潜流式生物滤池脱氮效能及微生物群落结构解析

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城市污水处理厂尾水水量大,其深度处理可以减轻环境的污染负荷,实现水资源可持续利用。目前生物滤池的研究多见上流式、下流式,潜流式研究很少,本文重点对潜流式生物滤池深度处理污水厂尾水的脱氮效能进行了深入研究,从水流方式、HRT、C/N比、盐度出发探讨滤池脱氮效能的影响因素,利用高通量测序技术研究潜流式反硝生物滤池中微生物特征,从微生物角度解释潜流式滤池生物脱氮机理,以及处理高盐废水后微生物的变化,为潜流式生物滤池在处理低盐或高盐水体的深入研究和推广应用提供理论基础。(1)上进下出对角流模式下,HRT对滤池脱氮的影响显著,NO3--N去除率高低为HRT=1.5 d>HRT=1 d>HRT=3 d,NH4+-N去除率高低顺序为HRT=3 d≈HRT=1d>HRT=1.5 d,NO2--N在HRT=3 d时累积最明显。C/N比对滤池脱氮有一定的影响,随着C/N比的降低,NO3--N的去除率从97.56%降到32.40%。NH4+-N的出水浓度随着C/N比的降低变化不显著,去除率维持在26%33%之间。NO2--N随着C/N的降低,累积越来越明显。下进上出对角流模式下,NO3--N随着HRT的变长去除率越来越低,NH4+-N也表现出跟NO3--N类似的变化趋势,NO2--N在HRT=1d时出现明显累积现象。随着C/N比的降低,NO3--N的去除率逐渐降低,NH4+-N的去除率维持在51%56%之间,NO2--N在低C/N比条件下出现累积。在c(NaCl)=10g/L及以下时,NaCl浓度对NO3--N和NH4+-N的去除效果影响都不显著,NO2--N在低盐度条件下出现轻微波动。采用下进上出对角流模式NO3--N去除效果较好。(2)两种水流模式下,NO3--N和NH4+-N的去除都集中在滤池前段30 cm,NO2--N浓度随着水流方向越来越低。沿程生物量普遍随着水流方向逐渐降低,在60 cm以后区域差别不大。填料反硝化速率也随着水流方向越来越低,填料单位生物量的活性大小顺序为:下进上出>盐度驯化>上进下出。(3)盐度驯化前后,生物滤池不同区域填料微生物的优势门主要是变形菌门Proteobacteria和厚壁菌门Firmicutes,驯化前5、30、90和115 cm处填料上微生物的最优势属为假单胞菌属Pseudomonas(25.48%)、假单胞菌属Pseudom-onas(26.98%)、简单螺旋形菌Simplicispira(10.63%)和Azohydromonas(15.61%)。驯化后分别为简单螺旋形菌Simplicispira(29.57%)、固氮弧菌属Azovibrio(11.05%)、固氮弧菌属Azovibrio(5.78%)和固氮弧菌属Azovibrio(11.57%)。盐度变化对微生物群落结构影响较大。
摘要第3-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-20页
    1.1 研究背景第10页
    1.2 再生水回用的工艺第10-15页
        1.2.1 以物理化学处理为核心的工艺第11-12页
        1.2.2 以生物处理技术为核心的工艺第12-15页
    1.3 微生物学特性研究方法和手段第15-18页
        1.3.1 PCR-DGGE技术第15-16页
        1.3.2 克隆文库分析技术第16-17页
        1.3.3 高通量测序技术第17-18页
    1.4 课题的提出及研究内容第18-20页
        1.4.1 课题来源第18页
        1.4.2 课题提出第18页
        1.4.3 研究内容第18-19页
        1.4.4 研究技术路线第19-20页
2 材料与方法第20-26页
    2.1 试验装置的构建第20-22页
        2.1.1 试验装置第20-21页
        2.1.2 填装材料第21-22页
    2.2 试验用水和接种污泥第22-23页
        2.2.1 实验用水第22页
        2.2.2 接种污泥第22-23页
    2.3 试验仪器与分析方法第23-26页
        2.3.1 常规指标第23页
        2.3.2 生物特性指标第23-26页
3 运行条件对潜流式生物滤池脱氮的影响第26-40页
    3.1 上进下出对角流模式的试验与分析第26-30页
        3.1.1 水力停留时间对氮类去除的影响第26-28页
        3.1.2 碳氮比对氮类去除的影响第28-30页
    3.2 下进上出对角流模式的试验与分析第30-37页
        3.2.1 水力停留时间对氮类去除的影响第30-32页
        3.2.2 碳氮比对氮类去除的影响第32-34页
        3.2.3 盐度对氮类去除的影响第34-37页
    3.3 不同进水方式下污染物去除的比较第37-38页
        3.3.1 不同进水方式下NO_3~--N去除的比较第37-38页
        3.3.2 不同进水方式下NH_4~+-N去除的比较第38页
    3.4 本章小结第38-40页
4 沿程污染物及生物活性变化第40-56页
    4.1 上进下出对角流模式污染物的沿程分布第40-43页
        4.1.1 不同水力停留时间氮类浓度的变化第40-42页
        4.1.2 不同碳氮比下氮类浓度的变化第42-43页
    4.2 下进上出对角流模式污染物的沿程分布第43-48页
        4.2.1 不同水力停留时间下氮类浓度的变化第43-45页
        4.2.2 不同碳氮比下氮类浓度的变化第45-47页
        4.2.3 不同盐度下氮类浓度的变化第47-48页
    4.3 不同条件下沿程生物量的变化第48-51页
        4.3.1 上进下出模式下生物量沿滤池分布第49-50页
        4.3.2 下进上出模式下生物量沿滤池分布第50页
        4.3.3 盐度驯化后生物量沿滤池分布第50-51页
    4.4 不同条件下反硝化速率的变化第51-54页
        4.4.1 不同阶段反硝化速率大小第51-52页
        4.4.2 填料反硝化速率与生物量的关系第52-54页
    4.5 本章小结第54-56页
5 潜流式生物滤池微生物群落结构解析第56-68页
    5.1 下进上出模式下微生物群落分析第56-62页
        5.1.1 微生物群落多样性分析第56-57页
        5.1.2 细菌群落结构的门组成分析第57-58页
        5.1.3 细菌群落结构的属组成分析第58-61页
        5.1.4 潜流式反硝化生物滤池脱氮机理分析第61-62页
    5.2 盐度驯化后微生物群落分析第62-66页
        5.2.1 微生物群落多样性分析第62-63页
        5.2.2 细菌群落结构的门组成分析第63-64页
        5.2.3 细菌群落结构的属组成分析第64-66页
    5.3 本章小结第66-68页
6 结论与展望第68-70页
    6.1 主要结论第68-69页
    6.2 展望与建议第69-70页
致谢第70-72页
参考文献第72-82页
附录 硕士研究生阶段参与课题与发表论文第82页
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