生物过滤处理模拟海水养殖废水试验研究

发布时间：2017-08-16 22:19

  本文关键词：生物过滤处理模拟海水养殖废水试验研究

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【摘要】：海水养殖已成为最重要的蛋白质来源之一,随着养殖规模和养殖强度的增加,海水养殖日趋规模化和工业化,导致废水排放量迅速增加,并具有水量大、强度高和治理难等特点。大量的海水养殖废水进入海洋水体后,会导致海水中营养盐含量急剧升高,藻类等异常繁殖,赤潮频发,并对海洋物种多样性造成破坏,带来严重的海洋环境污染问题。基于此,本课题针对海水养殖废水的排放特点,通过小试试验考察天然滤料(沸石、火山岩、陶粒)在不同盐度条件下的氨氮吸附性能;结合经济成本分析,选择了沸石滤料生物滤池作为主要研究对象,通过接种不同的污泥种泥,对比考察了不同的进水盐度条件下,沸石生物滤池的挂膜启动及污染物去除情况;在稳定运行的基础上,通过调节运行条件,探究了不同工况下生物滤池的工艺特性;最后,采用PCR-DGGE等分子生物学技术,考察在反应器稳定运行后,系统内微生物种群结构变化规律研究。研究结果表明,随着盐度的增加,火山岩、沸石和陶粒滤料的氨氮吸附性能普遍有所降低,且达到吸附平衡的时间延长。沸石滤料从50min延长到90min,火山岩滤料从30min延长到80min,陶粒滤料从20min延长到90min。盐度为0g/L下,以上三种滤料对氨氮的吸附等温线都更符合Freundlich方程,表明三种滤料既有单层吸附还有多层吸附。随着盐度增加到30g/L,沸石、火山岩对氨氮的吸附既有单层吸附还有多层吸附,陶粒滤料对氨氮的吸附以单层吸附为主。三种滤料在盐度为0g/L下及达到30g/L后,对氨氮的吸附动力学均可以采用准二级吸附动力学模型加以描述。盐度条件下沸石对氨氮吸附效果依然优于火山岩和陶粒,因此,在后续研究中选择沸石作为主要的考察对象。在盐度为30g/L的稳定进水条件下,利用海底底泥和普通活性污泥为种泥,启动1#(接种海底底泥)和2#(接种普通活性污泥)生物滤池反应器,两个模型反应器分别于39天和35天挂膜成功,且2#出水效果好于1#;在进水盐度逐渐升高(从0逐渐增加至30g/L)的启动条件下,3#(接种海底底泥)、4#(接种活性污泥)反应器完成挂膜的启动时间为60和65天,且3#出水效果好于4#。对比1#和3#,2#和4#说明,不论接种普通活性污泥还是海底底泥,对生物滤池的启动时间影响不大,但是直接在高盐度进水条件下启动,有利于耐盐嗜盐微生物的驯化富集,可以有效缩短反应器启动时间。在HRT为30min,气水比为3:1,水温20℃左右时,考察了稳定运行阶段生物滤池对污染物的去除效果。结果表明,1#、2#、3#、4#反应器氨氮平均去除率分别为91%、95.7%、96.5%、88.1%;亚硝态氮平均去除率分别为89.2%、94.8%、97.2%、84.9%;对高锰酸盐指数的平均去除率分别为49.86%、53.9%、54.5%、48.1%。本试验考察范围内,随着温度的升高,生物滤池对氨氮和高锰酸盐指数的去除效果表现出逐渐增强的趋势。通过调整气水比与水力停留时间,考察了模型反应器对氨氮和高锰酸盐指数的去除效果。综合考虑实际工程中的经济成本和处理要求,选择最佳气水比为3:1,最佳水力停留时间为30min,此时出水的氨氮浓度满足海水养殖废水的排放要求。在氨氮冲击负荷条件下,生物滤池对氨氮和高锰酸盐指数的去除稳定,说明生物滤池具有抗氨氮冲击负荷的能力;随着有机物冲击负荷的不断升高,模型反应器对高锰酸盐指数的去除率逐渐升高,而氨氮去除率却出现了下降的趋势,这是由于硝化细菌与异养菌之间存在对溶解氧、营养物质的竞争,从而影响硝化作用的速率。分子生物学分析结果表明,不同的进水方式下接种不同污泥,模型反应器在完成启动30天后,滤池中微生物群落具有良好的丰度,1#、2#、3#、4#样品的香农多样性指数分别为2.65、2.88、2.84、2.85。生物种群相似性分析表明,接种污泥对生物菌群的影响小于启动方式。进水盐度30g/L下生物滤池完成启动30天后,系统中优势种群主要有变形菌门(Proteobacteria)中的Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria菌纲、拟杆菌门(Bacteroidetes)中的黄杆菌纲(Flavobacteriia)以及厚壁菌门(Firmicutes)中的芽孢杆菌纲(Bacilli);进水盐度逐渐升高下生物滤池完成启动30天后,主要的优势种群为γ-变形菌纲中的海洋螺菌目(Oceanospirillales)和硝化菌属(Nitrobacter)、拟杆菌门(Bacteroidetes)中的黄杆菌纲(Flavobacteriia)、厚壁菌门(Firmicutes)中的芽孢杆菌纲(Bacilli)和梭菌纲(Clostridia)。
【关键词】：海水养殖废水 滤料吸附 生物滤池 盐度 微生物种群结构
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X714
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题研究背景13-15
• 1.1.1 我国海水养殖业发展现状13-14
• 1.1.2 海水养殖废水的来源、组成与危害14-15
• 1.2 海水养殖废水的处理方法15-19
• 1.2.1 海水养殖废水物理处理技术15
• 1.2.2 海水养殖废水化学处理技术15-16
• 1.2.3 海水养殖废水生物处理技术16-19
• 1.3 生物过滤技术研究现状19-20
• 1.3.1 生物滤池去除原理及特点19-20
• 1.3.2 生物过滤在海水养殖废水处理中的应用20
• 1.4 课题研究的目的、意义与内容20-23
• 1.4.1 研究的目的、意义20-21
• 1.4.2 课题研究的主要内容21-23
• 第二章 试验材料和方法23-29
• 2.1 试验设计23
• 2.2 试验材料和装置23-25
• 2.2.1 试验材料23-24
• 2.2.2 试验装置24-25
• 2.3 试验方法25-29
• 2.3.1 试验用水水质25
• 2.3.2 试验主要仪器25
• 2.3.3 常规水质分析方法25-26
• 2.3.4 分子生物学分析方法26-29
• 第三章 不同盐度条件下生物滤料对氨氮的吸附特性研究29-49
• 3.1 生物滤料的性能及技术经济分析29-32
• 3.1.1 生物滤料的结构及组成29-30
• 3.1.2 生物滤料的稳定性30-31
• 3.1.3 经济成本分析31-32
• 3.2 盐度为 0g/L时生物滤料对氨氮的吸附特性研究32-38
• 3.2.1 盐度为 0g/L时生物滤料的氨氮吸附效果32-33
• 3.2.2 盐度为 0g/L时生物滤料的氨氮等温吸附拟合与动力学特性33-38
• 3.3 盐度升高条件下生物滤料对氨氮的吸附特性研究38-47
• 3.3.1 盐度升高条件下生物滤料的氨氮吸附效果38-40
• 3.3.2 盐度升高条件下生物滤料对氨氮的等温吸附拟合及动力学特性40-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 沸石生物滤池处理模拟海水养殖废水的启动特性49-65
• 4.1 挂膜启动方式49-50
• 4.2 不同盐度条件下两种挂膜启动方式生物滤池的处理效果50-59
• 4.2.1 盐度为 30g/L下生物滤池的启动处理效果50-55
• 4.2.2 盐度升高条件下接种不同污泥生物滤池的启动处理效果55-59
• 4.3 影响海水养殖废水处理沸石生物滤池启动的主要因素分析59-61
• 4.4 启动期间沸石生物滤池的生物相特征61-62
• 4.5 本章小结62-65
• 第五章 沸石生物滤池对模拟海水养殖废水的处理效果及运行特性65-81
• 5.1 沸石生物滤池对模拟海水养殖废水的处理效果65-67
• 5.1.1 对氨氮的处理效果65-66
• 5.1.2 对亚硝态氮的处理效果66-67
• 5.1.3 对高锰酸盐指数的处理效果67
• 5.2 影响沸石生物滤池处理模拟海水养殖废水效果的主要因素67-78
• 5.2.1 温度68-70
• 5.2.2 水力停留时间70-73
• 5.2.3 气水比73-76
• 5.2.4 冲击负荷76-78
• 5.3 本章小结78-81
• 第六章 沸石生物滤池处理模拟海水养殖废水的微生物种群结构研究81-91
• 6.1 总DNA的提取及电泳检测81-82
• 6.2 生物种群结构分析82-89
• 6.2.1 16S rDNA PCR扩增82
• 6.2.2 16S rDNA PCR产物DGGE分析82-84
• 6.2.3 微生物种群相似性和聚类分析84-86
• 6.2.4 优势种群系统发育分析86-89
• 6.3 本章小结89-91
• 第七章 结论与建议91-93
• 7.1 结论91-92
• 7.2 建议92-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-101
• 附录101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨宇峰;王庆;聂湘平;王朝晖;;海水养殖发展与渔业环境管理研究进展[J];暨南大学学报(自然科学与医学版);2012年05期

2 卢芳芳;洪俊明;尹娟;;缺氧动态膜生物反应器在淡水/海水养殖废水处理中的运行效果[J];化工进展;2011年11期

3 谭万春;王云波;孙士权;吴方同;;沸石用于水中有机微污染物质的去除[J];非金属矿;2011年02期

4 熊毅;赵t，

本文编号：685835