含氮废水生物处理及其微生物群落分析

摘要

随着城市化和工农业生产的发展，大量富含氮、磷等营养物质的城市污水、工农业废水流入自然水域，进而导致水体的富营养化。近年来，随着水环境污染和水质富营养问题的日益尖锐以及公共环境意识的日益增强，污水脱氮问题在全球范围内引起了广泛的重视。目前主要采用物理法、化学法、生物法等来处理废水中的氨氮，生物方法相对来说处理效果比较显著，相对于传统除氮理论而言，同步硝化反硝化是一种新型的生物除氮方法，并且效果更为高效优越。
　　本研究将含氮废水在折流式内循环生物膜反应器的同步硝化反硝化的作用下进行除氮反应，使得废水中的氮素能够更为高效的被去除，同时与分步硝化反硝化作用的除氮效果进行比较分析，从而验证折流式内循环生物膜反应器的优势所在。并且对不同碳源影响下的微生物群落结构进行分析研究，为实际工程应用中的菌种选取提供理论依据。实验结果如下:
　　(1)在C/N比为4时，三种碳源影响下，微生物对于NO3--N的去除率和去除总量要明显低于C/N比为10时的去除率与去除总量。在C/N比为4时，以葡萄糖为有机碳源，NO3--N的降解速率明显地要高于以甲醇和邻苯二甲酸氢钾为碳源时的速率。
　　(2)在C/N比为4和10的两种情况下，葡萄糖和甲醇作为电子供体随着浓度的升高，均没有抑制现象发生，而且葡萄糖要更加优于甲醇，而以邻苯二甲酸氢钾作为电子供体时，随着浓度的升高，会出现抑制现象。这些现象进一步验证了葡萄糖和甲醇作为反硝化碳源的优势。
　　(3)在两种碳源的加入方式之下，葡萄糖作为电子供体时，NH4+-N的降解效率是三种碳源中最高的。以第二种碳源加入方式为例，葡萄糖将近85％，甲醇其次，为58％，而邻苯二甲酸氢钾最低，为50％左右。
　　(4)在反硝化阶段，以第一种碳源加入方式为例，NO3--N的去除效率的高低顺序依次为葡萄糖、甲醇和邻苯二甲酸氢钾。但以第二种碳源加入方式的情况下，NO3--N的去除效率的高低顺序也依次为葡萄糖、甲醇和邻苯二甲酸氢钾。
　　(5)第二种碳源加入方式给了硝化阶段的微生物以相对比较充足的碳源，所以其NH4+-N的降解率也相对较高，可是在反硝化阶段，虽然还是剩余有相对较多的碳源，可是微生物对于这些剩余碳源的利用率却没有对第一种碳源加入方式下新加入剩余60％碳源的利用率高，故NO3--N的降解率也就没有第一种碳源加入方式的高。
　　(6)对于折流式内循环生物膜反应器(ICBBR)来说，选用三种不同的有机物作为碳源来降解含氮废水，在C/N比为10的情况下，在实验进行到16h时，其COD的利用率的高低次序依次为葡萄糖、甲醇和邻苯二甲酸氢钾，分别为97％、85％和70％，相差比较大，而在C/N比为4的情况下，在实验进行到16h时，其COD利用率的差别比较微弱。
　　(7)在ICBBR实现了同步硝化反硝化反应的基础上，在C/N比为4的情况下，在16h，NH4+-N的降解率以葡萄糖为最高，为66％左右，以邻苯二甲酸氢钾为最低，为50％左右。而在C/N比为10的情况下，在16h，NH4+-N的降解率以葡萄糖为最高，为98％左右，以邻苯二甲酸氢钾为最低，为58％左右。
　　(8)同步硝化反硝化反应在降解NH4+-N的同时，也降解了NO3--N，以C/N比为10为例，在以葡萄糖作为电子供体时，NO3--N在反应器中的最终含量占据了系统中NO3--N含量最高时的百分数为6％，而在以甲醇作为电子供体时，NO3--N在反应器中的最终含量占据了系统中NO3--N含量最高时的百分数为11％，再以邻苯二甲酸氢钾作为电子供体时，NO3--N在反应器中的最终含量占据了系统中NO3--N含量最高时的百分数为14％。这间接说明了同步硝化反硝化反应对于氮素的去除率也依然是以葡萄糖为最高。
　　(9)通过对三种不同碳源影响下的生物膜中分子生物学分析可以得出:虽然三种有机碳源影响下的菌种有些会重复出现，但是它们都有其各自的优势菌种，而且以葡萄糖影响下的菌种的丰富性最强，甲醇居于其次，而邻苯二甲酸氢钾丰富性最低。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 含氮废水的概述

1．1．1 含氮废水的来源

1．1．2 含氮废水的危害

1．1．3 含氮废水的污染现状

1．2 葡萄糖、甲醇、邻苯二甲酸氢钾的简介

1．2．1 葡萄糖

1．2．2 甲醇

1．2．3 邻苯二甲酸氢钾

1．3 含氮废水的处理技术

1．3．1 物理法

1．3．2 化学法

1．3．3 生物法

1．4 研究目的与研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．5 研究的创新点

1．6 研究的流程设计

第二章 外加电子提高反硝化速率

2．1 材料与方法

2．1．1 反硝化实验装置

2．1．2 实验试剂以及仪器

2．1．3 模拟含NO3--N废水的配置

2．1．4 反硝化菌的驯化

2．1．5 实验方法

2．2 分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 有机碳源对硝酸盐还原的影响

2．3．2 基于不同有机碳源的硝酸盐去除动力学

2．4 本章小结

第三章 碳源对于硝化反硝化动力学的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 硝化实验装置

3．1．2 实验试剂以及仪器

3．1．3 模拟含NH4+-N废水的配置

3．1．4 硝化菌的驯化

3．1．5 反硝化菌的驯化

3．1．6 实验方法

3．2 分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 葡萄糖作为碳源时碳源加入方式对硝化反硝化的影响

3．3．2 甲醇作为碳源时碳源加入方式对硝化反硝化的影响

3．3．3 邻苯二甲酸氢钾作为碳源时碳源加入方式对硝化反硝化的影响

3．4 本章小结

第四章 折流式内循环生物膜反应器实现同步硝化反硝化

4．1 材料与方法

4．1．1 折流式内循环生物膜反应器(ICBBR)

4．1．2 实验试剂以及与仪器

4．1．3 模拟含NH4+-N废水的配置

4．1．5 生物膜载体的形成及驯化

4．1．6 实验方法

4．2 分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 以葡萄糖为碳源时含氮废水的降解情况

4．3．2 以甲醇为碳源时含氮废水的降解情况

4．3．3 以邻苯二甲酸氢钾为碳源时含氮废水的降解情况

4．4 本章小结

第五章 不同有机碳源影响下的微生物群落结构

5．1 材料与方法

5．1．1 反硝化实验装置

5．1．2 实验试剂以及仪器

5．1．3 模拟含NO3--N废水的配置

5．1．4 不同有机碳源影响下微生物群落的培养

5．1．5 实验方法

5．2 分析方法

5．2．1 分子生物学监测分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 葡萄糖作为碳源时微生物群落的分布

5．3．2 甲醇作为碳源时微生物群落的分布

5．3．3 邻苯二甲酸氢钾作为碳源时微生物群落的分布

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果

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