一体化脱氮除磷曝气生物滤池处理生活污水的效能及微生物种群结构研究

【摘要】：本文利用分子生态学技术作为研究手段，以自制滤料和普通陶粒为滤料，考察了不同工况下微生物的种类、数量及空间变化规律，通过与反应器去除效能相结合，探讨微生物群落在曝气生物滤池处理污水过程中所起到的作用。 本文首先对一体化脱氮除磷曝气生物滤池反应器进行构建与驯化，从化学和微生物两方面来考察其挂膜特性，分析其中微生物的种群结构。结果表明，总挂膜阶段需32天完成，其中COD去除率在第18天可达70%，而氨氮则需第20天可达70%，说明好氧异养菌比好氧自养菌的增值速度要快；反应器在进水和出水中微生物群落丰富，优势种群较为相似，主要为Verrucomicrobia、Gemmatimonadete和Proteobacteria。 本文考察了两组反应器在不同运行条件下的脱氮除磷效能及和微生物群落演替及相互作用： 首先是改变氨氮负荷，共运行74天，结果表明，随着氨氮含量的增加，两组反应器对CODcr的去除率在缓慢下降，在三个阶段中对CODcr的平均去除率分别为71.55%、69.59%、66.59%和72.91%、69.94%、66.58%；对氨氮的去除会在初期受到不同程度冲击，但2号比1号反应器恢复得要好；对总磷的去除效果并为受到较大影响，平均去除率分别为27.53%和27.41%。利用分子生态学手段进行分析，微生物群落物种丰富，优势菌种明显，主要分属七大类群，分别是Nitrospirae、Verrucomicrobia、Proteobacteria、Firmicutes、Cyanobacteria、Chlamydiae和Acidobacteria，随着氨氮负荷增加，出水端的优势菌种减少，但每种优势菌群的数量却在逐渐增加，且在每一阶段中都有各自的优势种群，说明生态系统中的微生物种群发生了演替变化，某些优势种群会由另一批优势种群所取代；两组反应器中存在各自独有的优势种群，说明不同的两种滤料会适合不同的菌群生存。三个阶段中样品的丰富度和均匀度在第一阶段最低，而优势度在第一阶段最高，说明微生物系统的多样性有所提高，物种之间形成的相互关系更加复杂，生态系统抗冲击能力更强，也可以解释即使氨氮负荷增加，系统的去除率还一直保持较高的原因。 其次是改变总磷负荷，共运行100天，结果表明，随着总磷负荷增加，未投加混凝剂时，反应器对CODcr的去除效果并为受到较大影响，其中的沉淀部分的平均去除率分别为17.41%和17.94%，过滤部分的平均去除率分别为60.79%和62.81%；投加混凝剂后，沉淀部分的平均去除率分别为35.81%和37.9%，较未投加混凝剂时提高一倍左右；过滤部分平均去除率分别为53.77%和47.55%，与未投加混凝剂时相比，去除率有所降低。未投加混凝剂时，两组反应器的沉淀部分对氨氮的去除效果并为受到明显影响，且沉淀部分对氨氮的去除十分有限，平均去除率分别为3.70%和4.16%；过滤部分的平均去除率分别为89.11%和89.53%，对氨氮的去除效果并无明显变化；投加混凝剂后，沉淀部分的平均去除率分别为6.63%和6.01%，仍在10%以下；过滤部分的平均去除率分别为90.37%和90.77%，与未投加混凝剂时相比，去除率并无明显变化，说明混凝剂的投加对去除氨氮无太大作用。未投加混凝剂时，两组反应器对总磷的去除效果并不理想，且去除率缓慢降低，沉淀部分的平均去除率分别为7.04%和6.49%；过滤部分的平均去除率分别为15.69%和19.96%；投加混凝剂后，沉淀部分的平均去除率分别为51.26%和52.44%，较未投加混凝剂时去除率提高幅度非常大，且随着总磷负荷增加，对总磷的去除率更高；过滤部分的平均去除率分别为23.31%和24.77%，与未投加混凝剂时相比，去除率并无明显变化，说明主要还是化学除磷起主要作用。利用分子生态学手段进行分析，微生物群落物种丰富，优势菌种明显，有相当一部分微生物菌种在整个实验阶段中都存在，也有一些菌种为个别阶段内的特殊菌种；未投加混凝剂时，主要分属四大类群，分别是Verrucomicrobia、Acidobacteria、Proteobacteria和Chlamydiae；投加混凝剂后，主要分属七大类群，分别是Verrucomicrobia、Chlamydiae、Proteobacteria、Chloroflexi、Nitrospirae、Acidobacteria和Cyanobacteria。 【关键词】：一体化曝气生物滤池 脱氮除磷 微生物种群结构 分子生态学
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X799.3;X172
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题研究背景13
• 1.1.1 生活污水的成因及特点13
• 1.1.2 生活污水对环境的危害13
• 1.2 曝气生物滤池概述13-17
• 1.2.1 曝气生物滤池简介及分类13-14
• 1.2.2 曝气生物滤池处理生活污水的国内外研究进展14-17
• 1.3 现代分子生物学技术在生活污水处理中的应用17-21
• 1.3.1 现代分子生物学技术17-18
• 1.3.2 现代分子生物学技术处理生活污水研究进展18-21
• 1.4 课题的目的和意义21
• 1.5 课题研究方案21-23
• 1.5.1 研究目标21-22
• 1.5.2 技术路线22
• 1.5.3 研究内容22-23
• 1.6 课题创新点23-25
• 第二章 实验材料与方法25-33
• 2.1 反应器设计及进水水质25-27
• 2.1.1 反应器装置25-26
• 2.1.2 进水水质26-27
• 2.2 常规水质监测方法27
• 2.3 分子生物学分析方法27-33
• 2.3.1 生物膜样品的采集27
• 2.3.2 总 DNA 的提取27-28
• 2.3.3 琼脂糖凝胶电泳检测28-29
• 2.3.4 PCR 扩增29-30
• 2.3.5 DGGE 技术30-31
• 2.3.6 t-RFLP 技术31-33
• 第三章 一体化脱氮除磷曝气生物滤池处理生活污水挂膜启动阶段微生物种群结构的研究33-45
• 3.1 一体化脱氮除磷曝气生物滤池的挂膜启动33-34
• 3.2 挂膜启动阶段的化学特征34-37
• 3.2.1 挂膜启动阶段 CODCr 的去除特征34-35
• 3.2.2 挂膜启动阶段氨氮的去除特征35-37
• 3.3 挂膜启动阶段的微生物特征37-43
• 3.3.1 挂膜启动阶段微生物电镜扫描特征37-38
• 3.3.2 挂膜启动阶段的微生物种群结构特征38-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 一体化脱氮除磷曝气生物滤池不同氨氮负荷下处理生活污水及微生物群落结构的研究45-71
• 4.1 不同氨氮负荷下处理生活污水的化学特征45-50
• 4.1.1 不同氨氮负荷下处理生活污水的 CODCr 去除特征45-46
• 4.1.2 不同氨氮负荷下处理生活污水的氨氮去除特征46-48
• 4.1.3 不同氨氮负荷下处理生活污水的总磷去除特征48-50
• 4.2 不同氨氮负荷下处理生活污水的微生物种群结构特征50-68
• 4.2.1 PCR-DGGE50-58
• 4.2.2 t-RFLP58-68
• 4.3 本章小结68-71
• 第五章 一体化脱氮除磷曝气生物滤池不同总磷负荷下处理生活污水及微生物群落结构的研究71-95
• 5.1 不同总磷负荷下处理生活污水的化学特征71-78
• 5.1.1 不同总磷负荷下处理生活污水的 CODCr 去除特征71-74
• 5.1.2 不同总磷负荷下处理生活污水的氨氮去除特征74-76
• 5.1.3 不同总磷负荷下处理生活污水的总磷去除特征76-78
• 5.2 不同总磷负荷下处理生活污水的微生物种群结构特征78-91
• 5.2.1 总 DNA 的提取78-80
• 5.2.2 PCR 扩增80-81
• 5.2.3 DGGE 图谱分析81-85
• 5.2.4 测序结果分析85-91
• 5.3 本章小结91-95
• 第六章 结论95-97
• 参考文献97-103
• 致谢103-105
• 附录105-106

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