电/磁场强化厌氧氨氧化及多菌群协同自养生物脱氮
发布时间:2022-10-11 14:37
厌氧氨氧化(ANaerobic AMMonia OXidizing,ANAMMOX)技术由于具有高效、低耗和环境友好等特性已在废水处理方面受到研究者们的广泛关注。完成ANAMMOX过程的细菌能够在厌氧条件下以亚硝酸氮为电子受体,将氨氮氧化生成氮气。这种生物脱氮技术的研究历程虽已有十余年的历史,但至今仍未广泛应用于工程实践,而限制该技术应用的主要瓶颈在于ANAMMOX细菌生长速率较低所导致的工艺启动时间漫长,以及ANAMMOX细菌生长条件苛刻所导致的工艺应用范围较窄等方面。 针对目前ANAMMOX研究中存在的问题,本文以在厌氧自养条件下长期培养的ANAMMOX菌群为研究对象,研究了通过采用外加电场和磁场提高ANAMMOX菌群活性来缩短工艺启动时间,以及开发以ANAMMOX技术为基础的多菌群耦合协同技术来扩大工艺应用范围的可行性。论文取得了一些创新性的研究成果,主要包括: (1)研究发现,外加磁场能够有效提高ANAMMOX菌群的厌氧氨氧化活性,进而缩短ANAMMOX反应器的启动时间。在磁场强度为16.8~95 mT范围内,ANAMMOX菌群的活性得到了显著提高:当强度为...
【文章页数】:145 页
【学位级别】:博士
【文章目录】:
摘要
Abstract
引言
1 ANAMMOX技术研究进展综述
1.1 ANAMMOX生物脱氮技术
1.1.1 ANAMMOX技术起源
1.1.2 ANAMMOX技术发展与现状
1.2 ANAMMOX微生物学研究进展
1.2.1 ANAMMOX细菌生化反应模型
1.2.2 ANAMMOX细菌生理学特性
1.2.3 ANAMMOX细菌多样性及16S rRNA系统发育分析
1.2.4 ANAMMOX细菌全球分布及生态位
1.3 基于ANAMMOX技术的生物脱氮工艺研究进展
1.3.1 ANAMMOX工艺
1.3.2 SHARON-ANAMMOX工艺
1.3.3 CANON工艺
1.3.4 DEAMOX工艺
1.3.5 ANAMMOX与反硝化回流联合工艺
1.3.6 硝化ANAMMOX与短程反硝化联合工艺
1.3.7 半硝化ANAMMOX与人工湿地处理技术联合工艺
1.3.8 半硝化ANAMMOX与土壤过滤系统联合工艺
1.4 ANAMMOX技术的工程应用现状
1.5 目前存在的问题
1.6 本论文研究的目的、意义和内容
1.6.1 研究目的和意义
1.6.2 研究内容
2 实验材料与分析方法
2.1 实验装置、运行条件及化学分析
2.1.1 实验装置
2.1.2 实验对象
2.1.3 实验水质
2.1.4 批式实验
2.1.5 实验分析项目及检测方法
2.2 生物膜微生物群落组成结构及动态变化解析
2.2.1 Percoll密度梯度离心
2.2.2 生物膜表面形态扫描电镜观察
2.2.3 生物膜菌群组成荧光原位杂交分析
2.2.4 生物膜细菌总DNA提取及纯化
2.2.5 生物膜细菌16S rRNA PCR扩增
2.2.6 生物膜菌群结构和动态变化变性梯度凝胶电泳解析
2.2.7 DGGE优势条带的回收、16S rRNA基因测序和系统发育分析
3 磁场强化ANAMMOX自养生物脱氮性能
3.1 引言
3.2 实验目的
3.3 实验部分
3.3.1 研究内容
3.3.2 实验装置
3.3.3 实验水质
3.3.4 实验分析项目及检测方法
3.4 结果与讨论
3.4.1 提高ANAMMOX菌群脱氮性能的最适磁场强度的确定
3.4.2 磁场对ANAMMOX反应器自养脱氮性能的影响
3.4.3 磁场对ANAMMOX反应器内微生物群落结构的影响
3.4.4 磁场对ANAMMOX反应器内功能性微生物群落组成的影响
3.4.5 磁场对ANAMMOX细菌作用机理初探
3.5 本章小结
4 电场强化ANAMMOX自养生物脱氮性能
4.1 前言
4.2 实验目的
4.3 实验部分
4.3.1 研究内容
4.3.2 实验装置
4.3.3 实验水质
4.3.4 实验分析项目及检测方法
4.4 结果与讨论
4.4.1 提高ANAMMOX菌群脱氮性能的最适电极电压的确定
4.4.2 电场对NAMMOX反应器自养脱氮性能的影响
4.4.3 电场对ANAMMOX反应器内微生物群落结构的影响
4.4.4 电场对ANAMMOX反应器内功能性微生物群落组成的影响
4.4.5 电场对ANAMMOX细菌作用机理初探
4.5 本章小结
5 以尿素为氮源的ANAMMOX过程
5.1 引言
5.2 实验目的
5.3 实验部分
5.3.1 研究内容
5.3.2 实验装置
5.3.3 实验水质
5.3.4 实验分析项目及检测方法
5.4 结果与讨论
5.4.1 以不同氮素形式为氮源的ANAMMOX反应器运行性能
5.4.2 纯ANAMMOX细菌的尿素氮去除性能
5.4.3 尿素水解细菌的分离、活性测定及系统发育分析
5.4.4 以尿素为氮源的ANAMMOX反应器内微生物群落组成分析
5.5 本章小结
6 以硫酸盐为底物的ANAMMOX过程
6.1 引言
6.2 实验目的
6.3 实验部分
6.3.1 研究内容
6.3.2 实验装置
6.3.3 实验水质
6.3.4 实验分析项目及检测方法
6.4 结果与讨论
6.4.1 ANAMMOX反应器自养生物脱氮性能
6.4.2 以(NH_4)_2SO_4为底物的厌氧批式实验
6.4.3 ANAMMOX反应器同时NH_4~+-N和SO_4~(2-)去除性能
6.4.4 以SO_4~(2-)为底物的ANAMMOX反应器内微生物群落结构解析
6.4.5 NH_4~+-N和SO_4~(2-)去除过程中功能性微生物菌种归属分析
6.5 本章小结
7 溶解氧存在条件下的ANAMMOX过程
7.1 引言
7.2 实验目的
7.3 实验部分
7.3.1 研究内容
7.3.2 实验装置
7.3.3 实验水质
7.3.4 实验分析项目及检测方法
7.4 结果与讨论
7.4.1 溶解氧存在条件下ANAMMOX反应器自养生物脱氮性能
7.4.2 ANAMMOX反应器生物膜的好氧厌氧批式实验
7.4.3 溶解氧存在条件下ANAMMOX反应器微生物群落结构解析
7.4.4 溶解氧存在条件下ANAMMOX反应器微生物群落组成分析
7.5 本章小结
8 盐度(NaCl)条件下完全自养脱氮过程
8.1 引言
8.2 实验目的
8.3 实验部分
8.3.1 研究内容
8.3.2 实验装置
8.3.3 实验水质
8.3.4 实验分析项目及检测方法
8.4 结果与讨论
8.4.1 无纺布生物转盘CANON反应器的启动
8.4.2 CANON工艺运行过程中最适盐(NaCl)浓度的确定
8.4.3 盐度(NaCl)条件下CANON反应器的运行性能
8.4.4 CANON反应器微生物生物膜群落结构解析
8.4.5 CANON反应器生物膜微生物群落组成分析
8.5 本章小结
9 结论与创新点
9.1 结论
9.2 创新点
10 今后工作建议
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】:
期刊论文
[1]厌氧氨氧化生物脱氮技术的演变、机理及研究进展[J]. 孙洪伟,彭永臻,王淑莹,杨庆,侯红勋. 工业用水与废水. 2008(01)
[2]厌氧氨氧化工艺在废水脱氮领域中的应用进展[J]. 宫玥,吴立波. 中国沼气. 2007(05)
[3]厌氧氨氧化技术工程化的全球现状及展望[J]. 郝晓地,仇付国,W·R·L·van der Star,M·C·M·van Loosdrecht. 中国给水排水. 2007(18)
[4]ANAMMOX菌的微生物学研究进展[J]. 赵志宏,李小明,廖德祥,邓嫔,李旭. 微生物学通报. 2007(01)
[5]两种Anammox反应器性能的对比研究[J]. 胡宝兰,陈旭良,郑平,周尚兴,丁革胜. 环境科学学报. 2005(04)
[6]接种不同普通污泥的厌氧氨氧化反应器的启动运行研究[J]. 杨洋,左剑恶,沈平,顾夏声. 环境科学. 2004(S1)
[7]Anammox transited from denitrification in upflow biofilm reactor[J]. ZHANG Shao-hui, ZHENG Ping*, HUA Yu-mei (Department of Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China.. Journal of Environmental Sciences. 2004(06)
[8]厌氧氨氧化工艺在UASB反应器中的启动运行研究[J]. 左剑恶,杨洋,蒙爱红,有沈平. 上海环境科学. 2003(10)
[9]厌氧氨氧化工艺在UASB反应器中的启动运行研究[J]. 左剑恶,杨洋,蒙爱红,有沈平. 上海环境科学. 2003 (10)
[10]厌氧氨氧化菌好氧代谢特性的研究[J]. 郑平,胡宝兰,徐向阳. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2000(05)
本文编号:3690751
【文章页数】:145 页
【学位级别】:博士
【文章目录】:
摘要
Abstract
引言
1 ANAMMOX技术研究进展综述
1.1 ANAMMOX生物脱氮技术
1.1.1 ANAMMOX技术起源
1.1.2 ANAMMOX技术发展与现状
1.2 ANAMMOX微生物学研究进展
1.2.1 ANAMMOX细菌生化反应模型
1.2.2 ANAMMOX细菌生理学特性
1.2.3 ANAMMOX细菌多样性及16S rRNA系统发育分析
1.2.4 ANAMMOX细菌全球分布及生态位
1.3 基于ANAMMOX技术的生物脱氮工艺研究进展
1.3.1 ANAMMOX工艺
1.3.2 SHARON-ANAMMOX工艺
1.3.3 CANON工艺
1.3.4 DEAMOX工艺
1.3.5 ANAMMOX与反硝化回流联合工艺
1.3.6 硝化ANAMMOX与短程反硝化联合工艺
1.3.7 半硝化ANAMMOX与人工湿地处理技术联合工艺
1.3.8 半硝化ANAMMOX与土壤过滤系统联合工艺
1.4 ANAMMOX技术的工程应用现状
1.5 目前存在的问题
1.6 本论文研究的目的、意义和内容
1.6.1 研究目的和意义
1.6.2 研究内容
2 实验材料与分析方法
2.1 实验装置、运行条件及化学分析
2.1.1 实验装置
2.1.2 实验对象
2.1.3 实验水质
2.1.4 批式实验
2.1.5 实验分析项目及检测方法
2.2 生物膜微生物群落组成结构及动态变化解析
2.2.1 Percoll密度梯度离心
2.2.2 生物膜表面形态扫描电镜观察
2.2.3 生物膜菌群组成荧光原位杂交分析
2.2.4 生物膜细菌总DNA提取及纯化
2.2.5 生物膜细菌16S rRNA PCR扩增
2.2.6 生物膜菌群结构和动态变化变性梯度凝胶电泳解析
2.2.7 DGGE优势条带的回收、16S rRNA基因测序和系统发育分析
3 磁场强化ANAMMOX自养生物脱氮性能
3.1 引言
3.2 实验目的
3.3 实验部分
3.3.1 研究内容
3.3.2 实验装置
3.3.3 实验水质
3.3.4 实验分析项目及检测方法
3.4 结果与讨论
3.4.1 提高ANAMMOX菌群脱氮性能的最适磁场强度的确定
3.4.2 磁场对ANAMMOX反应器自养脱氮性能的影响
3.4.3 磁场对ANAMMOX反应器内微生物群落结构的影响
3.4.4 磁场对ANAMMOX反应器内功能性微生物群落组成的影响
3.4.5 磁场对ANAMMOX细菌作用机理初探
3.5 本章小结
4 电场强化ANAMMOX自养生物脱氮性能
4.1 前言
4.2 实验目的
4.3 实验部分
4.3.1 研究内容
4.3.2 实验装置
4.3.3 实验水质
4.3.4 实验分析项目及检测方法
4.4 结果与讨论
4.4.1 提高ANAMMOX菌群脱氮性能的最适电极电压的确定
4.4.2 电场对NAMMOX反应器自养脱氮性能的影响
4.4.3 电场对ANAMMOX反应器内微生物群落结构的影响
4.4.4 电场对ANAMMOX反应器内功能性微生物群落组成的影响
4.4.5 电场对ANAMMOX细菌作用机理初探
4.5 本章小结
5 以尿素为氮源的ANAMMOX过程
5.1 引言
5.2 实验目的
5.3 实验部分
5.3.1 研究内容
5.3.2 实验装置
5.3.3 实验水质
5.3.4 实验分析项目及检测方法
5.4 结果与讨论
5.4.1 以不同氮素形式为氮源的ANAMMOX反应器运行性能
5.4.2 纯ANAMMOX细菌的尿素氮去除性能
5.4.3 尿素水解细菌的分离、活性测定及系统发育分析
5.4.4 以尿素为氮源的ANAMMOX反应器内微生物群落组成分析
5.5 本章小结
6 以硫酸盐为底物的ANAMMOX过程
6.1 引言
6.2 实验目的
6.3 实验部分
6.3.1 研究内容
6.3.2 实验装置
6.3.3 实验水质
6.3.4 实验分析项目及检测方法
6.4 结果与讨论
6.4.1 ANAMMOX反应器自养生物脱氮性能
6.4.2 以(NH_4)_2SO_4为底物的厌氧批式实验
6.4.3 ANAMMOX反应器同时NH_4~+-N和SO_4~(2-)去除性能
6.4.4 以SO_4~(2-)为底物的ANAMMOX反应器内微生物群落结构解析
6.4.5 NH_4~+-N和SO_4~(2-)去除过程中功能性微生物菌种归属分析
6.5 本章小结
7 溶解氧存在条件下的ANAMMOX过程
7.1 引言
7.2 实验目的
7.3 实验部分
7.3.1 研究内容
7.3.2 实验装置
7.3.3 实验水质
7.3.4 实验分析项目及检测方法
7.4 结果与讨论
7.4.1 溶解氧存在条件下ANAMMOX反应器自养生物脱氮性能
7.4.2 ANAMMOX反应器生物膜的好氧厌氧批式实验
7.4.3 溶解氧存在条件下ANAMMOX反应器微生物群落结构解析
7.4.4 溶解氧存在条件下ANAMMOX反应器微生物群落组成分析
7.5 本章小结
8 盐度(NaCl)条件下完全自养脱氮过程
8.1 引言
8.2 实验目的
8.3 实验部分
8.3.1 研究内容
8.3.2 实验装置
8.3.3 实验水质
8.3.4 实验分析项目及检测方法
8.4 结果与讨论
8.4.1 无纺布生物转盘CANON反应器的启动
8.4.2 CANON工艺运行过程中最适盐(NaCl)浓度的确定
8.4.3 盐度(NaCl)条件下CANON反应器的运行性能
8.4.4 CANON反应器微生物生物膜群落结构解析
8.4.5 CANON反应器生物膜微生物群落组成分析
8.5 本章小结
9 结论与创新点
9.1 结论
9.2 创新点
10 今后工作建议
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】:
期刊论文
[1]厌氧氨氧化生物脱氮技术的演变、机理及研究进展[J]. 孙洪伟,彭永臻,王淑莹,杨庆,侯红勋. 工业用水与废水. 2008(01)
[2]厌氧氨氧化工艺在废水脱氮领域中的应用进展[J]. 宫玥,吴立波. 中国沼气. 2007(05)
[3]厌氧氨氧化技术工程化的全球现状及展望[J]. 郝晓地,仇付国,W·R·L·van der Star,M·C·M·van Loosdrecht. 中国给水排水. 2007(18)
[4]ANAMMOX菌的微生物学研究进展[J]. 赵志宏,李小明,廖德祥,邓嫔,李旭. 微生物学通报. 2007(01)
[5]两种Anammox反应器性能的对比研究[J]. 胡宝兰,陈旭良,郑平,周尚兴,丁革胜. 环境科学学报. 2005(04)
[6]接种不同普通污泥的厌氧氨氧化反应器的启动运行研究[J]. 杨洋,左剑恶,沈平,顾夏声. 环境科学. 2004(S1)
[7]Anammox transited from denitrification in upflow biofilm reactor[J]. ZHANG Shao-hui, ZHENG Ping*, HUA Yu-mei (Department of Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China.. Journal of Environmental Sciences. 2004(06)
[8]厌氧氨氧化工艺在UASB反应器中的启动运行研究[J]. 左剑恶,杨洋,蒙爱红,有沈平. 上海环境科学. 2003(10)
[9]厌氧氨氧化工艺在UASB反应器中的启动运行研究[J]. 左剑恶,杨洋,蒙爱红,有沈平. 上海环境科学. 2003 (10)
[10]厌氧氨氧化菌好氧代谢特性的研究[J]. 郑平,胡宝兰,徐向阳. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2000(05)
本文编号:3690751
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