废水厌氧同时反硝化产甲烷过程耦合特性及微生物群落结构和功能研究
发布时间：2020-12-29 10:10
近年来,随着全球工业化和城市化脚步的加快,水体中有机污染物组分日趋复杂、难降解污染物比例提升,氮、磷等营养物质增多,对传统水污染控制技术提出了挑战,在过去的十多年里,耦合处理技术因其可在更少的反应器内实现有机碳、氮、磷和硫等物质同除、有效缩短工艺流程、降低资源和能源消耗等优势而备受广大研究者的青睐。耦合处理技术,尤其是废水厌氧同时反硝化产甲烷技术,在单一反应器中实现反硝化和产甲烷过程适度耦合,促进菌群生物链式协同,有效提升体系稳定性及污染物去除效率。然而目前对同时反硝化产甲烷耦合过程代谢特性、耦合颗粒污泥物化特征及微生物群落结构和多样性、耦合机理等认识不足,在某种程度上限制了它的广泛应用。本研究中将体系碳氮比（COD/NO3--N）作为调控对象,借助短周期批实验和长周期连续实验探究不同调控方式下耦合过程代谢特性、颗粒污泥特征以及微生物群落结构和动态演替规律,以期初步揭示其代谢过程耦合机理。本文具体研究内容及主要研究成果如下:（1）不同碳氮比条件对厌氧产甲烷体系代谢特性影响研究。投加不等质量硝酸盐控制基质中碳氮比（COD/NO3--N）开展短时批实验,选取体系中pH和ORP值、氮素和产甲...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
厌氧消化四阶段理论示意图
还原并转化为氮气，实现脱除，多发生在缺氧条件下，然而常规生物反硝化技术流程长、物质能源消耗大，受限于进水中优质碳源匮乏，稳定性低，考虑到产甲烷和生物反硝化代谢条件接近（缺氧或厌氧条件），有研究者提出将含有 NOx--N（NO2--N 和 NO3--N）的好氧段出水回流至前段产甲烷反应器中，尝试在单一反应器中实现同时反硝化产甲烷[38]，实现厌氧生物处理功能拓展和效率提升。在有硝态氮和有机碳源同时存在的厌氧处理体系中，其体系中代谢过程更为多样，复杂易发酵有机物转化为脂肪酸和醇类后，进而被产氢产乙酸菌群及同型产乙酸菌群转化为乙酸、H2和 CO2，与氮素转化相关菌群能将上述各种有机物作为碳源、亚硝态氮和硝态氮等的转化过程，与上述产氢产乙酸及产甲烷菌菌群构成竞争。除氮素同化作用外，体系中氮素转化存在如下代谢途径：有机氮厌氧氨化作用、硝态氮或亚硝态氮反硝化和异化还原成铵（Dissimilatory Nitrate Reduction toAmmonium, DNRA）[39-41]，详见图 1-2，其中异化还原成铵（DNRA）过程主要发生在含碳丰富、电子受体缺乏的环境中[42]。
图 1-3. 耦合过程中颗粒污泥代谢模型Metabolic model of simultaneous denitrification and methanogenesis granm 和 Gupta 等[62]认为附着生长在污泥颗粒表面的反硝化菌和兼性厌氧甲烷颗粒污泥和同时反硝化产甲烷耦合过程的核心。大学孙寓姣等[63]用克隆文库法探究成熟同时反硝化产甲烷颗粒污泥细菌）群落结构，其结果表明细菌菌群占全部菌群 73.3%，其中以 bacteria）和 CFB 类群（Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides bacte菌菌群，耦合过程中伴随着菌群结构的演替，尤其是发酵菌群，如coccus）的生长增殖；甲烷髦毛菌（Methanosaeta）和产甲烷杆菌（Metha菌菌群，分别占全部古菌数量的 71.59%和 22.73%。阳等[64]利用定量 PCR（qPCR）和非度量多维尺度统计分析（NMS）盐氮或亚硝酸盐氮条件下同时反硝化产甲烷系统中微生物菌群构成
【参考文献】：
期刊论文
[1]高通量测序与DGGE在细菌群落分析中的相关性研究[J]. 涂祖新,白亚妮,张莉莉,郑国华,孙然. 江西科学. 2016(05)
[2]宏基因组学在环境工程领域的应用及研究进展[J]. 邓晔,冯凯,魏子艳,刘文宗,梁玉婷,金德才. 环境工程学报. 2016(07)
[3]分子生物学方法在环境微生物生态学中的应用研究进展[J]. 姬洪飞,王颖. 生态学报. 2016(24)
[4]产甲烷古菌研究进展[J]. 承磊,郑珍珍,王聪,张辉. 微生物学通报. 2016(05)
[5]百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析[J]. 田美,刘汉湖,申欣,赵方庆,陈帅,姚永佳. 环境科学. 2015(05)
[6]产甲烷生化代谢途径研究进展[J]. 方晓瑜,李家宝,芮俊鹏,李香真. 应用与环境生物学报. 2015(01)
[7]聚合酶链式反应(PCR)技术在环境监测中的应用[J]. 高琼. 安徽农业科学. 2014(36)
[8]高通量测序和DGGE分析土壤微生物群落的技术评价[J]. 夏围围,贾仲君. 微生物学报. 2014(12)
[9]废水厌氧处理反应器功能拓展研究进展[J]. 徐恒,汪翠萍,王凯军. 农业工程学报. 2014(18)
[10]硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究[J]. 钟晨宇,叶杰旭,李若愚,陈胜,孙德智. 环境科学. 2012(12)
博士论文
[1]废水处理系统中重要功能类群Thauera属种群结构与功能的研究[D]. 毛跃建.上海交通大学 2009
本文编号：2945465
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
厌氧消化四阶段理论示意图
还原并转化为氮气，实现脱除，多发生在缺氧条件下，然而常规生物反硝化技术流程长、物质能源消耗大，受限于进水中优质碳源匮乏，稳定性低，考虑到产甲烷和生物反硝化代谢条件接近（缺氧或厌氧条件），有研究者提出将含有 NOx--N（NO2--N 和 NO3--N）的好氧段出水回流至前段产甲烷反应器中，尝试在单一反应器中实现同时反硝化产甲烷[38]，实现厌氧生物处理功能拓展和效率提升。在有硝态氮和有机碳源同时存在的厌氧处理体系中，其体系中代谢过程更为多样，复杂易发酵有机物转化为脂肪酸和醇类后，进而被产氢产乙酸菌群及同型产乙酸菌群转化为乙酸、H2和 CO2，与氮素转化相关菌群能将上述各种有机物作为碳源、亚硝态氮和硝态氮等的转化过程，与上述产氢产乙酸及产甲烷菌菌群构成竞争。除氮素同化作用外，体系中氮素转化存在如下代谢途径：有机氮厌氧氨化作用、硝态氮或亚硝态氮反硝化和异化还原成铵（Dissimilatory Nitrate Reduction toAmmonium, DNRA）[39-41]，详见图 1-2，其中异化还原成铵（DNRA）过程主要发生在含碳丰富、电子受体缺乏的环境中[42]。
图 1-3. 耦合过程中颗粒污泥代谢模型Metabolic model of simultaneous denitrification and methanogenesis granm 和 Gupta 等[62]认为附着生长在污泥颗粒表面的反硝化菌和兼性厌氧甲烷颗粒污泥和同时反硝化产甲烷耦合过程的核心。大学孙寓姣等[63]用克隆文库法探究成熟同时反硝化产甲烷颗粒污泥细菌）群落结构，其结果表明细菌菌群占全部菌群 73.3%，其中以 bacteria）和 CFB 类群（Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides bacte菌菌群，耦合过程中伴随着菌群结构的演替，尤其是发酵菌群，如coccus）的生长增殖；甲烷髦毛菌（Methanosaeta）和产甲烷杆菌（Metha菌菌群，分别占全部古菌数量的 71.59%和 22.73%。阳等[64]利用定量 PCR（qPCR）和非度量多维尺度统计分析（NMS）盐氮或亚硝酸盐氮条件下同时反硝化产甲烷系统中微生物菌群构成
【参考文献】：
期刊论文
[1]高通量测序与DGGE在细菌群落分析中的相关性研究[J]. 涂祖新,白亚妮,张莉莉,郑国华,孙然. 江西科学. 2016(05)
[2]宏基因组学在环境工程领域的应用及研究进展[J]. 邓晔,冯凯,魏子艳,刘文宗,梁玉婷,金德才. 环境工程学报. 2016(07)
[3]分子生物学方法在环境微生物生态学中的应用研究进展[J]. 姬洪飞,王颖. 生态学报. 2016(24)
[4]产甲烷古菌研究进展[J]. 承磊,郑珍珍,王聪,张辉. 微生物学通报. 2016(05)
[5]百乐克(BIOLAK)活性污泥宏基因组的生物多样性及功能分析[J]. 田美,刘汉湖,申欣,赵方庆,陈帅,姚永佳. 环境科学. 2015(05)
[6]产甲烷生化代谢途径研究进展[J]. 方晓瑜,李家宝,芮俊鹏,李香真. 应用与环境生物学报. 2015(01)
[7]聚合酶链式反应(PCR)技术在环境监测中的应用[J]. 高琼. 安徽农业科学. 2014(36)
[8]高通量测序和DGGE分析土壤微生物群落的技术评价[J]. 夏围围,贾仲君. 微生物学报. 2014(12)
[9]废水厌氧处理反应器功能拓展研究进展[J]. 徐恒,汪翠萍,王凯军. 农业工程学报. 2014(18)
[10]硝酸盐对厌氧生物膜和颗粒污泥的同时产甲烷反硝化性能影响研究[J]. 钟晨宇,叶杰旭,李若愚,陈胜,孙德智. 环境科学. 2012(12)
博士论文
[1]废水处理系统中重要功能类群Thauera属种群结构与功能的研究[D]. 毛跃建.上海交通大学 2009
本文编号：2945465
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