以香蕉皮为碳源异养反硝化处理地下水中硝酸盐的研究

发布时间：2020-09-15 07:30

　　硝酸盐已成为全球地下水资源污染的重要因素,过量的硝酸盐对人类健康和环境存在潜在的威胁。此外,香蕉皮是一种富含生物质的农产品废弃物,年产量高,且处理困难。本研究以香蕉皮为异养反硝化碳源进行地下水中硝酸盐处理,探讨其作为有机碳源用于反硝化过程的可行性。通过批实验进行条件优化,并构建间歇性进水反应器,探究香蕉皮持久运行能性能。最后,以香蕉皮中溶出的优势金属元素钾作为主要影响因素,探究其在反硝化过程中的作用机理。得到的主要结论如下:该反应系统的最佳条件为香蕉皮尺寸4.75 mm、溶液初始pH 7.0~11.0,且香蕉皮自身溶出磷源可维持反硝化过程中微生物生命活动需求,同时可实现较高的NO_3~--N去除量(164.42±1.15 mg/g-BP)和去除速率(4.69 mg-N/(L·h)),且NH_4~+-N的生成量仅为0.07-0.08 mgNH_4~+-N/mgNO_3~--N。EEM分析得知,反应系统中香蕉皮DOM的主要成分为类酪氨酸和类色氨酸样(类蛋白质类物质)以及类腐殖质样物质,其降解路径为类蛋白质类物质先被分解利用,其次部分类腐殖质类物质被降解。同时对该反应过程中的电子及元素进行质量平衡和化学计量关系分析,得出了该反应体系的化学计量关系式。高通量测序分析表明,Proteobacteria、Actinobacteria和Chloroflexi的富集可能是实现高效NO_3~--N还原和难降解物质分解的重要原因。钾作为香蕉皮不同于其他碳源的一个优势金属元素,K~+浓度实验结果表明,NO_3~--N和NO_2~--N还原的最适K~+浓度分别为229.78±25.79和159.10±24.60 mg/L。EEM分析验证了K~+浓度与类蛋白质类物质溶出和类腐殖质类物质降解存在正相关关系。基因测序显示,229.78±25.79 mg/L的K~+浓度表现出最高的反硝化效率以及丰富的发酵功能物种多样性,且假单胞菌属(Pseudomonas)(占比1.86%)和硫杆菌属(Thiobacillus)(占比1.52%)是该浓度条件独有的功能性物种,它们的存在有利于NO_3~--N的生物还原。本研究表明,香蕉皮可以作为一种经济高效的固相碳源实现硝酸盐的异养还原,为地下水中硝酸盐的治理提供了一种新型经济的碳源材料。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X523
【部分图文】：

技术路线图,技术路线,硕士学位论文,路线

技术路线

香蕉皮

0.60 g NH4Cl、0.30 g KH2PO4、0.20 g MgSO4·7H2O、0.01 g FeSO4·7H2O（Yao etal.,2013）。培养液每隔 3d 更换 1 次，在实验开始前培养驯化 1 个月，直至硝酸盐在 3 d 内能够完全降解到检出限以下，开始进行实验。2.2.3 实验方法2.2.3.1 香蕉皮收集与处理本研究所采用的实验材料—香蕉购买于北京超市发超市，然后由课题组内人员食用后收集获得香蕉皮，香蕉皮的处理步骤如①-④所示：①将香蕉皮用自来水反复冲洗 3-5 遍；②切成大约 1 cm×1 cm 的块状；③置于 105℃的烘箱中烘干 24 h 至恒重；④将烘干的香蕉皮研末过筛（4、8、40 和 60 目）进行保存，见图 2-1 所示。

SEM图像,香蕉皮,SEM图像,微观表面结构

第 2 章香蕉皮的理化性质及其反硝化性能研究表 2-5 香蕉皮中主要营养成分及含量成分磷脂（mg/g）蛋白质（%）纤维素（%）半纤维素（%）木质素（%含量 33.30 9.67 12.50 19.90 14.10此外，对香蕉皮进行扫描电子显微镜分析香蕉皮的微观表面结构（图 2-2），香蕉皮的微观表面结构呈现空间网络结构，内部结构蓬松粗糙，具有大量的不规则褶皱结构，有利于微生物的附着，能够为反硝化微生物提供易于附着的场所。(a) (b)

【参考文献】