以廉价农业废弃物为缓释碳源的反硝化滤池深度脱氮研究

摘要

我国城镇污水C/N比普遍偏低，碳源不足成为脱氮工艺的控制性因素。传统小分子外加碳源存在对环境的潜在威胁，易造成副污染；新型外加碳源可生物降解聚合物成本高，难以广泛应用，因此廉价易得的农业废弃物成为外加碳源方面的研究热点。为寻找廉价有效的外加碳源，本文选取我国最常见的两种廉价农业废弃物玉米芯、稻草，进行基于缓释碳源的反硝化滤池深度脱氮研究。
　　本文分析了静态条件下玉米芯、稻草和经过热预处理与碱预处理后的两种材料中影响出水水质的碳源、氮源和磷源物质的释放规律。长时间浸泡后水中各物质浓度低于1 mg/(g·d)。认为热预处理和碱预处理可提高材料可溶性碳源的释放。两种材料表面粗糙，利于微生物附着。结合材料的反硝化潜能和静态反硝化效能以及物理状态，筛选了玉米芯、热处理后玉米芯和碱处理后玉米芯为反应器缓释碳源和生物载体。
　　以没有碳源缓释作用的陶粒为空白参照。确定了玉米芯反应器最佳水力停留时间为50 min，最适pH为7。长期运行反应器，至实验结束时玉米芯反应器、热处理玉米芯反应器、碱处理反应器TN去除率仍然可维持25％、20%、53%。碱预处理玉米芯反应器脱氮效果好于玉米芯反应器好于热处理玉米芯反应器好于陶粒反应器。玉米芯反应器运行6个月结束时仍有较良好的脱氮效果。说明以玉米芯可以起到长期提供缓释碳源的作用。应用环境扫描电镜观察缓释碳源运行前后表面，发现去膜后的玉米芯表面纤维素被微生物破坏严重。
　　应用Illumina高通量测序技术解析了不同缓释碳源反应器内群落结构与功能关系。从细菌角度分析，玉米芯反应器多样性最大，从真菌角度分析，陶粒反应器多样性最高。陶粒反应器中含有高丰度的反硝化功能菌属，但受到碳源限制几乎没有脱氮效果。其他三组反应器都含有高丰度的纤维素降解菌属和常见的具有反硝化功能的菌属，碱预处理玉米芯反应器内纤维素降解菌和反硝化功能菌丰度最高，与之高效的脱氮效能相对应。四组反应器中的真菌多腐生菌，常见的具有纤维素降解功能的真菌在四组样品中丰度均较小。

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第1章 绪 论

1.1 我国水体氮源污染现状及问题

1.2 生物脱氮工艺研究现状

1.3 反硝化外加碳源研究现状

1.4 本课题来源及研究内容

1.5 技术路线

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置

2.3 实验方法

2.4 实验方案

第3章 缓释碳源材料的选择及碳源释放性能比较

3.1 原材料性质

3.2 热预处理对材料性质的影响

3.3 碱预处理对材料性质的影响

3.4 材料的反硝化潜能

3.5 材料的静态反硝化效能

3.6 本章小结

第4章 缓释碳源反硝化滤池的深度脱氮效能分析

4.1 以陶粒为填料的反应器效能评价

4.2 以玉米芯为填料的反应器效能评价

4.3 以热处理玉米芯为填料的反应器效能评价

4.4 以碱处理玉米芯为填料的反应器效能评价

4.5 材料表面的表征

4.6 本章小结

第5章 反硝化滤池微生物群落结构解析

5.1 微生物种群多样性及丰度分析

5.2 微生物群落结构与功能关系

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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