基于信号分子AHLs检测的微氧废水处理系统脱氮机制研究

发布时间：2017-09-12 02:31

  本文关键词：基于信号分子AHLs检测的微氧废水处理系统脱氮机制研究

  更多相关文章： 生物脱氮 群体感应 信号分子 酰基高丝氨酸内酯(AHLs) 厌氧氨氧化 碳氮比

【摘要】：养猪废水具有高氨氮低C/N比的特征,处理难度大,尤其是脱氮更加困难。课题组在进行干清粪养猪废水处理技术研究中,开发出了处理高氨氮低C/N比养猪废水的升流式微氧活性污泥处理装置(UMSR),具有高效碳氮去除效能,但对其生物脱氮机制的了解还不深入。与生物脱氮相关的主要功能菌群大多是革兰氏阴性(G-)细菌,可以通过分泌酰基高丝氨酸内酯类(AHLs)信号分子,刺激菌群的生长和代谢活性,这就是群体感应现象。本文以UMSR系统及其活性污泥为对象,研究了微氧生物处理系统主要功能菌群代谢活性及其关键信号分子,进一步揭示了微氧系统的生物脱氮机制。为准确高效地检测UMSR微氧生物处理系统的AHLs,首先建立了超高效液相色谱串联质谱法,可同时检测G-菌群的9种AHLs信号分子。检测时间仅需6.5 min,检出限为0.01~0.5μg/L,回收率高,相对标准偏差小。对UMSR系统中AHLs的跟踪检测结果说明,系统中存在包括自养反硝化和异养反硝化等多种脱氮途径,其中,厌氧氨氧化是最为核心的脱氮机制。挥发性脂肪酸和尿素等水解产物形成的C/N比环境会对UMSR的脱氮效能产生显著影响。经实验表明,适当提高C/N比可以有效提高系统的脱氮效率,而过高的C/N比会对厌氧氨氧化产生严重抑制。对于UMSR系统,将进水COD/TN控制在1以下比较适宜。在尿素存在情况下,UMSR活性污泥的脱氮机制仍以厌氧氨氧化为主,尿素的增加,会严重抑制活性污泥的厌氧氨氧化作用,但仍可保持着较高的短程反硝化代谢活性。对UMSR活性污泥的间歇培养试验表明,不同的AHLs对于活性污泥的代谢特征具有指示意义。其中,C14-HSL是UMSR活性污泥异养代谢的关键信号分子,C6-HSL和3-oxo-C8-HSL是好氧呼吸的关键信号分子,而C4-HSL则是发酵的关键信号分子,而C14-HSL表征着异养菌和亚硝酸盐还原活性的强弱。研究发现,3-oxo-C14-HSL和C14-HSL是厌氧氨氧化作用的关键信号分子,二者的浓度比值可以表征厌氧氨氧化细菌的代谢活性。当3-oxo-C14-HSL/C14-HSL1时,厌氧氨氧化作用则可以顺利进行;当3-oxo-C14-HSL/C14-HSL1时,厌氧氨氧化作用会受到抑制;3-oxo-C14-HSL的积累水平越高,厌氧氨氧化作用受到的抑制作用越强。
【关键词】：生物脱氮 群体感应 信号分子 酰基高丝氨酸内酯(AHLs) 厌氧氨氧化 碳氮比
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题背景及目的和意义10-11
• 1.1.1 课题研究的背景10-11
• 1.1.2 课题研究的目的和意义11
• 1.2 废水生物脱氮机制研究现状11-16
• 1.2.1 全程硝化反硝化12-13
• 1.2.2 短程硝化反硝化13-14
• 1.2.3 厌氧氨氧化14-16
• 1.2.4 生物脱氮功能菌群16
• 1.3 微生物的群体感应研究现状16-23
• 1.3.1 群体感应现象和信号分子的概述16-18
• 1.3.2 群体感应系统的研究现状18-21
• 1.3.3 AHLs类信号分子的检测21-23
• 1.4 课题的主要研究内容23-25
• 第2章 实验材料与方法25-30
• 2.1 实验仪器与试剂25-26
• 2.1.1 实验仪器25
• 2.1.2 实验试剂25-26
• 2.2 微氧脱氮系统与污泥样品采集26-27
• 2.2.1 UMSR反应器26
• 2.2.2 实验用废水26-27
• 2.2.3 UMSR运行状态 与污泥采集27
• 2.3 分析项目与检测法27-28
• 2.3.1 常规分析项目27-28
• 2.3.2 群体感应信号分子AHLs的检测方法28
• 2.4 活性污泥培养系统的构建28-30
• 2.4.1 培养基28
• 2.4.2 培养基的配置28-29
• 2.4.3 培养系统的构建与培养29-30
• 第3章 信号分子AHLS定量检测方法的建立30-41
• 3.1 信号分子的选择与样品前处理方法30
• 3.1.1 信号分子的选择30
• 3.1.2 样品前处理方法30
• 3.2 UPLC-MS/MS检测条件的确定30-31
• 3.2.1 色谱条件30-31
• 3.2.2 质谱条件31
• 3.3 检测条件的优化31-33
• 3.3.1 色谱条件的优化31
• 3.3.2 质谱条件的优化31-32
• 3.3.3 样品前处理方法的优化32-33
• 3.4 检测性能评估33-35
• 3.4.1 线性关系与检出限33-34
• 3.4.2 准确度和精密度34-35
• 3.5 UMSR的运行效果与检测方法的实用性验证35-39
• 3.5.1 悬浮污泥UMSR系统的污染物去除35-37
• 3.5.2 生物膜UMSR系统的污染物去除37-38
• 3.5.3 UMSR在运行阶段中的信号分子AHLs变化38-39
• 3.6 本章小结39-41
• 第4章 UMSR活性污泥功能菌群的代谢活性及其关键信号分子41-63
• 4.1 引言41
• 4.2 UMSR活性污泥的信号分子41-42
• 4.3 硝化功能菌群的代谢活性与指示性信号分子42-46
• 4.3.1 好氧条件下的氨氮氧化42-44
• 4.3.2 厌氧条件下的氨氮氧化44-45
• 4.3.3 好氧氨氧化的指示性AHLs45-46
• 4.4 反硝化功能菌群的代谢活性及其关键信号分子46-49
• 4.4.1 无有机碳源条件下的反硝化活性46-47
• 4.4.2 有机碳源对反硝化菌群的影响47-48
• 4.4.3 反硝化作用的关键信号分子48-49
• 4.5 短程反硝化功能菌群的代谢活性及其关键信号分子49-52
• 4.5.1 无有机碳源条件下的短程反硝化活性49-50
• 4.5.2 有机碳源对短程反硝化的影响50-51
• 4.5.3 短程反硝化作用的关键信号分子51-52
• 4.6 厌氧氨氧化功能菌群的无氧呼吸及其关键信号分子52-62
• 4.6.1 碳酸盐呼吸52-55
• 4.6.2 亚硝酸盐呼吸55-59
• 4.6.3 硝酸盐呼吸59-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第5章 C/N比对UMSR脱氮效能的影响作用机制63-78
• 5.1 引言63
• 5.2 化能异养菌群的代谢活性及其关键信号分子分析63-66
• 5.2.1 好氧代谢活性64
• 5.2.2 厌氧代谢活性64-65
• 5.2.3 异养代谢的关键信号分子65-66
• 5.3 丙酸导致的C/N比变化对活性污泥脱氮效果的影响66-71
• 5.3.1 丙酸影响下的活性污泥脱氮效能66-68
• 5.3.2 丙酸盐和COD的浓度变化68-70
• 5.3.3 不同C/N比活性污泥系统的信号分子及分析70-71
• 5.4 尿素导致的C/N比变化对活性污泥脱氮效能的影响71-76
• 5.4.1 尿素和COD的浓度变化71-73
• 5.4.2 尿素影响下的活性污泥脱氮效能73-75
• 5.4.3 尿素影响下的活性污泥信号分子变化与分析75-76
• 5.5 本章小结76-78
• 结论78-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果79-81
• 参考文献81-91
• 致谢91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李祥;袁怡;黄勇;王勇;;厌氧氨氧化微生物研究进展[J];环境科技;2009年02期

2 郑平;张蕾;;厌氧氨氧化菌的特性与分类[J];浙江大学学报(农业与生命科学版);2009年05期

3 唐崇俭;郑平;;厌氧氨氧化技术应用的挑战与对策[J];中国给水排水;2010年04期

4 孙文汗;杨继刚;;厌氧氨氧化的启动与影响因素[J];辽宁化工;2013年06期

5 王静;郝建安;张爱君;杨波;姜天翔;张雨山;;厌氧氨氧化反应研究进展[J];水处理技术;2014年03期

6 胡细全,刘大银,蔡鹤生;厌氧氨氧化的微生物研究进展[J];上海环境科学;2003年S2期

7 王燕舞,刘康怀;厌氧氨氧化工艺及其应用前景[J];矿产与地质;2004年01期

8 张少辉,王天玖,郑平;厌氧氨氧化研究进展[J];中国沼气;2004年02期

9 胡细全,刘大银,蔡鹤生;厌氧氨氧化的研究及其应用[J];环境污染治理技术与设备;2004年03期

10 杨岚,杨景亮,李再兴,孙斌,陈旭东;厌氧氨氧化技术研究进展[J];河北化工;2004年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 路青;张振贤;付秋爽;徐伟涛;党酉胜;;厌氧氨氧化工艺研究进展[A];上海（第二届）水业热点论坛论文集[C];2010年

2 林琳;;含氨废水生物处理-厌氧氨氧化技术启动研究进展[A];2014中国环境科学学会学术年会论文集（第五章）[C];2014年

3 鲍林林;李刚强;李冬;;常温低基质浓度下磷酸盐对厌氧氨氧化过程的影响[A];河南省化学会2012年学术年会论文摘要集[C];2012年

4 姜昕;马鸣超;李俊;钟佐q，

本文编号：834572