牡蛎壳曝气生物滤池处理含氨海水中硝化菌的驯化过程研究

摘要

海水作为沿海经济发达城市的冲厕用水和产业用水，可有效地缓解淡水用水紧缺的压力。然而由于含海水污水具有较高的盐度，这对污水的生化处理工艺势必产生不利的影响，特别是含海水污水盐度对氨氮去除过程中的硝化菌群的影响就更为显著。为了开发适用于处理海水盐度污水的生化处理系统，本研究拟采用曝气生物滤池工艺，以牡蛎壳作为填料、含氨海水污水和模拟含氨海水污水为处理对象，系统研究了序批式操作与连续操作、较高海水盐度条件下的稳定硝化处理的可行性，在此基础上探讨了耐盐硝化驯化过程与机制，得到了如下研究结果: 1.采用序批式操作处理含氨海水污水，系统考察原水的海水含率、葡萄糖浓度、NH4+-N浓度等因素对牡蛎壳生物滤池的硝化性能影响。结果表明，对于海水含率在40％到100％的污水处理，NH4+-N去除率可达到95％以上。耐海水盐度的驯化硝化细菌中，AOB的耐盐度抑制能力强于NOB，当海水含率大于70％时，NOB的活性更容易受到抑制。在高海水盐度下，降低原水的葡萄糖与NH4+-N浓度可提高NOB活性。牡蛎壳附着生物膜与液相悬浮污泥中的AOB和NOB均参与了NH4+-N去除，生物膜中的AOB和NOB活性高于悬浮污泥。 2.在连续操作条件下处理含氨模拟海水，系统研究了不同的盐度水平下，非耐盐硝化反应体系的硝化驯化机制，同时考察了含耐盐生物膜牡蛎壳和耐盐红树林底泥接种启动程中AOB与NOB的活性变化及耐盐生物相特征，探讨海水盐度条件下的驯化过程中稳定的耐盐硝化反应体系的形成机制。结果表明: 1) NH4+-N为50-200 mg/L时，牡蛎壳生物滤池中的非耐盐硝化菌群可在较短的时间适应10 g/L和20 g/L的NaCl盐度水平的抑制作用，该盐度下的反应体系以牡蛎壳生物膜与悬浮污泥共存为生物相特征;30g/L的NaCl盐度下反应体系中的生物相经历了解体和重新构建的过程，耐盐生物反应体系中耐盐性的硝化菌群已形成并趋于稳定，AOB活性恢复速度高于NOB的活性，驯化周期需要1-2个月。 2)采用含附着非耐盐与耐盐生物膜牡蛎壳与新鲜牡蛎壳，按排水体积比为1∶3接种启动的生物滤池，对于50 mg/L NH4+-N、35 g/L NaCl的进水浓度，实现稳定硝化的运行时间为24 d和20 d。 3)采用红树林区不同位点底泥A与B接种启动反应体系，对于50 mg/L NH4+-N、35 g/LNaCl的进水浓度，实现完全硝化的时间分别为45 d和58d。底泥A接种体系中，NOB活性抑制明显，而AOB的活性迅速恢复至正常水平。底泥B接种体系中，AOB活性可恢复至更高水平，表现为硝化活性达到稳定时出水NO2--N过剩积累，且运行58d时的NO2--N积累率达到最大，出水NO2--N浓度为进水NH4+-N浓度的159％。 4)海水盐度驯化过程中硝化反应体系的悬浮污泥浓度MLSS及EPS-蛋白质、EPS-DNA变动显著，且EPS-蛋白质、EPS-DNA变化趋势与MLSS的趋势相反。 5)经海水盐度驯化的硝化生物相中均存在有β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria。采用含附着非耐盐与耐盐生物膜牡蛎壳与新鲜牡蛎壳，排水体积比为3∶1与1∶3的接种驯化获得的耐盐硝化生物相中的优势菌群分别是β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria，以红树林底泥接种的系统优势菌群是Flavobacteriia。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 含盐污水

1．1．2 含盐污水分类

1．1．3 含盐污水处理工艺

1．2 文献综述

1．2．1 硝化反应

1．2．2 曝气生物滤池工艺

1．2．3 牡蛎壳在废水处理中的应用

1．2．4 驯化淡水微生物处理含盐含氨污水

1．2．5 嗜盐／耐盐微生物处理含盐含氨污水

1．2．6 氨氧化菌AOB

1．2．7 亚硝酸氧化菌NOB

1．2．8 氨氧化古菌AOA

1．2．9 PCR-DGGE技术在生物相分析中的应用

1．3 选题依据

1．4 研究内容

第二章 序批式反应器处理含氨海水硝化特性研究

2．1 材料与方法

2．1．1 实验装置

2．1．2 原水组成

2．1．3 操作条件与方法

2．1．4 分析仪器与方法

2．2 结果与讨论

2．1．1 海水含率对硝化性能的影响

2．1．2 原水葡萄糖浓度对硝化性能的影响

2．1．3 原水NH4+-N浓度对硝化性能的影响

2．1．4 悬浮污泥与牡蛎壳生物膜的硝化性能比较

2．3 小结

第三章 模拟含氨海水硝化生物驯化特性研究

3．1 材料与方法

3．1．1 实验装置与流程

3．1．2 原水组成

3．1．3 实验条件

3．1．4 操作方法

3．1．5 分析仪器与方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 非含盐进水挂膜阶段的硝化性能

3．2．2 含盐进水硝化操作的驯化特性研究

3．2．3 不同接种方式耐盐驯化阶段的硝化特性比较

3．2．4 红树林底泥启动中的耐盐硝化驯化特性研究

3．2．5 长期停止运行后恢复运行阶段硝化特性

3．3 小结

第四章 曝气生物滤池微生物群落多样性分析

4．1 实验材料

4．1．1 菌株与质粒

4．1．2 主要试剂药品

4．1．3 PCR引物

4．1．4 培养基溶液

4．1．5 分析软件

4．1．6 主要仪器

4．2 实验方法

4．2．1 污泥样品的DNA提取

4．2．2 1％琼脂糖凝胶电泳检测

4．2．3 16S rDNA基因V3区PCR扩增

4．2．4 变性梯度凝胶电泳DGGE

4．2．5 DGGE切胶产物PCR

4．2．6 PCR产物纯化

4．2．7 目的基因与载体连接

4．2．8 连接产物转化

4．2．9 转化产物点板、验证PCR、转接、测序

4．2．10 系统发育树分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 总DNA提取结果

4．3．2 16S rDNA基因V3区PCR扩增结果

4．3．3 PCR扩增产物DGGE结果

4．3．4 污泥样品微生物群落系统发育分析

4．4 小结

第五章 总结与建议

5．1 总结

5．2 建议

参考文献

发表论文

致谢