复合型人工湿地菌群结构及其对氮循环的影响研究

发布时间：2017-06-25 04:04

  本文关键词：复合型人工湿地菌群结构及其对氮循环的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：城乡一体化是社会发展到一定阶段后的必然趋势,而农村城镇化则是推进城乡一体化的必经之路;在此过程中,农村工业化水平提升导致生产、生活废水大量排放,由此导致的水环境破坏问题将日渐突出。如何选用合适的污水工艺处理在农村推广应用越来越收到关注,人工湿地作为一种简单有效的生态污水处理技术,以其投资少、工艺简单、管理方便、美化环境等优点而备受推选,尤其适用于水质水量不稳定且较为分散的山地农村和小城镇地区。研究人工湿地内微生物菌群结构,探索厌氧氨氧化和反硝化反应对脱氮的贡献及脱氮机理的研究,对人工湿地脱氮效率的提高具有积极的影响。本课题以“竖向折流+侧向潜流”技术构建的复合型人工湿地为依托,在他人研究的基础上,探索侧向潜流湿地单元内的微生物菌群结构及厌氧氨氧化反应情况,并分析其季节性变化规律。论文首先分析1十二个月的水温变化规律,并将温度变化范围9.7℃~20.4℃的月份(1月~4月,11月~12月)定义为低温期,温度变化范围21.8℃~31.7℃的月份(5月~10月)定义为高温期;然后分析污水厂各指标变化规律并作高低温季节的对比分析,主要结论如下:(1)高温期和低温期的污水pH值差异不大,均在7~8之间,有利于各类脱氮微生物的代谢;电导率、浊度、SS等非氮污染物指标高温期和低温期的值有一定差异性,但是其浓度值的整体变化规律基本一致。(2)污水厂在不同季节对污染物的去除效果均较好,综合比较高温期的效果更优。高温期污水厂进水的COD、TP、TN和的浓度值明显比低温期低;各污染物指标整体上都呈现出沿程逐渐减小的规律,但硝态氮在侧向潜流湿地有轻微的累积现象。(3)对比各构筑物对各污染物指标的去除率,可以发现不论什么季节,污染物尤其是氮磷污染物去除的主要场所是侧向潜流湿地。通过分析侧向潜流湿地DO和ORP浓度值变化,可以发现该单元内是一种好氧、厌氧和缺氧交替循环的状态。(4)在研究期间,高温期出水TN浓度值约为~(15).1 mg/L,去除率达到66.5%;低温期出水TN浓度值约为19.8 mg/L,去除率为61.4%。硝态氮在高温期和低温期都出现了不同程度的累积现象,尤其是低温期出水硝态氮浓度值达到了4.06mg/L。(5)课题选择在高温期和低温期分别对侧向潜流湿地的基质填料进行了高通量测序,分析了其中微生物的菌群结构和相对定量。结果发现:无论高温期或者低温期,侧向潜流湿地都存在非常丰富的微生物种类;高温期的主要菌属为Thiobacillus(硫杆菌)、Rhodocyclaceae(红环菌科)、Anaerolineaceae(厌氧绳菌纲)、Limnobacter(伯克氏菌属)等;低温期的主要菌属为Thiobacillus(硫杆菌)、Bacillus菌属、Lactococcus(乳球菌属)和Oceanobacillus等。(6)利用最大同源性方法鉴定与脱氮相关的细菌序列。通过比对发现在高温时检测到的脱氮相关的细菌序列有3~(15)9个,脱氮细菌含量占细菌总量的33.26%;而在低温时节检测得到的脱氮细菌序列更高,达到了8228个,脱氮细菌含量占细菌总量的41.93%。厌氧氨氧化细菌仅在高温期被检测出,共5个序列,隶属Candidatus_Brocadia菌属,占脱氮相关细菌的比例为0.16%。(7)利用~(15)N同位素标记,结合GC-MS检测生成的29N2、30N2的量进行推算,发现实验期间高温期和低温期侧向潜流湿地单元均存在有厌氧氨氧化反应,只是低温期反应活性及对脱氮的贡献较低。
【关键词】：人工湿地 微生物菌群结构 厌氧氨氧化 反硝化 ~(15)N同位素
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 我国水环境现状9
• 1.1.2 农村水环境现状9-10
• 1.2 人工湿地技术10-15
• 1.2.1 人工湿地定义及组成10-11
• 1.2.2 人工湿地的分类及特点11-12
• 1.2.3 人工湿地的发展应用12-13
• 1.2.4 人工湿地氮的去除途径13-15
• 1.3 厌氧氨氧化技术15-19
• 1.3.1 厌氧氨氧化反应15-16
• 1.3.2 厌氧氨氧化细菌16-18
• 1.3.3 厌氧氨氧化在不同系统中的研究18-19
• 1.4 微生物菌群结构研究19-22
• 1.4.1 微生物菌群结构研究现状19-20
• 1.4.2 微生物菌群结构分子生物学技术20-21
• 1.4.3 湿地系统微生物的菌群结构21-22
• 1.5 课题研究的意义、目的和主要内容22-25
• 1.5.1 课题的提出及其意义、目的22
• 1.5.2 课题研究的内容22-24
• 1.5.3 课题研究的技术路线24-25
• 2 清河农业园人工湿地污水厂介绍及研究方法25-39
• 2.1 清河农业园人工湿地污水厂介绍25-32
• 2.1.1 污水厂概况25
• 2.1.2 污水厂工艺流程25-27
• 2.1.3 清河片农业园人工湿地污水厂主要构筑物参数27-32
• 2.2 实验设计和测试方法32-39
• 2.2.1 人工湿地的水质监测32-33
• 2.2.2 侧向潜流湿地微生物菌群结构分析33-35
• 2.2.3 ~(15)N同位素标记测试35-39
• 3 复合型人工湿地污水厂运行效果分析39-53
• 3.1 复合型人工湿地运行状况及数据处理方法39
• 3.1.1 复合型人工湿地运行状况39
• 3.1.2 数据处理39
• 3.2 污水厂沿程各构筑污染物季节变化规律39-46
• 3.2.1 各构筑物理化指标变化规律40-42
• 3.2.2 各构筑物沿程非氮常规污染物季节变化规律42-44
• 3.2.3 沿程各构筑物氮污染物季节变化规律44-46
• 3.3 侧向潜流湿地主要污染物变化规律46-51
• 3.3.1 侧向潜流湿地非氮素污染物指标变化规律47-50
• 3.3.2 侧向潜流湿地中氮元素污染物的变化规律50-51
• 3.4 小结51-53
• 4 微生物菌群结构及厌氧氨氧化反应分析53-62
• 4.1 侧向潜流湿地微生物菌群结构结果分析53-59
• 4.1.1 高通量测序结果分析53-55
• 4.1.2 脱氮相关细菌的分析55-59
• 4.2 ~(15)N同位素实验结果分析59-61
• 4.2.1 水体中氮元素去除变化规律59-61
• 4.2.2 气体中氮元素去除变化规律61
• 4.3 小结61-62
• 5 结论与建议62-64
• 5.1 主要结论62-63
• 5.2 建议63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69

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本文编号：480659