应用固定化微生物技术处理垃圾渗滤液DTRO出水中的氨氮

摘要

碟管式反渗透膜技术(DTRO)由国外引进，可用于处理垃圾渗滤液。运行初期，工艺稳定，出水水质好，但是随着运行时间的增加，DTRO膜被污染，膜组件容易堵塞，压力泵负荷增加，DTRO设备常处于维修状态，出水氨氮浓度达不到排放要求。针对上述问题，本课题采用固定化微生物技术处理渗滤液DTRO出水中的氨氮，首先表征固定化微生物载体并将其激活驯化，其次研究水力停留时间(HRT)、溶解氧(DO)、温度(T)、碳氮比(C/N)对固定化微生物脱氮的影响，确定最佳运行条件，并在此基础上，分析反应体系中的脱氮途径，建立脱氮动力学，了解出水氨氮(NH3-N)和总氮(TN)浓度与HRT之间的关系，最后通过高通量测序法监测反应体系中脱氮细菌的多样性，分析微生物脱氮机理，为固定化微生物技术应用在填埋场处理渗滤液DTRO出水中氨氮提供一定的理论依据。
　　通过采用扫描电镜、比表面积及孔隙率分析仪和傅里叶红外光谱分析仪对固定化微生物载体进行表征，表明载体是由一种含有二氧化硅或硅酸盐的无机材料制成，具有较大的比表面积，载体内部具有长柱形孔洞结构，表面粗糙疏松多孔，具有层状结构，利于细菌生长繁殖。对该载体进行激活驯化，发现其激活速度快，驯化周期短，出水水质好，驯化后期，反应体系中存在大量的微生物群体，如轮虫、累枝虫、寡毛类动物。
　　采用固定化微生物处理模拟渗滤液DTRO出水，探究HRT、DO、温度和C/N对固定化微生物脱氮的影响，结果表明最佳HRT为5d，DO为4.0mg/L，温度为25～30℃，在不外加碳源的条件下，出水氨氮为13.0～20.0mg/L，出水COD为6.8～14.4mg/L，而出水TN不符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)，但是TN的去除率随着C/N的升高而逐渐升高，因此在反应器运行过程中需外加碳源来降低出水中的TN浓度。采用固定化微生物处理实际渗滤液DTRO出水的试验结果表明HRT与DO对微生物脱氮的影响与处理模拟废水时一致，处理实际废水时去除效果更明显。
　　通过分析氨氮在反应池中的转化途径，得知固定化微生物反应体系能够发生同步硝化反硝化过程，并且随着HRT的增加，脱氮途径从短程硝化反硝化转变为全程硝化反硝化，对固定化微生物脱氮动力学方程进行拟合，得到硝化动力学方程和反硝化动力学方程，分别为ηf（氨氮）=1-e-(0.2056θ+0.0135)(R2=0.98417)和ηf(TN)=1-e-(0.0579θ-0.0295)(R2=0.97153)
　　通过高通量测序的方法检测最佳运行条件时反应池中的微生物群落，结果表明反应池中含有18种细菌门，其优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门（Firmicutes）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae），除了拟杆菌门外，其余均与脱氮作用有关，与脱氮作用有关的细菌占细菌总数的49.3％。反应池中检测出64种分类水平为属的细菌，其优势菌属包括Sediminibacterium、新鞘氨醇杆菌属（Novosphingobium）、氢噬胞菌属（Hydrogenophaga）、气单胞菌属(Aeromonas)。
　　对高通量测序结果中OTUs代表序列进行分析，发现反应池内脱氮细菌种类多样，包括硝化细菌、反硝化细菌、异养硝化好氧反硝化细菌以及兼顾有固氮功能的脱氮细菌（如固氮螺菌属和根瘤菌）等，在反应池内能够完成自养硝化、异养硝化、自养反硝化、异养兼性厌氧反硝化、全程硝化反硝化、短程硝化反硝化等过程，表明固定化微生物反应装置能够独立地脱除水体中的氨氮。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 固定化微生物技术

1．2．1 固定化微生物的定义及主要特点

1．2．2 固定化生物膜技术

1．2．3 固定化细胞(酶)技术

1．3 固定化微生物脱氮的研究动态

1．3．1 固定化生物膜脱氮的研究动态

1．3．2 固定化细胞(酶)脱氮的研究动态

1．3．3 影响固定化微生物脱氮的研究动态

1．3．4 固定化微生物脱氮动力学的研究动态

1．4 研究目的意义、研究内容及技术路线

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

第二章 固定化微生物载体表征及激活驯化

2．1 材料和方法

2．1．2 载体激活启动试验装置

2．1．3 试验用水

2．1．4 试验方法

2．1．5 分析项目及方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 固定化微生物载体性能表征

2．2．2 固定化微生物处理DTRO出水中氨氮的启动试验

2．3 本章小结

第三章 固定化微生物脱氮影响因素试验

3．1．3 试验方法

3．1．4 分析项目及方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 HRT对脱氮效果的影响

3．2．2 DO对脱氮效果的影响

3．2．3 温度对脱氮效果的影响

3．2．4 C／N对脱氮效果的影响

3．2．5 固定化微生物处理实际渗滤液DTRO出水中氨氮

3．3 本章小结

第四章 固定化微生物脱氮途径及脱氮动力学试验

4．1 材料与方法

4．1．1 试验装置

4．1．2 试验用水

4．1．3 试验方法

4．1．4 分析项目与方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 固定化微生物脱氮途径分析

4．2．2 固定化微生物脱氦动力学

4．3 本章小节

第五章 氨氮降解过程中脱氮细菌多样性分析

5．1 材料与方法

5．1．1 样品采集

5．1．2 高通量测序方法

5．1．3 菌群信息分析

5．2．1 微生物群落多样性分析

5．2．2 物种相对丰度分析

5．2．3 脱氮功能细菌多样性分析

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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