导　　师： 马放;杨基先

学科专业： H30

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 哈尔滨工业大学

摘　　要： 氮素污染控制是当今水污染防治领域的关注焦点。传统生物脱氮工艺在处理过程中存在弊端,亟待研发高效、稳定、节省占地的新型生物脱氮工艺。本论文将好氧反硝化和磁生物强化理论引入新型生物脱氮工艺的研发,研究高效好氧反硝化功能菌的筛选、鉴定、生理特性及脱氮效能;构建基于好氧反硝化菌的新型强化生物脱氮系统,探讨磁强化技术对功能菌效能和对SBR系统污水处理效果的强化作用;考察反应系统中的微生物群落结构演替规律,解析系统中的硝化功能菌群、反硝化功能菌群间的生态学关系及动态变化趋势,为现有污水处理系统的强化及同步脱氮机理提供进一步参考。定向筛选高效好氧反硝化菌,确定其最适生长和反应条件,结果表明:所筛选菌株T13(Pseudomonas sp.)为硝酸盐去除率97.75 %,总氮去除率89.74 %的高效好氧反硝化菌。其适宜生长和反硝化温度范围为25-35℃,μmax=0.3079 h-1,代时G =2.25 h。并在15℃的低温下仍具有脱氮能力;适宜的pH为中性偏碱;适宜的C/N为3-12;能够利用硝酸盐、亚硝酸盐为电子受体进行硝酸盐呼吸,并实现90 %以上的硝酸盐、亚硝酸盐去除率。结合菌株微生物特性,探讨磁场对好氧反硝化进程的影响与机制,结果表明:磁场强度和磁作用方式均对好氧反硝化功能菌的生理特性产生影响,当磁场强度150 mT时,T13的微生物生长量、硝氮去除率、脱氢酶活性最佳,其中硝氮去除率、脱氢酶活性分别较未加磁场时提高了7.2%和2.38倍;投加磁粉后T13生长显著,T13加磁粉的比生长速率μ明显高于其他两组。磁粉投加量为2g/L时,硝氮去除率达到100 %,经统计学差异显著分析,磁作用效果明显。将高效好氧反硝化菌T13接入SBR系统,可见磁作用对硝氮和COD去除的明显增强作用。功能菌蛋白凝胶分析推断,磁致生物效应主要为通过磁效应对微生物的酶活性产生影响,进而调控微生物反应的进行。考察磁作用对污染物去除及污泥性质的影响并优化磁作用参数,结果表明:常温条件下,综合考虑氨氮和COD的去除效果,60-90 mT磁场范围能达到对污染物去除较佳。磁作用可以使污泥颗粒zeta电位降低,促进了污泥的沉降速率的提高,活性污泥的脱氢酶活性随着磁场梯度的增加呈现出较明显的增加趋势。考察生物-磁复合强化技术的低温同步脱氮效能及稳定性,结果表明:磁效应可以缩短最佳停留时间,增大了SND稳定高效运行pH值的耐受范围,增强了处理系统的稳定性,实现污染物的高标准达标排放。低温运行期间,平均进水COD 377 mg/L、氨氮67 mg/L,MSBR-SND(Magnetic-SBR-SND)出水平均氨氮去除率为95.76 %,出水平均总氮去除率为60 %,COD去除率为82 %左右,出水氨氮浓度符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(2002)一级A标准,磁作用效果显著。基于PCR-DGGE技术,结合聚类分析与Shannon多样性指数分析,结果表明,磁效应导致适应磁环境的细菌生物活性增强,使系统更快形成稳定的群落结构。在系统HRT与DO改变时其微生物群落结构相对稳定,pH改变时群落结构变化相对激烈,但外界条件对加磁系统微生物多样性的影响均较小。系统中的反硝化菌群和硝化功能菌群结构与多样性的变化受上述条件影响,所筛选菌株T13有较强的适应能力,所代表的条带在整个运行期间的DGGE图谱上始终存在,为菌群中的优势种属之一,从而保证了系统硝氮的稳定去除。通过上述研究,可以确定:磁效应对好氧反硝化功能菌的生长代谢与生态优势地位具有显著促进与稳定作用,基于好氧反硝化菌的磁复合强化生物脱氮技术能够有效提高污水处理系统的处理能力和效率,并在低温条件下具备稳定性与高效性的优势,为完善城镇污水的生物脱氮工艺,尤其是北方低温环境下污水的高效稳定处理提供了有效的新途径。

关 键 词： 好氧反硝化菌 同步硝化反硝化 磁强化 低温 微生物群落演替

分 类 号： [X703]

领　　域： [环境科学与工程]