重金属对SBR反应器性能及微生物菌群的影响研究
发布时间：2022-10-05 22:41
本研究通过在实验室模拟典型污水处理系统,分别研究Cu2+、Hg2+、Ag+三种重金属在短期冲击、长期冲击和恢复条件下对系统常规污染物处理性能、关键性微生物酶活、胞外聚合物分子量与组分以及微生物多样性和群落结构等的影响。拟从多水平和多角度阐明反应器处理效能与微生物驱动反馈机制之间的密切关系。研究主要得出以下结论:（1）短期冲击实验结果表明,Cu2+、Hg2+、Ag+三种重金属在低浓度（＜0.08mM）时对SBR系统的处理效率无显著影响。但随着冲击浓度的增加,DOC、NH4+-N、PO43--P的去除率逐渐降低,其中Hg2+对系统性能的影响更明显。活性污泥比耗氧速率和微生物酶分析数据表明微生物脱氢酶活性sDHA和三磷酸腺苷ATP含量变化与DOC去除率有相关性;重金属影响系统脱氮能力的原因与生物脱氮关键酶受抑制有关。较高浓度的重金属（＞0.11mM）冲击后会对细胞造成氧化损伤,但微生物细胞表面的完整性未受到明显破坏。综合短期冲击数据,选取Cu2+、Hg2+、Ag+三种重金属长期冲击浓度分别为0.05mM、0.01mM和0.02mM。（2）长期冲击对反应器常规污染物处理性能的影响实验结果表明,...
【文章页数】：130 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 重金属对活性污泥处理系统及微生物的影响研究
1.2.1 重金属对水处理效率的影响研究进展
1.2.2 重金属对胞外聚合物(EPS)影响的研究进展
1.2.3 重金属对微生物活性及群落结构的影响研究进展
1.3 胞外聚合物研究现状
1.3.1 胞外聚合物的含义
1.3.2 胞外聚合物的分析
1.4 微生物活性及群落结构的研究现状
1.4.1 微生物活性及毒性响应的表征方法
1.4.2 分子生物学的应用
1.5 研究内容及技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 技术路线
2 实验材料和实验方法
2.1 实验材料与仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 实验装置与运行
2.2.1 反应器的搭建与运行
2.2.2 污泥来源和实验用水
2.3 实验方法
2.3.1 常规水质监测项目及方法
2.3.2 比耗氧速率(SOUR)的测定方法
2.3.3 SMP及EPS提取及检测方法
2.3.4 微生物酶活测定方法
2.3.5 扫描电镜(SEM)样品预处理及检测
2.3.6 样品中DNA的提取及分析方法
3 重金属短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.1 Hg~(2+)的短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.1.1 Hg~(2+)短期冲击对系统DOC,NH_4~+-N,PO_4~(3-)-P去除的影响
3.1.2 Hg~(2+)短期冲击对微生物酶活性的影响
3.2 Cu~(2+)的短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.2.1 Cu~(2+)短期冲击对系统DOC,NH_4~+-N,PO_4~(3-)-P去除的影响
3.2.2 Cu~(2+)短期冲击对微生物酶活性的影响
3.3 Ag~+的短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.3.1 Ag~+短期冲击对系统DOC,NH_4~+-N,PO_4~(3+)-P去除的影响
3.3.2 Ag+短期冲击对微生物酶活性的影响
3.4 本章小结
4 重金属长期冲击对SBR系统的影响
4.1 SBR反应器的启动与稳定运行
4.2 重金属长期冲击对SBR系统DOC处理效果的影响
4.2.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对出水DOC的去除影响
4.2.2 Cu~(2+)、Hg~(2+) Ag~+长期冲击后周期内DOC的变化
4.3 重金属长期冲击对SBR系统NH_4~+-N处理效果的影响
4.3.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对出水NH_4~+-N的去除影响
4.3.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内NH_4~+-N的变化
4.4 重金属长期冲击对SBR系统NO_2~--N的影响
4.4.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对出水NO_2~--N生成量的影响
4.4.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内NO_2~--N的变化
4.5 重金属长期冲击对SBR系统NO_3~--N的影响
4.5.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+对出水NO_3~--N生成量的影响
4.5.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内NO_3~--N的变化
4.6 重金属长期冲击对SBR系统PO_4~(3-)-P的影响
4.6.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+对出水PO_4~(3-)-P去除的影响
4.6.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内PO_4~(3-)-P的变化
4.7 重金属长期冲击对SBR系统活性污泥的影响
4.8 本章小结
5 重金属长期冲击对可溶性微生物产物和胞外聚合物的影响
5.1 重金属长期冲击后SMP及EPS变化的LC-OCD分析
5.1.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后SMP变化的LC-OCD分析
5.1.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后LB-EPS变化的LC-OCD分析
5.1.3 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后TB-EPS变化的LC-OCD分析
5.2 重金属长期冲击对SMP及EPS组分含量的影响
5.2.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对蛋白质及多糖含量的影响
5.2.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对腐殖酸、脂质及DNA含量的影响
5.3 重金属长期冲击后SMP及EPS变化的EEM分析
5.3.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后SMP变化的EEM分析
5.3.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后LB-EPS变化的EEM分析
5.3.3 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后TB-EPS变化的EEM分析
5.4 本章小结
6 重金属长期冲击对微生物活性及群落影响
6.1 重金属长期冲击对微生物酶活性影响
6.1.1 对与水质相关酶活性的影响
6.1.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对细胞活性/毒性响应的影响
6.2 重金属长期冲击对微生物菌群形貌的影响
6.2.1 扫描电镜(SEM)分析
6.3 重金属长期冲击对微生物群落结构的影响
6.3.1 微生物菌群丰度及多样性分析
6.3.2 微生物群落结构分析
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
在校期间所发表的论文、专利、获奖情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温下活性污泥膨胀的微生物群落结构研究[J]. 端正花,潘留明,陈晓欧,王秀朵,赵乐军,田乐琪. 环境科学. 2016(03)
[2]突发环境事件风险源识别与监控技术创新进展——（Ⅰ）环境风险源识别技术与应用[J]. 宋永会,袁鹏,彭剑峰,韩璐,张茉莉. 环境工程技术学报. 2015(05)
[3]基于耗氧速率预警重金属对活性污泥的抑制性[J]. 陈亚松,张超,陈振国,董文杰,徐冰心. 环境工程. 2015(02)
[4]废水生物处理中胞外聚合物（EPS）的研究进展[J]. 杨敏,胡学伟,宁平,孙蔚青,阮廷中. 工业水处理. 2011(07)
[5]湿法冶金中胞外聚合物（EPS）的研究进展[J]. 陶琴琴,刘峙嵘. 湿法冶金. 2011(01)
[6]生物脱氮系统对重金属的耐受性研究[J]. 荣宏伟,张可方,王勤,张朝升. 环境工程. 2010(03)
[7]烟曲霉胞外聚合物对Pb2+的吸附特性[J]. 熊芬,胡勇有,银玉容. 环境科学学报. 2009(11)
[8]胞外聚合物对膜污染的影响[J]. 刘美,王湛. 水处理技术. 2007(10)
[9]活性污泥胞外多聚物提取方法的比较[J]. 方亮,张丽丽,蔡伟民. 环境科学与技术. 2006(03)
[10]自然水体细菌胞外有机组分吸附Pb2+的规律[J]. 苏春彦,康春莉,董德明. 长春工业大学学报(自然科学版). 2005(04)
硕士论文
[1]纳米银对SBR系统水处理效能及微生物菌群的影响研究[D]. 李墨青.哈尔滨工业大学 2014
[2]多壁碳纳米管对活性污泥系统污水处理效果及其细菌群落结构的影响[D]. 王玉琳.北京化工大学 2014
[3]温度对SBR单级好氧生物脱氮除磷性能的影响[D]. 汪志龙.湖南大学 2014
[4]重金属对生物脱氮除磷系统中微生物的毒性影响[D]. 李健中.广州大学 2010
[5]微生物法处理重金属污水的研究[D]. 王鲁民.昆明理工大学 2007
本文编号：3686640
【文章页数】：130 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 重金属对活性污泥处理系统及微生物的影响研究
1.2.1 重金属对水处理效率的影响研究进展
1.2.2 重金属对胞外聚合物(EPS)影响的研究进展
1.2.3 重金属对微生物活性及群落结构的影响研究进展
1.3 胞外聚合物研究现状
1.3.1 胞外聚合物的含义
1.3.2 胞外聚合物的分析
1.4 微生物活性及群落结构的研究现状
1.4.1 微生物活性及毒性响应的表征方法
1.4.2 分子生物学的应用
1.5 研究内容及技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 技术路线
2 实验材料和实验方法
2.1 实验材料与仪器
2.1.1 实验试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 实验装置与运行
2.2.1 反应器的搭建与运行
2.2.2 污泥来源和实验用水
2.3 实验方法
2.3.1 常规水质监测项目及方法
2.3.2 比耗氧速率(SOUR)的测定方法
2.3.3 SMP及EPS提取及检测方法
2.3.4 微生物酶活测定方法
2.3.5 扫描电镜(SEM)样品预处理及检测
2.3.6 样品中DNA的提取及分析方法
3 重金属短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.1 Hg~(2+)的短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.1.1 Hg~(2+)短期冲击对系统DOC,NH_4~+-N,PO_4~(3-)-P去除的影响
3.1.2 Hg~(2+)短期冲击对微生物酶活性的影响
3.2 Cu~(2+)的短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.2.1 Cu~(2+)短期冲击对系统DOC,NH_4~+-N,PO_4~(3-)-P去除的影响
3.2.2 Cu~(2+)短期冲击对微生物酶活性的影响
3.3 Ag~+的短期冲击对SBR系统及微生物酶的影响
3.3.1 Ag~+短期冲击对系统DOC,NH_4~+-N,PO_4~(3+)-P去除的影响
3.3.2 Ag+短期冲击对微生物酶活性的影响
3.4 本章小结
4 重金属长期冲击对SBR系统的影响
4.1 SBR反应器的启动与稳定运行
4.2 重金属长期冲击对SBR系统DOC处理效果的影响
4.2.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对出水DOC的去除影响
4.2.2 Cu~(2+)、Hg~(2+) Ag~+长期冲击后周期内DOC的变化
4.3 重金属长期冲击对SBR系统NH_4~+-N处理效果的影响
4.3.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对出水NH_4~+-N的去除影响
4.3.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内NH_4~+-N的变化
4.4 重金属长期冲击对SBR系统NO_2~--N的影响
4.4.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对出水NO_2~--N生成量的影响
4.4.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内NO_2~--N的变化
4.5 重金属长期冲击对SBR系统NO_3~--N的影响
4.5.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+对出水NO_3~--N生成量的影响
4.5.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内NO_3~--N的变化
4.6 重金属长期冲击对SBR系统PO_4~(3-)-P的影响
4.6.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+对出水PO_4~(3-)-P去除的影响
4.6.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后周期内PO_4~(3-)-P的变化
4.7 重金属长期冲击对SBR系统活性污泥的影响
4.8 本章小结
5 重金属长期冲击对可溶性微生物产物和胞外聚合物的影响
5.1 重金属长期冲击后SMP及EPS变化的LC-OCD分析
5.1.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后SMP变化的LC-OCD分析
5.1.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后LB-EPS变化的LC-OCD分析
5.1.3 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后TB-EPS变化的LC-OCD分析
5.2 重金属长期冲击对SMP及EPS组分含量的影响
5.2.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对蛋白质及多糖含量的影响
5.2.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对腐殖酸、脂质及DNA含量的影响
5.3 重金属长期冲击后SMP及EPS变化的EEM分析
5.3.1 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后SMP变化的EEM分析
5.3.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后LB-EPS变化的EEM分析
5.3.3 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击后TB-EPS变化的EEM分析
5.4 本章小结
6 重金属长期冲击对微生物活性及群落影响
6.1 重金属长期冲击对微生物酶活性影响
6.1.1 对与水质相关酶活性的影响
6.1.2 Cu~(2+)、Hg~(2+)、Ag~+长期冲击对细胞活性/毒性响应的影响
6.2 重金属长期冲击对微生物菌群形貌的影响
6.2.1 扫描电镜(SEM)分析
6.3 重金属长期冲击对微生物群落结构的影响
6.3.1 微生物菌群丰度及多样性分析
6.3.2 微生物群落结构分析
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
在校期间所发表的论文、专利、获奖情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温下活性污泥膨胀的微生物群落结构研究[J]. 端正花,潘留明,陈晓欧,王秀朵,赵乐军,田乐琪. 环境科学. 2016(03)
[2]突发环境事件风险源识别与监控技术创新进展——（Ⅰ）环境风险源识别技术与应用[J]. 宋永会,袁鹏,彭剑峰,韩璐,张茉莉. 环境工程技术学报. 2015(05)
[3]基于耗氧速率预警重金属对活性污泥的抑制性[J]. 陈亚松,张超,陈振国,董文杰,徐冰心. 环境工程. 2015(02)
[4]废水生物处理中胞外聚合物（EPS）的研究进展[J]. 杨敏,胡学伟,宁平,孙蔚青,阮廷中. 工业水处理. 2011(07)
[5]湿法冶金中胞外聚合物（EPS）的研究进展[J]. 陶琴琴,刘峙嵘. 湿法冶金. 2011(01)
[6]生物脱氮系统对重金属的耐受性研究[J]. 荣宏伟,张可方,王勤,张朝升. 环境工程. 2010(03)
[7]烟曲霉胞外聚合物对Pb2+的吸附特性[J]. 熊芬,胡勇有,银玉容. 环境科学学报. 2009(11)
[8]胞外聚合物对膜污染的影响[J]. 刘美,王湛. 水处理技术. 2007(10)
[9]活性污泥胞外多聚物提取方法的比较[J]. 方亮,张丽丽,蔡伟民. 环境科学与技术. 2006(03)
[10]自然水体细菌胞外有机组分吸附Pb2+的规律[J]. 苏春彦,康春莉,董德明. 长春工业大学学报(自然科学版). 2005(04)
硕士论文
[1]纳米银对SBR系统水处理效能及微生物菌群的影响研究[D]. 李墨青.哈尔滨工业大学 2014
[2]多壁碳纳米管对活性污泥系统污水处理效果及其细菌群落结构的影响[D]. 王玉琳.北京化工大学 2014
[3]温度对SBR单级好氧生物脱氮除磷性能的影响[D]. 汪志龙.湖南大学 2014
[4]重金属对生物脱氮除磷系统中微生物的毒性影响[D]. 李健中.广州大学 2010
[5]微生物法处理重金属污水的研究[D]. 王鲁民.昆明理工大学 2007
本文编号：3686640
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