硝化抑制剂硫脲对硝化过程的抑制特性研究

发布时间：2017-04-21 14:01

  本文关键词：硝化抑制剂硫脲对硝化过程的抑制特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氮肥是化肥用量中最多的肥料,而施入土壤中的氮肥又以铵态氮肥居多。施入土壤的铵态氮容易在硝化菌的作用下转化为亚硝态氮和硝态氮。亚硝态氮和硝态氮不易被作物吸收且在土壤中易发生迁移和淋溶作用进入水体,造成环境氮素污染。为了提高氮肥利用率,减少氮元素的损失,同时减轻环境污染,可抑制土壤中亚硝化、硝化过程的硝化抑制剂被大量施加进入土壤。硫脲就是国内外常用的一种硝化抑制剂,具有物理性质稳定,可溶于水,难生物降解等特性。硫脲与尿素基施时,在水稻、玉米作物中最高可达30%,在马铃薯、小麦中也有近20%的用量。我国作为农业大国,化肥用量高,硫脲的大量施用,极易造成累积。大量的硫脲在降雨或融雪冲刷作用下容易通过径流过程而汇入受纳水体,导致自然水体氮循环过程中氨氮向硝态氮的转变过程受阻,自净功能退化,对区域内农业生产、水资源利用、水生生物栖息地和流域水文特征造成巨大影响。同时,由于农村村镇雨污合流管道的存在,有部分硫脲随雨水进入污水处理厂,易造成硝化过程受抑制,使出水氨氮含量增高,难以达到排放要求,严重影响村镇污水处理厂的运行。因此,本文以硫脲作为抑制剂设计实验,考察硫脲对硝化反应的抑制作用,以期对改善自然水体氮循环和提高村镇污水处理厂处理能力提供支持。本文采用富集的硝化污泥,通过批次实验,研究了硫脲浓度为0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.3mg/L时,硫脲对硝化反应在p H、氨氮降解率、氨氮平均比降解速率、氨氮降解速率常数、溶解氧消耗速率等方面的影响。通过在污泥中连续120d投加硫脲进行驯化,考察硝化菌对硫脲是否具有适应性。并通过高通量分子测序,对未投加硫脲的对照组和投加硫脲驯化的实验组进行了对比分析。得到了如下结论:1.硫脲对硝化反应抑制作用明显。硫脲浓度分别为0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.3mg/L时,相同时间内,硝化反应终了p H随着硫脲浓度的增大而升高,从6.9升高至7.9;氨氮降解率随着硫脲浓度的升高而降低,在150min的反应时间内,从98%降低至42.1%;氨氮平均比降解速率随硫脲浓度的升高而降低,从0.145 mg NH_4~+-N/(g MLSS?min)降低至0.060mg NH_4~+-N/(g MLSS?min);氨氮降解速率常数随硫脲浓度的升高而降低,从0.032h-降低至0.013h-;溶解氧消耗速率随着硫脲浓度的升高而降低,从0.478 mg(O_2)/(g(MLSS)·min)降低至0.234 mg(O_2)/(g(MLSS)·min)。2.抑制剂硫脲对硝化细菌的抑制为非竞争性抑制。抑制常数EC50=KI=0.14 mg/L。3.硫脲对硝化反应的抑制主要以硝化反应的第一步,即氨氮氧化为亚硝态氮这一步为靶向环节,主要抑制亚硝化菌的活性。4.在持续添加硫脲的驯化过程中,污泥的理化性质如污泥浓度、SVI值以及污泥形态等均发生了改变。5.经过驯化,硝化菌产生了对抑制剂硫脲的适应性。经过长达120d的驯化,实验组的硝化污泥在各硫脲浓度下的抑制率,均小于未经过驯化的对照组,说明经过驯化,硝化菌产生了对硫脲的适应性。6.硝化菌的生存状态和种群结构发生了改变。在微生物群落多样性方面,添加硫脲的微生物物种个数比未添加硫脲多,但是添加硫脲以后降低了微生物的多样性。在未添加硫脲的好氧硝化污泥中,Weeksella、Luteibacter、Truepera属于优势菌属;添加硫脲以后,排名前三的优势菌属变为Luteibacter、Marinobacter、Ignavibacterium。其中Ignavibacterium是添加硫脲以后的特有菌。7.两个样品在微生物属类上具有较明显的差异,可见硫脲的添加使硝化反应微生物群落结构处于动态变化中,微生物呈现的多样性与活性污泥所处的环境成分有直接关系。
【关键词】：硝化反应 硝化抑制剂 硫脲 抑制动力学 菌群分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172;X703
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-12
• 符号说明12-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 选题背景与研究意义13-14
• 1.2 研究内容14
• 1.3 课题研究的创新点14-17
• 第二章 文献综述17-33
• 2.1 生物脱氮概述17-20
• 2.1.1 氮素污染的危害17
• 2.1.2 氮循环和生物脱氮工艺17-20
• 2.2 硝化作用20-24
• 2.2.1 生物硝化反应及其影响因素20-21
• 2.2.2 硝化菌的生物学特性21-22
• 2.2.3 硝化及抑制动力学模型22-24
• 2.3 硝化抑制剂研究进展24-28
• 2.3.1 硝化抑制剂常见种类24-26
• 2.3.2 硝化抑制剂的机理26-27
• 2.3.3 抑制剂硫脲研究进展27-28
• 2.4 高通量分子测序28-33
• 2.4.1 分子生物技术概述28-30
• 2.4.2 高通量测序技术及其现状30-33
• 第三章 实验思路与材料方法33-39
• 3.1 实验思路33-34
• 3.2 实验装置34-36
• 3.2.1 污泥培养装置34-35
• 3.2.2 动力学实验装置35-36
• 3.3 实验方法36-37
• 3.3.1 硝化菌的富集培养36-37
• 3.3.2 氨氮降解速率的测定37
• 3.3.3 溶解氧消耗速率的测定37
• 3.3.4 高通量分子测序37
• 3.4 测试项目及检测方法37-39
• 第四章 硫脲对硝化反应的抑制39-57
• 4.1 环境因素对硝化过程影响39-40
• 4.1.1 温度对硝化反应的影响39-40
• 4.1.2 pH对硝化反应的影响40
• 4.2 硫脲对硝化反应的影响40-48
• 4.2.1 硫脲对硝化过程中pH的影响40-41
• 4.2.2 硫脲对氨氮降解率的影响41-43
• 4.2.3 硫脲对氨氮降解速率的影响43-44
• 4.2.4 硫脲对硝化过程氧消耗速率的影响44-48
• 4.3 硫脲对硝化反应的抑制动力学48-56
• 4.3.1 硫脲抑制类型的确定48-52
• 4.3.2 硫脲抑制常数KI的求取52-54
• 4.3.3 硫脲对硝化抑制机理浅探54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 活性污泥系统对硫脲的适应性研究57-65
• 5.1 硫脲在硝化污泥中的降解情况57-58
• 5.2 污泥驯化中理化性质的变化58-60
• 5.2.1 污泥浓度的变化58-59
• 5.2.2 SVI值的变化59-60
• 5.3 硝化菌对硫脲适应性存在的确定60-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 微生物菌群分析65-73
• 6.1 微生物种类丰度和多样性65-67
• 6.2 微生物差异性分析67-68
• 6.3 微生物群落结构68-71
• 6.4 本章小结71-73
• 第七章 结论与建议73-75
• 7.1 结论73-74
• 7.2 建议74-75
• 参考文献75-87
• 致谢87-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录89

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本文编号：320470