固定化聚氨酯载体的净化效果及微生物的群落结构解析

论文摘要

随着国家对城市污水排放标准要求的提高,水质提升已成为开发水资源的另一有效途径,但是常规的污水处理工艺面临着城市工业废水和生活污水的排放量逐年增加,严重存在着COD、氨氮去除率低等问题,因此,需要对传统工艺进行升级改造,解决常规工艺处理效果差的不足,从而满足城市污水新的排放要求。本研究选用兼有悬浮活性污泥法和固定化生物膜法的共同特点的一种新型生化处理法—生物接触氧化工艺作为升级改造的处理工艺,其中载体的选择是核心部分,本文选用新型多孔微生物固定化载体—聚氨酯泡沫塑料作为微生物固定化的研究对象。研究比较固定化聚氨酯载体在生物接触氧化工艺内三种不同的投放方式（一半悬浮、一半下沉、一半悬浮一半下沉状态）下的出水指标（COD、NH4-N、BOD、总氮）、聚氨酯载体固定化的生物量、SOUR以及微生物群落结构解析,并对不同投放状态下的功能微生物进行菌种鉴定。从微生物生态学角度出发,探究聚氨酯在各种状态下的微生物群落结构变化与污染物降解效能之间的关系,从而确定固定化聚氨酯在生物接触氧化工艺内的最佳投放状态,为聚氨酯载体在实际工程的投放提供有利的科学依据。固定化聚氨酯载体的生物指标结合出水净化指标表明:固定化聚氨酯在一般悬浮一半下沉状态的处理指标COD、NH4-N在进水浓度在300-350mg/L和46-58mg/L时,出水COD和NH4-N浓度分别稳定在50mg/L和5mg/L以下,均能达到GB18918-2002中规定的一级A的排放标准。其中生物指标在此状态下也具有明显的优势:微生物的活性SOUR为86mgO2 /g·h,生物负载量为272.5g。不同投放状态下的微生物群落多样性的差异比较明显,其中此状态下的微生物群落结构最丰富,最后得出结论:固定化聚氨酯载体在生物接触氧化工艺内一半悬浮一半下沉为最优投放方式。最优投放状态下固定化载体不同位点的功能菌群鉴定结果为:土壤杆菌属（Agrobacterium rubi）,苍白杆菌属（Ochrobactrum sp.）,拟杆菌（Bacteroidetes）,根瘤菌属（Bradyrhizobium sp.）,副球菌属（Paracoccus sp.）,亚硝化螺菌属（Nitrosospira sp.）,硝化菌属（Nitrobacter）,亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas sp.）,荧光假单胞杆菌属（Pseudomonas fluorescens）,梭菌属（Clostridium sp.）等。其中脱氮（硝化、反硝化）细菌成为系统内部主要功能菌群,同时还发现了多株好养反硝化细菌,说明在固定化聚氨酯载体中同时存在两种脱氮路径,为实际工程应用提供理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 我国水体的研究现状
• 1.1.1 我国目前污水处理的研究状况
• 1.1.2 城市污水处理工艺升级改造的技术要点
• 1.2 固定化技术在污水处理技术中的研究状况
• 1.2.1 固定化微生物技术概述及在污水处理中的应用
• 1.2.2 生物接触氧化工艺概述及其特点
• 1.2.3 载体的类型及特点
• 1.2.4 固定化聚氨酯载体在污水处理中的应用
• 1.2.5 生物接触氧化工艺在污水处理中的应用
• 1.3 生物指标
• 1.3.1 生物量
• 1.3.2 微生物活性
• 1.4 非培养技术在污水处理中的应用
• 1.4.1 传统的微生物群落结构分析方法现状
• 1.4.2 非培养技术（Culture-independent Technology）
• 1.4.3 变性梯度凝胶电泳（DGGE）及其应用
• 1.5 课题来源及主要研究内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 课题目的和意义
• 1.5.3 课题研究的主要内容
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 实验装置
• 2.1.4 实验用水水质情况
• 2.1.5 样品来源
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 常规理化方法
• 2.2.2 灭菌方法
• 2.2.3 生物量的测定方法
• 2.2.4 MLSS的测定方法
• 2.2.5 生物活性（SOUR）的测定方法
• 2.2.6 微生物的形态特征观察
• 2.3 微生物非培养技术试验方法
• 2.3.1 细菌基因组总DNA的提取
• 2.3.2 基因组总DNA的PCR扩增
• 2.3.3 硝化细菌DNA的巢式PCR扩增
• 2.3.4 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 2.3.5 序列分析与系统进化树的绘制
• 第3章 固定化聚氨酯载体在不同投加状态下的净化效果与微生物分布
• 3.1 生物接触氧化工艺的启动与运行
• 3.1.1 活性污泥接种启动
• 3.1.2 生物膜的培养和驯化
• 3.1.3 聚氨酯载体固定微生物的方式
• 3.2 聚氨酯载体在生物接触氧化滤池内的净化效果
• 3.2.1 聚氨酯载体在生物接触氧化滤池内不同投放状态下的COD净化效果
• 4-N净化效果'>3.2.2 聚氨酯载体在生物接触氧化滤池内不同投放状态下的NH₄-N净化效果
• 3.2.3 聚氨酯载体在生物接触氧化池内不同投放状态下BOD净化效果
• 3.2.4 聚氨酯载体在生物接触氧化池内不同投放状态下TN净化效果及SND现象
• 3.3 聚氨酯载体在不同投放状态下的生物指标
• 3.4 聚氨酯载体在三种不同投放状态下的功能微生物总DNA的提取
• 3.5 聚氨酯载体三种不同投放状态下的PCR-DGGE指纹图谱分析
• 3.5.1 聚氨酯载体三种不同投放状态下群落结构分析
• 3.5.2 聚氨酯载体三种不同状态下微生物群落多样性分析
• 3.5.3 聚氨酯载体三种不同投放状态下上功能微生物的鉴定及解析
• 3.5.4 三种不同投放状态下上功能微生物的系统进化树
• 本章小结
• 第4章 聚氨酯载体不同位点的功能菌群解析及脱氮路径分析
• 4.1 聚氨酯载体内部及表面的微生物固定化扫描电镜观察
• 4.2 聚氨酯载体不同位点功能微生物总DNA的提取
• 4.3 聚氨酯载体不同位点在不同时期的功能菌群、硝化细菌群落分析
• 4.3.1 聚氨酯载体在挂膜期不同位点的群落结构
• 4.3.2 聚氨酯载体中硝化菌群落结构的DGGE图谱分析
• 4.3.3 聚氨酯载体在稳定运行期间不同位点的微生物群落结构
• 4.3.4 聚氨酯载体在稳定运行期间不同位点的功能微生物的鉴定及分析
• 4.3.5 聚氨酯载体不同位点功能微生物的系统进化树
• 4.3.6 微生物在固定化聚氨酯载体内的脱氮路径分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢