Ca2+、Mg2+对SBR工艺污泥硝化性能和微生物群落结构的影响

论文摘要

金属冶炼、印染、造纸、石油化工等行业常产生大量的含Ca2+、Mg2+废水,这些Ca2+、Mg2+进入污水处理厂与活性污泥相接触,影响微生物活性和污泥絮凝沉降性能。本研究考察Ca2+、Mg2+对有机物和总氮去除率的影响,研究污泥絮凝沉降性的变化,通过三维荧光光谱（EEM）和红外光谱（FTIR）分析胞外聚合物（EPS）组成和结构,利用高通量测序技术（扩增子测序）探索微生物群落结构的演变规律,揭示Ca2+、Mg2+对SBR工艺硝化菌活性和EPS组成的影响机制,以期为提高污水处理厂的脱氮效率和污泥沉降性能提供理论和实践依据。结果表明:在进水COD、NH4+-N和TN分别为300、25和27 mg·L-1的条件下,当进水Ca2+浓度≤1.1 mmol·L-1时,Ca2+对硝化菌活性产生促进作用,随着进水Ca2+浓度增加,NH4+-N和TN去除率升高（分别由93%和67%升高至96%和72%）,SOURAOB和SOURNOB呈增大趋势(分别由6.3和2.3 mg O2·（g VSS）-1·h-1升高至10.8和4.8 mg O2·（g VSS）-1·h-1)。当进水Ca2+浓度为3 mmol·L-1时,Ca2+对硝化菌活性开始产生抑制作用,NH4+-N和TN去除率未受影响,但是SOURAOB和SOURNOB略有下降。Ca2+促进EPS和PN的产生,降低了LB-EPS/EPS,改善了污泥絮凝沉降性能。通过EEM分析发现,EPS存在芳香类蛋白质、富里酸类物质和腐殖酸类物质。通过FTIR分析可知,Ca2+浓度的增加对EPS主要官能团组成无影响,LB-EPS与TB-EPS官能团相同,Ca2+主要与酰胺Ⅰ、羧基和多糖代表基团键合。在Ca2+浓度为1.1 mmol·L-1条件下,微生物群落丰富度和多样性最高。当进水Mg2+浓度≤1.1 mmol·L-1时,Mg2+对硝化菌活性有促进作用,随着进水Mg2+浓度增加,NH4+-N和TN去除率升高（分别由92%和65%升高至98%和74%）,SOURAOB和SOURNOB呈增大趋势(分别由5.0和3.3 mg O2·（g VSS）-1·h-1升高至8.8和4.4 mg O2·（g VSS）-1·h-1)。当进水Mg2+浓度为3 mmol·L-1时,Mg2+对硝化菌活性开始产生抑制作用,NH4+-N和TN去除率未降低,但是SOURAOB和SOURNOB略有降低。Mg2+抑制了EPS和PN、PS的产生,降低了LB-EPS/EPS,改善污泥絮凝沉降性能。通过EEM分析可知,污泥EPS中存在芳香类蛋白质、腐殖酸类物质和富里酸类物质。通过FTIR分析可知,Mg2+浓度的增加对EPS主要官能团组成无影响,LB-EPS与TB-EPS官能团相同,Mg2+主要与酰胺Ⅰ和多糖代表基团键合。在Mg2+浓度为1.1 mmol·L-1条件下,微生物群落丰富度和多样性最高。当进水Ca2+/Mg2+摩尔比为0.5时,SBR工艺脱氮效果最佳,硝化菌活性最强,污泥絮凝沉降性能最好,COD、NH4+-N和TN去除率分别为93%、96%和70%,SOURAOB和SOURNOB分别为10.2和6.9 mg O2·（g VSS）-1·h-1,污泥SVI和FA分别为52 mL·g-1和46%。通过FTIR分析可知,不同Ca2+/Mg2+摩尔比对EPS主要官能团的组成无影响。通过EEM分析可知,LB-EPS和TB-EPS中存在芳香类蛋白质物质,当Ca2+/Mg2+=0.5时,LB-EPS中出现富里酸类物质。进水Ca2+/Mg2+摩尔比为0.5的条件下,微生物群落丰富度和多样性最高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的来源
•   1.2 课题研究背景
•   1.3 SBR工艺生物脱氮作用
•     1.3.1 SBR工艺
•     1.3.2 生物脱氮作用基本原理
•     1.3.3 生物硝化的影响因素
•   1.4 金属离子对生物硝化的影响
•     1.4.1 金属离子对酶活的影响
•     1.4.2 金属离子对生物硝化过程的影响
•   1.5 微生物群落结构的演变规律研究
•     1.5.1 微生物群落结构的传统分析方法
•     1.5.2 新一代高通量测序技术的应用
•     1.5.3 金属离子对微生物群落结构的影响
•   1.6 金属离子对EPS和污泥性质的影响
•     1.6.1 EPS的组成和结构
•     1.6.2 EPS对生物絮凝的影响
•     1.6.3 金属离子对EPS和生物絮凝的影响
•   1.7 课题研究的目的和意义
•   1.8 课题的主要研究内容
•   1.9 技术路线
• 第2章 实验材料与方法
•   2.1 实验装置
•   2.2 实验试剂及仪器
•   2.3 常规指标分析方法
•   2.4 污泥絮凝能力分析
•   2.5 EPS的提取和结构分析
•     2.5.1 EPS提取和测定
•     2.5.2 傅里叶变换红外光谱分析
•     2.5.3 三维荧光光谱分析
•   2.6 硝化反应速率分析
•   2.7 硝化菌活性测定方法
•   2.8 微生物群落结构分析
•     2.8.1 样品采集
•     2.8.2 样品测定
•     2.8.3 数据分析
• 2+对污泥硝化性能和微生物群落结构的影响'>第3章 Ca²⁺对污泥硝化性能和微生物群落结构的影响
• 2+对污染物去除率和硝化菌活性的影响'>  3.1 Ca²⁺对污染物去除率和硝化菌活性的影响
• 2+对COD去除率的影响'>    3.1.1 Ca²⁺对COD去除率的影响
• 2+对氮去除的影响'>    3.1.2 Ca²⁺对氮去除的影响
• 2+对硝化菌活性的影响'>    3.1.3 Ca²⁺对硝化菌活性的影响
• 2+对微生物群落结构的影响'>  3.2 Ca²⁺对微生物群落结构的影响
• 2+对微生物多样性的影响'>    3.2.1 Ca²⁺对微生物多样性的影响
• 2+对微生物群落优势菌的影响'>    3.2.2 Ca²⁺对微生物群落优势菌的影响
• 2+对污泥EPS组成和结构的影响'>  3.3 Ca²⁺对污泥EPS组成和结构的影响
• 2+对EPS组成的影响'>    3.3.1 Ca²⁺对EPS组成的影响
• 2+对EPS结构的影响'>    3.3.2 Ca²⁺对EPS结构的影响
• 2+对污泥絮凝沉降性的影响'>    3.3.3 Ca²⁺对污泥絮凝沉降性的影响
•   3.4 本章小结
• 2+对污泥硝化性能和微生物群落结构的影响'>第4章 Mg²⁺对污泥硝化性能和微生物群落结构的影响
• 2+对污染物去除率和硝化菌活性的影响'>  4.1 Mg²⁺对污染物去除率和硝化菌活性的影响
• 2+对COD去除率的影响'>    4.1.1 Mg²⁺对COD去除率的影响
• 2+对氮去除的影响'>    4.1.2 Mg²⁺对氮去除的影响
• 2+对硝化菌活性的影响'>    4.1.3 Mg²⁺对硝化菌活性的影响
• 2+对微生物群落结构的影响'>  4.2 Mg²⁺对微生物群落结构的影响
• 2+对微生物多样性的影响'>    4.2.1 Mg²⁺对微生物多样性的影响
• 2+对微生物群落优势菌的影响'>    4.2.2 Mg²⁺对微生物群落优势菌的影响
• 2+、Mg²⁺对微生物差异性的影响分析'>    4.2.3 Ca²⁺、Mg²⁺对微生物差异性的影响分析
• 2+对污泥EPS组成和结构的影响'>  4.3 Mg²⁺对污泥EPS组成和结构的影响
• 2+对EPS组成的影响'>    4.3.1 Mg²⁺对EPS组成的影响
• 2+对EPS结构的影响'>    4.3.2 Mg²⁺对EPS结构的影响
• 2+对污泥絮凝沉降性的影响'>    4.3.3 Mg²⁺对污泥絮凝沉降性的影响
•   4.4 本章小结
• 2+、Mg²⁺共存对污泥硝化性能和微生物群落结构的影响'>第5章 Ca²⁺、Mg²⁺共存对污泥硝化性能和微生物群落结构的影响
• 2+、Mg²⁺共存对污染物去除率和硝化菌活性的影响'>  5.1 Ca²⁺、Mg²⁺共存对污染物去除率和硝化菌活性的影响
• 2+、Mg²⁺共存对COD去除率的影响'>    5.1.1 Ca²⁺、Mg²⁺共存对COD去除率的影响
• 2+、Mg²⁺共存对氮去除的影响'>    5.1.2 Ca²⁺、Mg²⁺共存对氮去除的影响
• 2+、Mg²⁺共存对硝化菌活性的影响'>    5.1.3 Ca²⁺、Mg²⁺共存对硝化菌活性的影响
• 2+、Mg²⁺共存对微生物群落结构的影响'>  5.2 Ca²⁺、Mg²⁺共存对微生物群落结构的影响
• 2+、Mg²⁺共存对微生物多样性和差异性的影响'>    5.2.1 Ca²⁺、Mg²⁺共存对微生物多样性和差异性的影响
• 2+、Mg²⁺共存对微生物群落优势菌的影响'>    5.2.2 Ca²⁺、Mg²⁺共存对微生物群落优势菌的影响
• 2+、Mg²⁺共存对污泥EPS组成和结构的影响'>  5.3 Ca²⁺、Mg²⁺共存对污泥EPS组成和结构的影响
• 2+、Mg²⁺共存对EPS组成的影响'>    5.3.1 Ca²⁺、Mg²⁺共存对EPS组成的影响
• 2+、Mg²⁺共存对EPS结构的影响'>    5.3.2 Ca²⁺、Mg²⁺共存对EPS结构的影响
• 2+、Mg²⁺共存对污泥絮凝沉降性的影响'>    5.3.3 Ca²⁺、Mg²⁺共存对污泥絮凝沉降性的影响
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵倩男

导师: 张兰河

关键词: 硝化活性,金属离子,絮凝性,沉降性,胞外聚合物,群落结构

来源: 东北电力大学

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: 东北电力大学

基金: 国家自然科学基金项目(胞外聚合物离子化促进生物絮凝与强化脱氮的作用机制,51678119)

分类号: X703;X172

总页数: 72

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