盐分对自养与异养条件下短程硝化工艺和生物膜特性的影响研究

发布时间：2019-01-26 07:18

【摘要】：氮素是造成水体富营养化的主要因素之一,废水生物脱氮技术方面的研究也一直是近年来的研究热点。盐分被认为是抑制脱氮效率的重要因素之一,尤其是工业、垃圾渗滤液和海水养殖等废水的处理中尤为突出。目前有研究发现盐分对短程硝化的生物脱氮过程产生重要影响,因此,系统研究盐分在短程硝化脱氮工艺运行中不同反应浓度与氨氮转化效率的关系以及盐胁迫下的硝化规律、盐分对生物膜结构特性和微生物种群结构的影响将对新型含盐废水脱氮工艺的开发有重要指导意义。本论文运用分子生物学的技术手段,结合硝化生物膜脱氮效率测定,重点研究自养与异养短程硝化生物膜脱氮效率与盐分之间的关系,揭示盐分胁迫对生物膜的结构特性与微生物种群结构的影响。主要研究结论如下:1、研究了自养、异养条件下短程硝化反应器的氨氮转化和亚硝化规律,并对自养、异养条件下培养的短程硝化生物膜进行了表征。反应器经过6个月无盐废水的启动与运行,自养、异养反应器在运行结束阶段的氨氮转化率和亚硝化率分别达到了 85%、88%及80%和86%;对生物膜进行的生化成分及结构分析结果表明,异养生物膜的总胞外多聚物(EPS)含量高于自养生物膜,两种生物膜的蛋白质与多糖的比值(PN/PS)分别为0.96和0.69。EPS的三维荧光光谱(EEM)数据揭示了两种不同生物膜EPS中类蛋白物质和腐殖质之间的比率差异,而激光共聚焦(CLSM)图像分析显示,自养、异养生物膜各成分在生物膜各部位的分布也存在明显不同。2、在实验室条件下开展了自养、异养生物膜在盐分负荷冲击下的硝化效率研究,并与经7个月盐分梯度变化长期驯化的反应体系进行了对比分析。结果表明在盐分负荷冲击下,当盐浓度分别为35g·NaCl·L~(-1)及45 g·NaCl·L~(-1)时,自养、异养短程硝化的氨氮转化率分别为4.3%及4.1%,几乎受到了完全地抑制;而经过长期驯化的反应体系,自养、异养反应器在盐浓度为70 g·NaCl·L~(-1)时,氨氮转化率分别为40%及28%,体系仍然具有一定的活性,且自养与异养短程硝化反应器在盐浓度40g·NaCl·L~(-1)以下时,均实现了 75%以上的氨氮转化率及80%以上的亚硝化率,表明自养、异养反应系统经过长期的盐分驯化,均获得了较高的耐盐胁迫性能,且自养生物膜的耐盐性能高于异养生物膜。3、系统分析了盐分胁迫下的自养、异养短程硝化生物膜EPS成分,并利用扫描电镜(SEM)及CLSM图像对生物膜的外观及结构进行解析。结果发现在盐分胁迫下,自养生物膜的EPS总量随盐浓度增加先增大后降低,在盐浓度为0、20、50、70 g·NaCl·L~(-1)时含量分别为112.60、136.18、129.07及61.43 mg·g~(-1)·VSS~(-1);而异养生物膜EPS含量在相应盐浓度梯度下分别为171.75、151.17、128.2及81.79 mg·g~(-1)·VSS~(-1),呈现了与自养生物膜不同的变化规律。SEM及CLSM图像分析显示,自养膜和异养膜结构随盐浓度的增大而逐渐破碎化,膜密度降低,与溶液接触界面的β-多糖减少,胞外DNA(eDNA)含量增加,细胞死亡及脱落,蛋白质、脂质、死细胞的含量和分布随盐浓度的增加在自养膜和异养膜中呈现了不同的变化,这些变化影响了生物膜的硝化特性,使自养、异养反应器在盐分胁迫下表现出不同的性能。4、通过高通量测序对比分析了自养、异养短程硝化生物膜中好氧氨氧化菌(AOB)的种群丰度及构成。在无盐条件下,归属β-亚纲的Nitrosomonas在两种短程硝化生物膜中均具有最高的丰度,而两种生物膜上占优势的菌属在盐浓度提高时出现了显著差异,尤其在盐浓度盐浓度达到70g·NaCl·L~(-1)时,自养生物膜的优势菌属为归属γ-亚纲的Nitrosococcus,其余菌属含量有所降低;而异养生物膜的优势菌为Nitrosomonas,除了Nitrosococcus少量存在,其他的菌属均无法检出,异养体系生物膜的微生物多样性消失,这一结果解释了在70 g·NaCl·L~(-1)盐浓度下,异养体系氨氮转化率低于自养体系、受到较严重抑制的原因。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 温沁雪;施汉昌;陈志强;;生物膜微环境和传质现象研究进展[J];环境污染治理技术与设备;2006年06期

2 郑斌峰;蒋明;;浅谈流体剪切力对于生物膜形成的重要作用[J];科技信息;2010年28期

3 董宏伟;姜天舒;杨安;;流体剪切力对于生物膜形成的重要作用[J];科技创新导报;2010年13期

4 蒋进元;宋宏宾;周岳溪;崔俊涛;窦立军;;三级生物膜工艺处理水产养殖循环水[J];环境科学研究;2010年09期

5 刘智晓;崔福义;王树涛;赵志伟;;生物膜工艺实现高效除磷的关键问题及技术路线[J];给水排水;2009年04期

6 裴烨青;陈东辉;周恭明;鲁殠;周峰;;膜生物膜工艺处理含盐工业废水[J];环境工程;2011年04期

7 田珏;胡翔;;外加电场强化生物膜工艺去除水中头孢他啶[J];环境科学与技术;2014年02期

8 李克青;马耀光;李刚;吴波;王彦华;;折流生物膜工艺处理低浓度废水试验[J];环境工程;2010年02期

9 冯丽娟;朱亮;徐京;丁炜;徐剑;徐向阳;;分段配水强化受污染水源水生物膜修复工艺脱氮性能研究[J];环境科学学报;2011年12期

10 张景丽,幸福堂;移动床生物膜工艺特点、研究现状及发展[J];工业安全与环保;2003年04期

相关会议论文 前2条

1 曹珊;曹秀芹;;生物膜SBR复合新工艺脱氮除磷的研究发展及应用[A];Proceedings of Conference on Environmental Pollution and Public Health（CEPPH 2012）[C];2012年

2 王丽;高春娣;焦二龙;郝坤;;不同污水处理工艺中污泥产率影响因素的比较研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集（第一卷）[C];2011年

相关博士学位论文 前10条

1 孙临泉;MABR技术在城市受污染河道修复中的应用研究[D];天津大学;2015年

2 沈加正;海水循环水养殖系统中生物膜生长调控与水体循环优化研究[D];浙江大学;2016年

3 徐寒莉;盐分对自养与异养条件下短程硝化工艺和生物膜特性的影响研究[D];浙江大学;2017年

4 陈胜;悬浮填料生物膜特性及其处理高浓度有机废水效能研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

5 刘智晓;分散式生活污水多级生物膜处理工艺及菌群特性研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

6 张川;光合细菌生物膜制氢反应器传输与产氢特性[D];重庆大学;2010年

7 赵国智;电极生物膜反硝化去除地下水中硝酸盐氮的实验研究[D];浙江大学;2011年

8 丁永伟;活性污泥和生物膜复合工艺的特性及运行效能研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

9 王怡;新型多孔无机生物载体开发及应用基础研究[D];西安建筑科技大学;2005年

10 邱斌;生物膜组合工艺高效处理偶氮染料废水及降解机制的研究[D];北京林业大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘畅;基于生物膜的全程自养脱氮反应器运行效能的研究[D];东北林业大学;2015年

2 汪君晖;生物膜对城市污水处理厂营养物去除系统硝化的强化效果[D];西安建筑科技大学;2015年

3 厉文;A~2/O生物膜工艺处理海产品加工废水的研究[D];大连理工大学;2015年

4 李红桔;生物膜/MBR组合工艺膜污染行为及控制研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 余春菲;耦合生物膜系统中生物膜的粘附性能和微生物群落研究[D];广东工业大学;2016年

6 朱宏源;多级A/O生物膜工艺处理低COD生活污水的脱氮效能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 刘星;生物膜强化水解-MBR处理表面行业综合废水的研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 施雯;基于陶瓷载体的生物膜与废水处理效果之间关系的研究[D];上海师范大学;2010年

9 焦妍;基于渗流理论的生物膜传质模拟及实验研究[D];大连理工大学;2011年

10 李海燕;生物接触氧化工艺生物膜特性的研究[D];江苏大学;2007年

，

本文编号：2415252