多壁碳納米管對(duì)活性污泥系統(tǒng)污水處理效果及其細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

【摘要】：納米材料所具有的特殊理化特性使其在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,但在其生產(chǎn)、使用、處理等過程中,將不可避免的進(jìn)入到水環(huán)境中。雖然納米材料對(duì)人體和環(huán)境的影響也得到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注,但是,有關(guān)納米材料對(duì)污水處理系統(tǒng)中活性污泥影響的研究仍然不足。本文集中研究了目前應(yīng)用極為廣泛的一種碳納米材料一一多壁碳納米管(multiwalled carbon nanotubes, MWCNTs)短期和長(zhǎng)期作用對(duì)SBR中活性污泥污水處理效果及其細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。 研究1和20mg·L-1的MWCNTs短期作用(21d)和長(zhǎng)期作用(180d)對(duì)活性污泥污水處理效果的影響,結(jié)果表明1和20mg·L-1r MWCNTs短期作用對(duì)污水處理效果并未產(chǎn)生影響。1mg.L-1的MWCNTs長(zhǎng)期作用對(duì)活性污泥污水總氮(TN)去除率并無明顯的影響,但在作用過程中導(dǎo)致反應(yīng)器出現(xiàn)為期70d的NH4+-N去除效果惡化的過程。20mg·-1的MWCNTs長(zhǎng)期作用明顯的抑制活性污泥污水TN去除效果,TN去除率由83.50%降為71.97%,20mg·L-1的MWCNTs還導(dǎo)致SBR出水COD小幅增長(zhǎng)(22.30mg.L-1左右增至42.85mg·L-1左右)。1和20mg.L-1的MWCNTs長(zhǎng)期作用均明顯的抑制活性污泥生物除磷效果,TP去除率分別由97.60%和98.04%降為51.40%和33.60%。MWCNTs對(duì)活性污泥3h呼吸抑制試驗(yàn)驗(yàn)證了MWCNTs對(duì)活性污泥活性的影響,同時(shí),酶活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,20mg·L-1的MWCNTs對(duì)脫氮相關(guān)的氨單加氧酶和亞硝酸鹽氧化酶的活性有抑制作用,1和20mg·L-1的MWCNTs對(duì)除磷相關(guān)的外切聚磷酸酶和多聚磷酸鹽激酶均有抑制作用。 進(jìn)一步研究中,采用MiSeq高通量測(cè)序技術(shù),分析MWCNTs對(duì)活性污泥中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,1和20mg.L-1的MWCNTs均降低了活性污泥中的生物多樣性,且20mg·L-1的抑制作用高于1mg.L-1。MWCNTs增加了活性污泥中泥中a-Proteobacteria和γ-Proteobacteria豐度,而降低了擬桿菌門(Bacteroidetes)的豐度。1mg·L-1的MWCNTs長(zhǎng)期作用后減少了具有氨氧化功能的Nitrosomonas的豐度,并導(dǎo)致活性污泥中兩類聚糖菌(Defluviicoccus和Micropruina)豐度的增長(zhǎng)。20mg·L-1的MWCNTs對(duì)Nitrosomonas的抑制作用較1mg·-1的MWCNTs更為顯著,同時(shí),降低了具有亞硝酸氧化功能的硝化螺菌屬(Nitrospira)的豐度。另外,20mg·L-1的MWCNTs還降低了聚磷菌的總豐度。 【關(guān)鍵詞】：活性污泥 多壁碳納米管 污水處理 MiSeq測(cè)序 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X703;X172
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 納米材料的背景介紹17-18
• 1.1.1 納米材料的定義17
• 1.1.2 納米材料的來源17
• 1.1.3 納米材料的應(yīng)用17-18
• 1.2 納米材料對(duì)活性污泥系統(tǒng)影響的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.1 金屬納米顆粒對(duì)活性污泥系統(tǒng)的影響18-19
• 1.2.2 金屬氧化物納米顆粒對(duì)活性污泥系統(tǒng)的影響19-20
• 1.2.3 碳納米材料對(duì)活性污泥系統(tǒng)的影響20-21
• 1.3 納米材料對(duì)活性污泥系統(tǒng)影響機(jī)理21-24
• 1.3.1 納米材料對(duì)活性污泥系統(tǒng)污水處理效果作用機(jī)理21-22
• 1.3.1.1 納米材料對(duì)活性污泥污水有機(jī)物去效果作用機(jī)理研究21
• 1.3.1.2 納米材料對(duì)活性污泥系統(tǒng)生物脫氮除磷效果作用機(jī)理研究21-22
• 1.3.2 納米材料對(duì)活性污泥中微生物影響的機(jī)理研究22-24
• 1.3.2.1 氧化損傷22-23
• 1.3.2.2 對(duì)微生物細(xì)胞表面的作用23
• 1.3.2.3 對(duì)微生物細(xì)胞內(nèi)組分的作用23
• 1.3.2.4 溶出離子對(duì)微生物的作用23-24
• 1.4 活性污泥系統(tǒng)中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征分析方法研究進(jìn)展24-27
• 1.4.1 傳統(tǒng)培養(yǎng)法及其研究的局限性24
• 1.4.2 現(xiàn)代分子生物學(xué)方法研究進(jìn)展24-27
• 1.4.2.1 核酸雜交技術(shù)24-25
• 1.4.2.2 核酸指紋圖譜技術(shù)25-26
• 1.4.2.3 高通量測(cè)序26-27
• 1.5 研究創(chuàng)新點(diǎn)、內(nèi)容和意義27-29
• 第二章 材料和方法29-37
• 2.1 材料29-30
• 2.1.1 MWCNTs29
• 2.1.2 試劑29
• 2.1.3 反應(yīng)器設(shè)計(jì)29-30
• 2.2 方法30-37
• 2.2.1 反應(yīng)器啟動(dòng)30
• 2.2.2 MWCNTs母液的配制30
• 2.2.3 MWCNTs對(duì)活性污泥短期作用及長(zhǎng)期作用試驗(yàn)30-31
• 2.2.3.1 MWCNTs短期作用試驗(yàn)研究31
• 2.2.3.2 MWCNTs長(zhǎng)期作用試驗(yàn)研究31
• 2.2.4 活性污泥呼吸抑制試驗(yàn)31-33
• 2.2.5 酶活性試驗(yàn)33-34
• 2.2.5.1 AMO和NOR活性測(cè)定33
• 2.2.5.2 NAR和NIR活性測(cè)性33
• 2.2.5.3 PPX和PPK活性測(cè)定33-34
• 2.2.6 活性污泥中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析34-35
• 2.2.6.1 泥樣收集34
• 2.2.6.2 DNA 提取34
• 2.2.6.3 PCR擴(kuò)增和提純34-35
• 2.2.6.4 Miseq測(cè)序和序列分析35
• 2.2.7 試驗(yàn)水質(zhì)分析方法35
• 2.2.8 細(xì)菌群落數(shù)據(jù)分析方法35-37
• 第三章 MWCNTs對(duì)活性污泥系統(tǒng)污水處理效果的影響37-53
• 3.1 MWCNTs短期作用對(duì)活性污泥系統(tǒng)污水處理效果的影響37-41
• 3.1.1 MWCNTs短期作用對(duì)SBR脫氮除磷效果的影響37
• 3.1.2 短期作用后一個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)水質(zhì)參數(shù)的變化37-41
• 3.1.2.1 周期內(nèi)NH_4~+-N濃度變化38-39
• 3.1.2.2 周期內(nèi)NO_2~--N和NO_3~--N濃度變化39-40
• 3.1.2.3 周期內(nèi)TP濃度變化40-41
• 3.2 MWCNTs長(zhǎng)期作用對(duì)活性污泥系統(tǒng)污水處理效果的影響41-48
• 3.2.1 MWCNTs長(zhǎng)期作用對(duì)SBR COD去除效率的影響41-42
• 3.2.2 MWCNTs長(zhǎng)期作用對(duì)SBR脫氮除磷效果的影響42-45
• 3.2.3 長(zhǎng)期作用后一個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)水質(zhì)參數(shù)的變化45-48
• 3.2.3.1 周期內(nèi)NH_4~+-N濃度變化45
• 3.2.3.2 周期內(nèi)NO_2~--N和NO_3~--N濃度變化45-47
• 3.2.3.3 周期內(nèi)TP濃度變化47-48
• 3.3 MWCNTs活性污泥呼吸抑制試驗(yàn)48-49
• 3.4 MWCNTs對(duì)酶活性的影響49-51
• 3.4.1 對(duì)脫氮相關(guān)酶活性的影響49-50
• 3.4.2 對(duì)除磷相關(guān)酶活性的影響50-51
• 3.5 小結(jié)51-53
• 第四章 MWCNTs對(duì)活性污泥中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響53-73
• 4.1 活性污泥樣品DNA提取及測(cè)序序列統(tǒng)計(jì)53-56
• 4.1.1 活性污泥DNA提取液的純度和濃度及PCR擴(kuò)增53-54
• 4.1.2 各樣品測(cè)序序列統(tǒng)計(jì)54-56
• 4.2 MWCNTs對(duì)活性污泥中細(xì)菌群落多樣性的影響56-59
• 4.3 MWCNTs對(duì)活性污泥中細(xì)菌群落組成的影響59-67
• 4.3.1 活性污泥中細(xì)菌門類豐度的變化59-61
• 4.3.2 活性污泥中主要門中各綱的豐度變化61-62
• 4.3.3 活性污泥中主要屬的豐度變化62-67
• 4.3.3.1 各泥樣中共享的主要屬的豐度變化62-65
• 4.3.3.2 組間存在明顯差異的屬豐度變化65-67
• 4.4 MWCNTs對(duì)活性污泥中與脫氮除磷相關(guān)細(xì)菌豐度的影響67-70
• 4.4.1 MWCNTs對(duì)活性污泥中與脫氮相關(guān)細(xì)菌的影響67-69
• 4.4.1.1 MWCNTs長(zhǎng)期作用后對(duì)AOB的影響67-68
• 4.4.1.2 MWCNTs長(zhǎng)期作用后對(duì)NOB的影響68
• 4.4.1.3 MWCNTs長(zhǎng)期作用后對(duì)反硝化細(xì)菌的影響68-69
• 4.4.2 MWCNTs對(duì)活性污泥中與除磷相關(guān)細(xì)菌的影響69-70
• 4.5 活性污泥中群落結(jié)構(gòu)相似性分析70-71
• 4.6 MWCNTs對(duì)群落作用顯著性檢驗(yàn)71-72
• 4.7 小結(jié)72-73
• 第五章 結(jié)論與展望73-75
• 5.1 結(jié)論73-74
• 5.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 致謝81-83
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83-84
• 附件84-85

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