【摘要】：人工湿地作为一种节能环保的污水处理技术,具有基础设施低投资、易于维护和管理,良好耐冲击负荷能力等优势。在流域水污染治理领域具有突出的技术优势和广阔的应用前景。然而,人工湿地的生态功能性使其在应用过程中受到限制,特别是低温条件下人工湿地的污染物去除效果降低是限制其广泛应用的一大技术瓶颈。因此,探究人工湿地低温运行的强化处理措施,对于湿地长效稳定运行具有重要意义。本研究基于微生物在人工湿地脱氮过程中的重要作用,尝试从微生物强化的角度提升人工湿地冬季低温运行的处理效果。探究了低温条件下湿地的氨氧化功能菌群的丰度及群落结构,分析了造成不同湿地中低温下处理效果差异的原因,明确了耐冷氨氧化功能菌群在低温条件下人工湿地氨氮去除中的重要作用;采用序批式生物反应器在低温条件下富集耐冷氨氧化功能菌群,并考察了耐冷氨氧化功能菌群富集物在低温条件下水质去除效果,以及耐冷氨氧化功能菌群群落结构分析;进一步将耐冷氨氧化功能菌群富集物投加到表流人工湿地,探究了耐冷氨氧化功能菌群投加对于湿地低温运行的强化处理效果,为人工湿地的长效稳定运行提供理论依据。主要得到以下结论:(1)不同湿地低温条件下氨氧化功能菌群的群落结构,多样性水'[平及丰度的差异是造成湿地氮去除效果差异的主要原因。野外调研结果表明·:低温条件(10°C)下,自然湿地(BL)得到了较高的氨氮和总氮去除效果,分别是69.47%和46.38%,相较于人工湿地(XR),分别是57.46%和26.86°/%。分析发现自然湿地样品在低温条件下存在较高的潜在硝化能力。微生物数据分析表明,氨氧化功· 能菌在两个湿地的分布情况不同。自然湿地的氨氧化功能菌,AOA的丰度明显高于人工湿地,AOB略高于人工湿地。AOA系统发育分析表明,蔬在自然湿地中,Nitrososphaera和Nizrosopumilus簇都占据主导地位,而人工湿地中,Nitrososphaera簇占主导地位。AO B在自然湿地中独有的优势菌种-生要米自Qg于Nitrosospirasp.,而人工湿地的优势菌种存在于Nitrosospira sp.和Nitrosomonas sp.。结果表明氨氧化功能菌群对于湿地低温氮脱除的重要作用。(2)采用梯度降温的方式,使用SBR在不同条件下(R1 control;R2Cu2+addition;R3 1-octyneaddition)富集培养耐冷氨氧化功能菌群。结果表明,在富集培养初期,因为Cu2+对污泥的轻微毒害作用以及1-octyne对于AOB的快速不可逆的抑制作用,R2和R3的氨氮去除速率分别为0.93 mgN L-1h-1和0.76mgN L-1h-1,明显低于R1(1.2mgNL-1h-1);随着微生物对培养条件的适应,到富集培养末期(反应器温度最终控制在5℃),各反应器内均实现了低温下氨氮的高效去除,去除率可达95%。值得注意的是,富集培养后期,三组反应器的氨氮去除速率比初期均有了较大提升,R1为2.93 mg N L-1h-1,R2为3.25 mg N L-1h-1和 R3 为 3.10 mgNL-1h-1。(3)微生物群落分析结果表明,低温反应器的富集提高了氨氧化功能菌群在整个微生物群落中的比例。接种污泥中氨氧化功能菌相对丰度为7.09%,而富集阶段末期R1为20.92%,R2为7.10%,R3为16.80%。R2中由于加入了 Cu2+,对氨氧化微生物造成了毒害作用,所占比例并没有提高。高通量测序结果表明耐冷氨氧化功能菌群中氨氧化微生物主要为硝化螺菌属(Nitrospirasp.)和亚硝酸单胞菌属(Nitrosomonas europaea和Nitrosomonas oligotropha)。此外,反应器内没有检测到氨氧化古菌的相关种属,具体原因尚需进一步分析。(4)向人工湿地中投加耐冷氨氧化功能菌群,能够显著提高其在冬季运行下的净化效果。在冬季低温(水温控制在0℃-7℃)运行条件下,投加R1和R3富集物的人工湿地有较好的氮去除效果,氨氮的平均去除率分别比空白对照(未投加微生物的人工湿地)提高了 24.12%和27.93%,总氮提高了 24.31%和27.37%。但是,投加R2富集物的人工湿地的氨氮和总氮去除效果较空白对照组,并没有明显提高。此外,实验组和空白组湿地均实现了较好的磷去除效果,总磷平均去除率分别为:90.70%,88.42%,75.85%和 92.84%。(5)由于耐冷氨氧化功能菌群富集物的投加,AOA和AOB的丰度均高于空白对照组。AOB的相对表达丰度表现出差异,R1湿地和R3湿地较空白组提高了至少一个数量级,R2由于Cu2+活性受到抑制,AOB虽然丰度较高,但表达水平较低。4组湿地系统,对照组,R1湿地,R2湿地,R3湿地AOB的相对表达丰度分别为2.50×107,2.28×108,1.80×107和8.22×108拷贝数/克基质。说明R1湿地和R3湿地由于耐冷氨氧化功能菌群的添加显著提高了氨氧化细菌的表达活性;AOA的相对表达丰度,并未因耐冷氨氧化功能菌群富集物的投加而显著提高。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：
图１－１表流人工湿地示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｌｔｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａａａｍ邋ｏｆｓｉｕ＾ｆｅｃｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｉｉｓｔｎｉｃｔｅｄ邋ｗｅｔｌａｎｄ逡逑（２）水平潜流人工湿地（ＨＳＦＣＷ）逡逑水平潜流人工湿地，污水从湿地－端水平流过填料床中的填料，可以充分利逡逑填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及填料基质的截流等作用，来提高处逡逑效果和净化能力。其优点是水力负荷和污染负荷较大，卫生条件好：并且由于逡逑水在地表下流动，保温性能好，净化效果受气温影响较小。缺点主要是操作运逡逑相对复杂，运行投资较高。逡逑
的生物膜来完成的。表面流人工湿地构造简单，它的优点在于投资少、操作运行逡逑简单、运行成本低。缺点是负荷小、处理效果差，系统的运行受气候影响较大。逡逑图１－１表流人工湿地示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｌｔｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａａａｍ邋ｏｆｓｉｕ＾ｆｅｃｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｉｉｓｔｎｉｃｔｅｄ邋ｗｅｔｌａｎｄ逡逑（２）
的生物膜来完成的。表面流人工湿地构造简单，它的优点在于投资少、操作运行逡逑简单、运行成本低。缺点是负荷小、处理效果差，系统的运行受气候影响较大。逡逑图１－１表流人工湿地示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｌｔｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａａａｍ邋ｏｆｓｉｕ＾ｆｅｃｅ邋ｆｌｏｗ邋ｃｏｉｉｓｔｎｉｃｔｅｄ邋ｗｅｔｌａｎｄ逡逑（２）
【参考文献】
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本文编号：
2757911
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