内生碳源利用反硝化滤池脱氮效能及微生物代谢特征研究

发布时间：2020-08-24 11:10

【摘要】：由于氮、磷等营养盐含量过高,全国大部分城市的人工景观水体面临着较为严重的富营养化问题,以及由此而导致的水体景观功能的丧失,这与人类对于改善居住环境以及提高生活质量的需求形成矛盾。而城市景观水体一般具有低C/N的特性,因此依靠传统的水处理工艺常常不能有效去除污染物,针对具有低碳高氮水质特征水体的处理方式又因为碳源不足及外加碳源增加成本和操作难度等问题的制约而发展缓慢。本研究中的内生碳源反硝化利用反应器,针对低碳高氮水脱氮过程中碳源不足的问题,通过对反应器进水方向的切换,使反应器内部各级生物量实现连续的“积累—利用”过程(内生碳源利用),实现在低碳条件下,利用内生碳源进行反硝化脱氮的目的。本文基于已稳定运行两年的内生碳源利用反硝化生物滤池,以反应器从F向进水切换至R向进水的一个完整运行周期为研究对象,对F向进水稳定运行时期、R向进水稳定运行时期及切换进水方向初期(过渡阶段)三个时期的污染物去除效果、微生物代谢特征及生物群落演替规律进行了研究,主要内容如下:(1)对一个完整换向周期内反应器对硝氮、总氮、亚硝氮、COD_(Cr)、浊度的去除情况进行研究:在F向和R向进水期间,反应器对总氮和硝氮的去除率分别可达到35%及40%以上,亚硝氮进水浓度波动较大但出水均小于0.1 mg/L,去除率可达80%以上,COD_(Cr)在这两个进水阶段去除率在60%左右,进水浊度同样波动较大但出水基本均在1 NTU以下,去除率可达85%以上;在反应器进水由F向变为R向的过渡阶段,由于运行条件改变对微生物的冲击以及水流对后端(换向前进水端)生物膜的冲刷作用,反应器对各项水质指标的去除效果均有所下降,其中COD_(Cr)与浊度甚至会出现出水高于进水的情况,过渡期持续时间在20天左右;同时,在反应器运行的三个阶段内,溶解氧的变化均呈现出逐级降低的趋势,反应器后端溶解氧浓度低于0.5 mg/L;两个进水方向稳定运行期间反应器进水端生物量增加较快,而后端生物量在微生物对内生碳源利用下呈减少趋势。(2)利用Biolog-ECO平板对三个时期各级微生物群落代谢特征进行分析,反应器各级微生物代谢反映于平板上的AWCD值(average well color development,即平均颜色变化率)随着培养时间的变化整体呈现出前两级低于后两级的变化趋势,且在换向过渡阶段反应器各级AWCD值较F向和R向进水的稳定运行阶段有所降低,过渡期微生物代谢活性相对不高;前两级微生物多样性指数整体低于后两级,过渡期微生物多样性指数低于F向和R向进水稳定运行期;在F向和R向进水稳定运行期间,反应器第I级糖类利用占比最多,第III、IV级酸类利用占比最多,过渡阶段各级碳源利用差异不明显;结合DQ-fd图走向来看,第I级微生物显性底物为糖类,第II、III、IV级显性底物为酸类且第III级DQ和fd值均最高,表明其对酸类物质的利用潜力和相关微生物丰度均最高;通过主成分分析从各级微生物已利用的Biolog-ECO板上的31种碳源中提取出三个主成分,第III级与PC1呈正相关且相关性最高,与PC3相关性低,第I级与PC1呈负相关且相关性高,PC1种占比最高的碳源为酸类物质,其对微生物群落代谢的空间分布有较为显著的影响。(3)利用高通量测序技术对F向和R向稳定运行阶段内反应器各级微生物的功能及其在内生碳源反硝化中的作用进行分析,以门为分类单位时,Proteobacteria(变形菌)和Bacteroidetes(拟杆菌)作为反应器后端微生物的优势菌门占比可达70%以上;以属为分类单位时,反应器后端的反硝化菌属均略高于前端,反应器中水解发酵功能的菌属和以酸类物质为主要碳源的菌属在后端均有一定占比;反应器后端以Pseudomonas spp.(假单胞菌属)为代表的菌属在厌氧条件下易被降解释放出有机质,从而作为反应器后半段厌氧菌的碳源,与反硝化菌属协同作用完成内生碳源反硝化脱氮。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

路线图,研究技术,路线

研究技术路线

过滤装置,反硝化,内生,碳源

图 2.1 内生碳源反硝化利用过滤装置示意反应器在自然挂膜后，设两个不同的进水方向 F 和 R，在各进水方向下，沿流方向首先流入的即为第I级反应器，之后原水自第I级反应器侧向流入配水渠，

【参考文献】