固定化脫氮菌群處理含氮污水的研究

【摘要】：富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今世界面臨的主要水污染問題之一,水體富營養(yǎng)化的發(fā)生及發(fā)展是多因素共同作用的結(jié)果,其中營養(yǎng)鹽增加是發(fā)生富營養(yǎng)化的主要因素。本研究針對水體的氮污染,研究固定化脫氮菌群技術(shù),以實現(xiàn)污水脫氮目的,從而減少富營養(yǎng)化發(fā)生的風(fēng)險。本文首先從活性污泥、土壤等環(huán)境樣品中篩選氨化菌、異養(yǎng)亞硝酸菌、硝酸菌和反硝化菌,通過觀察菌株的菌落和菌體表觀形態(tài)、測試生理生化特征和16S rDNA序列分析,綜合以上特征對各菌株進行鑒定。取具有四種不同功能菌株各一株,構(gòu)建脫氮菌群組合,篩選高效降低有機氮和氨氮濃度,且不積累亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的菌群組合。研究制備固定化脫氮菌群顆粒,優(yōu)化顆粒制備配方,同時對顆粒質(zhì)量進行評價,并建立了評價方法。將固定化脫氮菌顆粒用于自行研制的污水處理反應(yīng)器中,研究其處理效果。本文匯集了脫氮菌群、微生物固定化和污水處理反應(yīng)器工藝,并將其有效結(jié)合,此技術(shù)具有高效凈化氮污染型富營養(yǎng)化水或深度處理含氮污水的功能,為微生物處理含氮污水提供了理論依據(jù)和實際指導(dǎo)意義。本研究主要內(nèi)容及結(jié)果如下: 1.氨化菌、亞硝酸菌、硝酸菌和反硝化菌的篩選及菌種鑒定 本文從活性污泥、魚塘水和土壤等環(huán)境中,通過富集、初篩得到196株細菌,其中氨化菌112株、亞硝酸菌46株、硝酸菌25株和反硝化菌13株;通過復(fù)篩得到18株高效菌株,其中氨化菌5株、亞硝酸菌4株、硝酸菌4株和反硝化菌5株。對這些菌株進行菌種鑒定,部分鑒定結(jié)果如下, A亞-C-3為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis),G硝-C-3為門多薩假單胞菌(Pseudomonas mendocina),M氨-4為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis),R反-5為類產(chǎn)堿假單胞菌(Pseudomonas pseudoalcaligenes)。 2.脫氮菌群的構(gòu)建 選取氨化、亞硝化、硝化和反硝化功能菌各一株組成脫氮菌群組合,共構(gòu)建72個組合。依據(jù)篩選高效降低有機氮和氨氮濃度,且不積累亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮菌群組合的原則,篩選獲得AMGR組合脫氮效率最高,此組合AGMR處理污水48h時總氮去除率為65.32%,96h時總氮去除率達95.27%。 3.固定化脫氮菌顆粒的制備、顆粒配方優(yōu)化及質(zhì)量評價 采用聚乙烯醇和海藻酸鈉包埋微生物,優(yōu)化顆粒制備配方,優(yōu)化結(jié)果為海藻酸鈉最適濃度0.25%,活性炭含量2%,PVA濃度12%,交聯(lián)時間為24h。以優(yōu)化后的配方制備固定化亞硝酸菌Bacillus subtilis A顆粒并測試其處理含氮污水的效果,結(jié)果表明碳源有利于包埋菌顆粒對氨氮的去除,包埋兩種不同濃度菌的顆粒除氨氮效果差異不顯著。此外,固定化脫氮菌群顆粒處理模擬富氮營養(yǎng)水和模擬河水效果比固定化單菌顆粒好。本文提出了固定化微生物顆粒質(zhì)量評價方法,從物理、化學(xué)和微生物三方面評價顆粒的質(zhì)量。 4.固定化Bacillus subtilis A顆粒在固定床反應(yīng)器中處理氨氮污水效果研究 通過試驗發(fā)現(xiàn)固定化Bacillus subtilis A顆粒在固定床反應(yīng)器中運行需經(jīng)一周的馴化期才能達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。在連續(xù)運行中,將HRT控制為20min,氨氮去除率可達90%以上;高溶氧(42.3 - 58.7%)有利于氨氮的去除;污水中較合適的碳氮比為10。 5.固定化脫氮菌群顆粒在反應(yīng)器中處理含氮污水的研究 采用裝載固定化復(fù)合菌顆粒的反應(yīng)器系統(tǒng)分別以固定床和流化床方式處理含氮污水,研究不同條件參數(shù)對污水處理的影響,優(yōu)化運行參數(shù)及運行方式。①采用固定床連續(xù)運行方式,較合適的HRT為20min,當(dāng)溶氧為36.7–59.8%、碳氮比為20:1時總氮去除率可接近100%。②采用流化床間歇運行方式,停留時間為140min,溶氧為56.8~71.6%時,總氮去除率可接近100%。本反應(yīng)器系統(tǒng)適于處理初始氮濃度低于20mg/L的微污染水。③采用流化床連續(xù)運行,停留時間為12h時,溶氧為43.0~56.8%條件下,總氮的去除率可達78.12%-80.86%。此外,對流化床和固定床處理含氮污水的運行效果進行比較,流化床處理效率更高。 6.固定化脫氮菌顆粒處理含氮污水的機理探討 脫氮菌處理含氮污水過程中,氮的轉(zhuǎn)化脫除起主要作用;通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)固定化顆粒內(nèi)的脫氮菌經(jīng)馴化后會出現(xiàn)分布上的演替,主要分布在顆粒外層;初步探討脫氮菌群產(chǎn)氣成分以氮氣為主。 【關(guān)鍵詞】：富營養(yǎng)化水 氮污染 脫氮菌群 固定化微生物技術(shù) 反應(yīng)器 處理效果
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-20
• 第一章 引言20-36
• 1.1 水體氮污染20-31
• 1.1.1 水體氮污染概況20-21
• 1.1.2 水體中氮的來源及危害21-22
• 1.1.3 脫氮理論與技術(shù)22-28
• 1.1.4 如何解決水體氮污染問題28-31
• 1.2 固定化微生物處理含氮污水的研究及應(yīng)用進展31-34
• 1.2.1 微生物固定化方法及反應(yīng)器類型31-33
• 1.2.2 固定化微生物處理含氮污水的應(yīng)用實例33-34
• 1.3 本研究的目的意義及內(nèi)容34-36
• 1.3.1 課題研究目的意義34-35
• 1.3.2 研究內(nèi)容35-36
• 第二章 亞硝酸菌、硝酸菌、反硝化菌和氨化菌的篩選與鑒定36-54
• 2.1 材料36-38
• 2.1.1 樣品來源36
• 2.1.2 培養(yǎng)基36-37
• 2.1.3 主要試劑37-38
• 2.1.4 試驗主要儀器設(shè)備38
• 2.2 方法38-42
• 2.2.1 亞硝酸菌、硝酸菌、反硝化菌和氨化菌的篩選38-39
• 2.2.2 菌株鑒定39-42
• 2.3 結(jié)果與分析42-52
• 2.3.1 亞硝酸菌的篩選42
• 2.3.2 硝酸菌的篩選42-43
• 2.3.3 反硝化菌的篩選43-44
• 2.3.4 氨化菌的篩選44
• 2.3.5 菌種鑒定44-52
• 2.4 討論52-53
• 2.5 小結(jié)53-54
• 第三章 脫氮菌群的構(gòu)建及菌株生長降解條件研究54-65
• 3.1 材料54-55
• 3.1.1 菌種54
• 3.1.2 培養(yǎng)基及污水配方54-55
• 3.2 方法55-56
• 3.2.1 菌株間拮抗作用試驗55
• 3.2.2 脫氮菌群的篩選55-56
• 3.2.3 碳源對脫氮菌群中各菌株生長的影響56
• 3.2.4 不同碳氮比對菌株降解性能的影響56
• 3.3 結(jié)果與分析56-63
• 3.3.1 菌株間的拮抗作用測試56-57
• 3.3.2 脫氮菌群組合的篩選57-60
• 3.3.3 AGIQ 和AGMR 菌群組合處理模擬富營養(yǎng)化水60-61
• 3.3.4 碳源對脫氮菌群中各菌株生長的影響61-62
• 3.3.5 不同碳氮比對菌株降解性能的影響62-63
• 3.4 討論63-64
• 3.5 小結(jié)64-65
• 第四章 固定化微生物顆粒的制備及固定化條件的研究65-78
• 4.1 材料65-66
• 4.2 方法66-68
• 4.2.1 菌體富集及固定化微生物顆粒的制備66
• 4.2.2 固定化微生物顆粒質(zhì)量評價66-67
• 4.2.3 固定化單菌顆粒和固定化混合菌群顆粒處理含氮污水試驗67-68
• 4.3 結(jié)果與分析68-75
• 4.3.1 固定化顆粒質(zhì)量的物理特征評價68-72
• 4.3.2 固定化顆粒質(zhì)量的化學(xué)效能評價72-73
• 4.3.3 固定化單菌顆粒及固定化復(fù)合菌顆粒處理富氮營養(yǎng)水73
• 4.3.4 固定化單菌顆粒及固定化復(fù)合菌顆粒處理模擬河水73-75
• 4.4 討論75-77
• 4.4.1 顆粒制備配方中海藻酸鈉添加濃度的優(yōu)化75
• 4.4.2 固定化微生物顆粒的質(zhì)量評價75-76
• 4.4.3 實驗室批量生產(chǎn)和工廠試生產(chǎn)76-77
• 4.5 小結(jié)77-78
• 第五章 固定化Bacillus subtilis A 顆粒處理含氨氮污水研究78-88
• 5.1 材料及試驗裝置78-79
• 5.1.1 菌株及固定化微生物顆粒78
• 5.1.2 培養(yǎng)基及試驗水質(zhì)78-79
• 5.1.3 試驗裝置79
• 5.2 方法79-80
• 5.3 結(jié)果與分析80-86
• 5.3.1 馴化階段80-81
• 5.3.2 在間歇運行中，固定化Bacillus subtilis A 菌處理含氨氮污水81
• 5.3.3 在間歇運行中，DO 對去除氨氮的影響81-82
• 5.3.4 在連續(xù)運行中，不同HRT 對去除氨氮的影響82-83
• 5.3.5 在連續(xù)運行中，DO 對去除氨氮的影響83-84
• 5.3.6 在連續(xù)運行中，C/N 對去除氨氮的影響84-85
• 5.3.7 在連續(xù)運行中，不同初始氮濃度對氨氮去除的影響85-86
• 5.4 討論86-87
• 5.5 小結(jié)87-88
• 第六章 固定化復(fù)合菌顆粒在反應(yīng)器中處理含氮污水的研究88-105
• 6.1 材料88-90
• 6.1.1 菌株及固定化混菌顆粒88
• 6.1.2 培養(yǎng)基及試驗用水88-89
• 6.1.3 試驗裝置89-90
• 6.1.4 試驗分析項目及檢測方法90
• 6.2 方法90-92
• 6.2.1 固定床間歇運行中，固定化復(fù)合菌處理含不同氮化物污水試驗90
• 6.2.2 固定床連續(xù)運行中，HRT 對固定化復(fù)合菌處理模擬河水的影響90-91
• 6.2.3 固定床連續(xù)運行中，低通氣量時C/N 對固定化復(fù)合菌除氮的影響91
• 6.2.4 固定床連續(xù)運行中，高通氣量時C/N 對固定化復(fù)合菌除氮的影響91
• 6.2.5 流化床間歇運行中，固定化復(fù)合菌顆粒填充率對除氮的影響91
• 6.2.6 流化床間歇運行中，DO 對固定化復(fù)合菌除氮的影響91
• 6.2.7 流化床間歇運行中，初始氨氮濃度對固定化復(fù)合菌除氮的影響91
• 6.2.8 流化床連續(xù)運行中，水力停留時間對固定化復(fù)合菌除氮的影響91
• 6.2.9 固定床與流化床處理含氮污水試驗的效果比較91-92
• 6.3 結(jié)果與分析92-103
• 6.3.1 固定床間歇運行中，固定化復(fù)合菌處理含不同形式氮污水試驗92
• 6.3.2 固定床連續(xù)運行中，HRT 對固定化復(fù)合菌處理模擬河水的影響92-95
• 6.3.3 固定床連續(xù)運行中，低通氣量時C/N 對固定化復(fù)合菌除氮影響95-96
• 6.3.4 固定床連續(xù)運行中，高通氣量時C/N 對固定化復(fù)合菌除氮影響96-98
• 6.3.5 流化床間歇運行中，固定化復(fù)合菌顆粒填充率對除氮的影響98-99
• 6.3.6 流化床間歇運行中，DO 對固定化復(fù)合菌除氮的影響99-100
• 6.3.7 在流化床間歇運行中，初始氨氮濃度對固定化復(fù)合菌除氮影響100-101
• 6.3.8 流化床連續(xù)運行中，HRT 對固定化復(fù)合菌除氮的影響101-103
• 6.3.9 固定床與流化床處理含氮污水試驗的效果比較103
• 6.4 討論103-104
• 6.5 小結(jié)104-105
• 第七章 微生物脫氮的機理探討105-112
• 7.1 脫氮菌群對氮的轉(zhuǎn)化脫除起主要作用105-106
• 7.1.1 材料105
• 7.1.2 方法105
• 7.1.3 結(jié)果與分析105-106
• 7.2 固定化微生物顆粒的電鏡觀察106-109
• 7.2.1 材料106
• 7.2.2 方法106
• 7.2.3 結(jié)果與分析106-109
• 7.3 脫氮菌群產(chǎn)氣成分測定與分析109-111
• 7.3.1 材料與方法109-110
• 7.3.2 結(jié)果與分析110-111
• 7.4 小結(jié)111-112
• 第八章 全文結(jié)論與研究展望112-115
• 8.1 研究結(jié)論112-114
• 8.2 創(chuàng)新點114
• 8.3 研究展望114-115
• 參考文獻115-124
• 致謝124-125
• 附錄125-135
• 作者簡介135

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甲烷八疊球菌擴大培養(yǎng)及固定化方法研究    楊小紅;楊秀山;路靜;趙軍;駱海朋;

新型高效復(fù)合除磷劑對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水凈化效果的研究    王進良;張勝;王慶生;趙愛民;賈成;

為有源頭活水來    劉洋

市污水凈化公司蟬聯(lián)“省先進”    記者徐潔凈

小城市污水凈化新招　沼氣池    李永璽 本報記者 徐凱

問渠哪得清如許    本報記者 文斌王敏

污水凈化有了新技術(shù)    朱珠

東海利用濕地植物過濾污水    張開虎　李春

柔性復(fù)合污水凈化技術(shù)在印染廢水中的應(yīng)用    廣州中環(huán)萬代環(huán)境工程有限公司 桂琪

外國專家應(yīng)聘來我市治污    記者 宋馨 通訊員 李愷

浦東農(nóng)村污水凈化惠及13.3萬人    通訊員 陳志強

汾河二庫庫區(qū)污水凈化研究項目進入現(xiàn)場實驗階段    記者 張瑛

固定化脫氮菌群處理含氮污水的研究    肖晶晶

固定化酶膜反應(yīng)器藕合錯流萃取色譜制備5’-核苷酸    華杰

β-葡萄糖苷酶的固定化及應(yīng)用研究    韋策

白地霉脂肪酶的制備、修飾改良及應(yīng)用研究    閻金勇

河南油田二元復(fù)合驅(qū)采出液穩(wěn)定機理與處理方法研究    高洪峰

農(nóng)戶污水分散式土地處理系統(tǒng)的研究    張亮

黑曲霉糖化酶的表征及熱穩(wěn)定機制研究    劉洋

四氨基金屬酞菁-Fe_3O_4納米復(fù)合粒子固定化漆酶及其在光纖腎上腺素傳感器中的應(yīng)用    肖海燕

玉米秸稈生物煉制丁二酸的研究    鄭璞

硅基介質(zhì)固定化酶的研究    吳卓夫

纖維素酶水解殼聚糖及其磁性固定化工藝研究    平向莉

樹脂固定化漆酶條件優(yōu)化及數(shù)學(xué)模型的建立    任靜

重組酯酶APE1547的位點特異性固定化    鞠琳璨

環(huán)氧基官能化周期性介孔有機氧化硅固定化漆酶的研究    蘭甲寧

果膠酶固定化載體的制備及固定化工藝、酶學(xué)特性研究    王亞輝

羧甲基纖維素—殼聚糖復(fù)合物的制備及對乳糖酶的固定化研究    張銳

重組右旋糖酐蔗糖酶固定化方法的研究    伊?xí)蚤?/span>

纖維床固定化酪丁酸梭菌產(chǎn)丁酸的研究    項宜娟

介孔分子篩的制備及對木瓜蛋白酶固定化研究    孫偉杰

木薯酒精連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)工藝研究    董昭