不同污泥形态厌氧氨氧化系统的低温性能稳定性及菌群特性研究

论文摘要

厌氧氨氧化工艺作为一种新型的生物脱氮技术,相较于传统脱氮工艺具有无需耗氧量和外加碳源,剩余污泥产生量少等优势。但在其推广应用的过程中,由于受到低温、污泥流失等问题的影响,导致该工艺运行的不稳定。针对影响该工艺稳定运行的因素,本研究通过建立絮状-颗粒耦合的厌氧氨氧化系统（SBR1）和颗粒厌氧氨氧化系统（SBR2）,探讨不同污泥形态的厌氧氨氧化系统在不同因素影响下的恢复及稳定策略;随后在瞬时降温和梯度降温两种降温模式下,评估系统在低温下的抗冲击能力和恢复能力;最后结合高通量测序手段,分析不同污泥形态厌氧氨氧化系统的微生物菌群结构特性,探究系统对低温冲击的响应机制;取得以下主要研究结论:（1）通过设置絮状-颗粒耦合的厌氧氨氧化系统和厌氧氨氧化颗粒系统,考察动态取泥和缩短静置时间因素对系统脱氮性能的影响。在完成污泥接种后,经过63 d SBR1对NH4+-N和NO2--N的去除率分别能达到99.49%和97.74%,到第80 d,SBR2反应器对NH4+-N和NO2--N的去除率都可稳定维持在95%左右。在此基础上,考察反应运行周期、静置时间和污泥量等因子对系统运行效能的影响,研究实验结果发现,通过生物强化、人工淘洗、调整基质浓度、调整反应运行周期等调控措施可实现系统的脱氮性能的快速恢复。（2）为探究系统在低温冲击下的稳定性,设置瞬时降温（35℃→15℃）和梯度降温（35℃→30℃→25℃→20℃→15℃）两种降温方式。在瞬时降温试验中,SBR1和SBR2的总氮去除速率分别下降了24.63%、31.48%,在梯度降温试验中,SBR1和SBR2的总氮去除速率分别在25℃和30℃时出现了急速下降,在温度为15℃时,两个系统的总氮去除速率依次下降了53.58%、71.11%。由此说明,在同一降温模式中,厌氧氨氧化颗粒系统对温度的变化更为敏感,且絮状-颗粒耦合的污泥系统对低温的冲击表现出更高的系统稳定性。另外,相较于梯度降温,SBR1和SBR2都在瞬时降温的条件下,具有更强的系统脱氮性能稳定性。（3）在系统的恢复性试验中,瞬时降温条件下的SBR1和SBR2的NH4+-N去除率分别降低了15.37%、22.63%,NO2--N去除率分别下降了9.80%、18.37%;而梯度降温条件下的SBR1反应器对NH4+-N和NO2--N的去除率分别降低了54.79%、43.41%;SBR2反应器对NH4+-N和NO2--N的去除率各下降了64.81%、43.74%;另外在经历瞬时降温和梯度降温冲击后,SBR1的脱氮性能分别在4 h和16 h后基本恢复,SBR2运行效果的恢复时长依次为12 h和18 h。结果表明,厌氧氨氧化系统的恢复能力与低温冲击的时长呈现一定的正相关趋势,而当冲击时长相同时,多种污泥形态耦合的系统可以更快地恢复其脱氮性能。（4）高通量测序结果说明,厌氧氨氧化颗粒系统中微生物菌群的丰富度高于絮状-颗粒耦合系统,而厌氧氨氧化絮状-颗粒耦合系统的菌群多样性较颗粒系统样本高。菌群结构方面,在门分类水平上,SBR1和SBR2系统样本中的浮霉菌门（Planctomycetes）相对丰度分别为12.26%、10.79%;在属分类水平上,SBR1和SBR2中同时检测到了Candidatus Kuenenia、Candidatus Brocadia和Candidatus Anammoxoglobus这三类厌氧氨氧化菌,且其相对丰度最大,分别为9.6%、9.56%;其他各分类水平上的厌氧氨氧化菌群丰度均占据一定优势,表明不论是在絮状-颗粒耦合的厌氧氨氧化系统,亦或是在厌氧氨氧化颗粒系统中,厌氧氨氧化菌都是主要的优势菌群,并占据着主导地位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 氮素污染来源及危害
•   1.2 传统生物脱氮技术
•     1.2.1 传统生物脱氮原理
•     1.2.2 传统生物脱氮工艺应用
•   1.3 厌氧氨氧化工艺
•     1.3.1 厌氧氨氧化工艺原理
•     1.3.2 厌氧氨氧化工艺影响因素
•     1.3.3 厌氧氨氧化工艺应用
•   1.4 课题提出及意义
•   1.5 研究内容及路线
•     1.5.1 研究内容
•     1.5.2 技术路线
• 第2章 厌氧氨氧化系统的调控策略研究
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 反应装置及设备
•     2.2.2 反应器运行工况
•     2.2.3 接种污泥及用水
•     2.2.4 测试项目
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 SBR1 系统稳定阶段和冲击阶段
•     2.3.2 SBR1 系统恢复阶段
•     2.3.3 SBR2 系统稳定阶段和冲击阶段
•     2.3.4 SBR2 系统恢复阶段
•   2.4 本章小结
• 第3章 温度对厌氧氨氧化系统脱氮性能稳定性的影响评估
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 反应装置及试验用水
•     3.2.2 试验方案
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 不同降温模式对SBR1 系统的影响
•     3.3.2 不同降温模式对SBR2 系统的影响
•     3.3.3 SBR1和SBR2 系统的恢复性分析
•     3.3.4 SBR1和SBR2 系统的稳定性分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 不同形态污泥的性状及菌群特性分析
•   4.1 引言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 试验设备和试剂
•     4.2.2 样品处理和DNA提取
•     4.2.3 高通量测序和数据分析
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 SBR1和SBR2 的污泥形态
•     4.3.2 序列统计和OTU聚类分析
•     4.3.3 微生物菌群的丰富度和多样性分析
•     4.3.4 不同分类水平上的菌群结构变化
•   4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄睿

导师: 李柏林

关键词: 厌氧氨氧化,絮状污泥,颗粒污泥,温度模式,菌群特性

来源: 武汉理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 武汉理工大学

分类号: X703;X172

DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000662

总页数: 78

文件大小: 1539K

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