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生物膜工艺处理生活废水研究及其微生物群落多样性分析

作　者: 易绿云
导　师: 浦跃武
学　校: 华南理工大学
专　业: 发酵工程
关键词: 生活废水生物膜工艺 PCR-DGGE C/N比有机负荷
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本课题采用斜板生物膜工艺处理模拟生活污水,研究了工艺的挂膜启动特性。瓷板滑面、瓷板粗面、白胶板和黑实验台板被用来作为生物膜附着生长的支撑材料,设计尺寸均为10cm×40cm；通过循环泵,使废水连续不断的流经斜板上的生物膜并得到净化；工艺运行过程中无外加曝气设备的使用,仅通过废水的循环流动即可获得生物膜生长繁殖所需的溶解氧。挂膜方式采用动态培养自然挂膜法,试验启动共用时32天,其中,静态挂膜期间7天,动态挂膜时间25天；经过32天的挂膜后,生物膜基本成熟,出水COD、NH3-N及TN含量基本可维持在较低的水平,COD和NH3-N的去除率分别在70%和40%以上。通过扫描电镜(SEM)研究不同斜板的生物膜样品结构,发现生物膜菌群附着于EPS和丝状微生物上形成致密结构,微生物群间有疏松的空隙用以进行物质交换；通过比较发现不同斜板生物膜的电镜扫描照片基本一致,表明斜板材质的不同并没有引起生物膜结构的不同。对工艺进行调试运行发现,当进水流量为95L/d,进水COD有机负荷高达421.98g/(m2·d),DO浓度在2-4mg/L时,系统对COD的去除率高达78%以上,调试期间废水的平均出水pH稳定在7.8左右,对pH具有很好的缓冲能力,因为工艺运行中没有污泥的外排,所以系统对磷的去除效果不大。探讨了进水COD有机负荷、斜板倾斜角及进水C/N比对系统有机污染物去除的影响。结果表明,随着进水COD有机负荷从139.37g/(m2·d)提高到353.84g/(m2·d),系统对COD、NH3-N和TN的去除率也有一定程度的增大,进水COD有机负荷为248.24g/(m2·d)时,系统对COD、NH3-N和TN的平均去除率分别为77.16%、54.48%和40.22%；但斜板倾斜角的变化对系统有机污染物的去除率的影响并不显著；而随着进水C/N比从2.7增大至7.6,系统对NH3-N和TN的去除率也随之增大,在进水C/N比为5.2时,系统对COD、NH3-N和TN的去除率分别为82.00%、60.49%和50.41%。利用PCR-DGGE技术研究生物膜工艺处理模拟生活废水过程中不同运行阶段的微生物菌落结构,结果表明工艺启动初期和运行后期的生物膜菌群并没有发生很大的改变,工艺运行期间系统的微生物群落结构较稳定。对总细菌的部分优势菌进行切胶回收及克隆测序,发现它们与梭状芽孢杆菌属、梭菌属、缺陷短波单胞菌、β-变形菌属、黄杆菌属细菌的同源性均在97%以上,这些优势微生物在斜板生物膜反应器去除有机物的过程中起了重要的作用。采用超声法提取不同斜板生物膜的EPS,结果表明,生物膜中的溶解性及松散附着EPS含量极低,而紧密附着EPS占总的EPS量的80%以上。利用傅立叶红外光谱分析溶解性、松散附着及紧密附着胞外多聚物的结构,发现不同类型EPS中均含有多糖、蛋白质以及DNA；不同类型EPS的峰型基本一致,表明与EPS与生物膜结合能力的差异并不会影响EPS中多糖、蛋白质等特性有机物结构。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-19
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 生物膜法简介  13-15
    1.2.1 生物滤池  13
    1.2.2 生物转盘  13-14
    1.2.3 生物接触氧化  14
    1.2.4 生物流化床  14-15
  1.3 生物脱氮工艺简介  15-17
    1.3.1 传统生物脱氮工艺  15
    1.3.2 新型生物脱氮工艺  15-17
  1.4 本论文研究的内容及意义  17-19
    1.4.1 研究意义  17-18
    1.4.2 研究内容  18-19
第二章斜板生物膜工艺挂膜启动特性研究  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 材料与方法  19-23
    2.2.1 废水水质  19-20
    2.2.2 实验装置与工艺流程  20-21
    2.2.3 实验方法  21-22
    2.2.4 测定项目与方法  22
    2.2.5 生物膜样品扫描电镜分析  22-23
  2.3 结果与分析  23-27
    2.3.1 生物膜工艺挂膜启动分析  23-25
    2.3.2 不同斜板生物膜形态结构分析  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章斜板生物膜工艺调试及运行影响因素分析  28-46
  3.1 引言  28
  3.2 材料与方法  28-31
    3.2.1 废水水质  28-29
    3.2.2 实验装置和运行策略  29
    3.2.3 实验方法  29-31
    3.2.4 测定项目与方法  31
  3.3 结果与分析  31-45
    3.3.1 生物膜工艺调试运行结果分析  31-35
    3.3.2 进水COD有机负荷对系统运行的影响分析  35-39
    3.3.3 斜板倾斜角对系统运行的影响分析  39-41
    3.3.4 进水C/N比对系统运行的影响  41-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章斜板生物膜工艺不同运行阶段菌群多样性分析  46-60
  4.1 引言  46
  4.2 实验材料  46-47
    4.2.1 实验生物膜来源  46-47
    4.2.2 主要试剂的配置方法  47
  4.3 实验方法  47-52
    4.3.1 总DNA的提取  47-48
    4.3.2 PCR扩增  48
    4.3.3 电泳定性检测  48-49
    4.3.4 DGGE胶制备  49-50
    4.3.5 DGGE电泳  50-51
    4.3.6 DGGE凝胶染色  51
    4.3.7 DGGE图谱分析  51
    4.3.8 切胶回收及PCR扩增  51-52
    4.3.9 测序  52
  4.4 结果与讨论  52-58
    4.4.1 总DNA的提取  52
    4.4.2 PCR扩增结果  52-53
    4.4.3 DGGE电泳及图谱分析结果  53-55
    4.4.4 DGGE图谱相似性分析  55-56
    4.4.5 切胶回收PCR结果  56-57
    4.4.6 测序结果  57-58
  4.5 本章小结  58-60
第五章斜板生物膜工艺生物膜胞外多聚物的结构特性分析  60-68
  5.1 引言  60
  5.2 材料与方法  60-62
    5.2.1 实验设备  60
    5.2.2 生物膜来源  60-61
    5.2.3 EPS提取方法  61-62
    5.2.4 EPS化学成分分析  62
    5.2.5 EPS红外光谱分析  62
  5.3 结果与分析  62-67
    5.3.1 不同生物膜胞外溶解性胞外多聚物提取分析  62-63
    5.3.2 不同生物膜松散附着胞外多聚物提取分析  63-64
    5.3.3 生物膜紧密附着胞外聚合物的提取分析  64-65
    5.3.4 EPS的傅里叶红外光谱分析  65-67
  5.4 本章小结  67-68
结论与展望  68-70
参考文献  70-76
攻读硕士学位期间取得的研究成果  76-77
致谢  77-78
附件  78

生物膜工艺处理生活废水研究及其微生物群落多样性分析

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