.87%、、2.36%、1.0%，可以看出该菌门在底泥接种的反应器中相对丰度较高，河水接种之，活性污泥接种的最低，可见河水以及底泥更能对污染河水特异性处理。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】

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本文编号：2644472