固定化反硝化细菌在人工湿地系统中处理低污染水性能研究

摘要

人工湿地作为一种生态工程技术在面源污染水体的处理方面应用广泛，但其脱氮效率受气温影响较大，低温下含氮污染物的去除效果不佳；脱氮过程中产生的NO2--N积累会对反硝化菌产生毒害作用，不利于反硝化反应的进行等。本课题根据洱海入湖河道水体污染的基本情况（总氮超标为主，氨氮基本不超标，硝态氮浓度相对较大），以硝态氮为目标污染物，通过固定化微生物技术强化人工湿地脱氮效果。　　实验选用的高效反硝化菌是通过分离纯化及反硝化能力测定筛得，利用16S rDNA测序分析其菌属信息，采用PVA、SA包埋固定后探究固定化反硝化菌的脱氮特性，结果表明，筛选所得反硝化菌株C对TN及 NO3--N的去除率分别为98.36%及98.83%，NO2-N积累量仅为0.28mg/L，24h内脱氮效率为8.59mg N/(L·h)；经16S rDNA测序初步确定其为Pseudomonas stutzeri A1501（序列号为NR_074829.1），二者的最大相似度为99.7%；固定化反硝化菌的生物量为15.67g/L，固定化反硝化菌颗粒密度为0.93g/mL，平均1g固定化颗粒中所含反硝化菌质量为0.02g；在模拟低污染水处理实验中，pH、温度、DO的波动对固定化反硝化菌脱氮效果的影响均小于游离反硝化菌；固定化反硝化菌在pH为7，温度为30℃，DO浓度为0.87~1.54mg/L时的脱氮效果最好，低C/N（C/N=1）对固定化反硝化菌的脱氮效果影响较大，固定化反硝化菌所需的最佳C/N为5。　　实验中对比分析了固定化反硝化菌的不同投加位置对人工湿地系统脱氮效果的影响，采用高通量测序手段从微生物群落结构与功能的角度分析其强化湿地系统脱氮效果的原因，结果表明，在各系统运行的50天内，上层投加固定化反硝化菌对人工湿地系统脱氮的强化效果最佳，其TN与NO3-N的去除率分别可达60.31%与64.98%；对比各系统的微生物多样性指数可知，空白对照组人工湿地系统中的微生物物种多样性高于投加固定化反硝化菌的各湿地系统，但各系统间微生物群落多样性总体差异不大，均为Proteobacteria（变形菌门）的丰度最高，其次为Chloroflexi（绿弯菌门），且上层与上下层均投加固定化反硝化菌的人工湿地系统中由于反硝化菌的投加，而产生的微生物群落的细微变化，如Nitrospira（硝化螺旋菌门）所占比例增大等，有利于提高系统的脱氮效果。　　实验最后考察了固定化反硝化菌在低温下对人工湿地系统的强化脱氮效果，结果表明，在15℃条件下，上层投加固定化反硝化菌的湿地系统对TN与NO3-N的去除率可达50.86%与55.06%，高于空白对照组人工湿地系统（TN与NO3-N去除率分别为24.81%与27.53%），这说明固定化反硝化菌所具有的耐低温性能在投加至人工湿地系统后同样体现着优势，表现出较好的脱氮性能。

目录

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第一章 绪论

1.1 人工湿地技术在低污染水处理中的应用

1.2 固定化微生物技术在生物脱氮领域的应用

1.3 生物强化作用对系统微生物群落结构的影响

1.4 研究背景

1.5 研究目的与内容

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 水质分析方法及污水来源

第三章 高效反硝化菌的筛选及鉴定

3.1 高效反硝化菌的筛选

3.2 反硝化菌株的鉴定

3.3 本章小结

第四章 最佳固定化条件的确定及反硝化菌株的固定

4.1 最佳固定化条件的确定

4.2 固定化颗粒的表观及内部形貌观察

4.3 本章小结

第五章 固定化反硝化菌的脱氮性能研究

5.1 实验方法

5.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 投加固定化反硝化菌强化人工湿地脱氮实验研究

6.1 不同投加位置对各人工湿地系统脱氮的强化效果

6.2 低温下投加固定化反硝化菌对人工湿地脱氮的强化效果

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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