應(yīng)用聚二酸丁二醇酯進(jìn)行固相反硝化的效果及機(jī)理研究.pdf

1、應(yīng)用可生物降解聚合物(Biodegradablepolymers，BDPs)材料進(jìn)行水體反硝化是一項(xiàng)新興技術(shù)，它能同時(shí)提供反硝化微生物所需要的附著生長(zhǎng)載體和碳源，而且能避免液體碳源和其他類(lèi)型固體碳源所帶來(lái)的二次污染問(wèn)題，具有良好的發(fā)展前景和研究潛力。聚丁二酸丁二醇酯(poly(butylenesuccinate)，PBS)是可生物降解聚合物材料中的佼佼者。為了解PBS應(yīng)用于循環(huán)養(yǎng)殖水體反硝化的效果和機(jī)理，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：

2、
　　 PBS用于淡水反硝化的效果及機(jī)理研究。以錐形瓶為反應(yīng)容器，進(jìn)行了淡水硝酸鹽廢水脫氮的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，并利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng).變性梯度凝膠電泳技術(shù)(Polymerasechainreaction-denaturinggradientgelelectrophoresis，PCR-DGGE)，分析反應(yīng)進(jìn)行的不同階段(5天，10天，15天，20天)PBS顆粒表面生物膜中微生物群落的結(jié)構(gòu)與變化。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始4天后NO3--N濃度

3、開(kāi)始明顯降低，同時(shí)NO2--N濃度開(kāi)始上升。之后NO3--N濃度一直在波動(dòng)中降低，而NO2--N濃度出現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象，中間有一段時(shí)間的積累(第4～20天)。20天后NO3--N濃度降到2mg/L以下，并保持穩(wěn)定。同時(shí)，從第21天起NO2--N濃度降低到檢測(cè)范圍以下。對(duì)DGGE圖譜的統(tǒng)計(jì)分析表明，隨反應(yīng)的進(jìn)行，細(xì)菌種群豐富度逐漸增加，且相鄰兩時(shí)期的相似性逐漸增大。微生物群落結(jié)構(gòu)具有時(shí)序動(dòng)態(tài)性，并隨系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行逐漸趨于穩(wěn)定和成熟，與

4、其脫氮效果出現(xiàn)協(xié)同變化特征。優(yōu)勢(shì)種群以β-變形菌綱(56.25％)和γ-變形菌綱(31.25％)細(xì)菌為主。
　　 PBS用于海水反硝化的效果及機(jī)理研究。以錐形瓶為反應(yīng)容器，進(jìn)行了海水硝酸鹽廢水脫氮的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，并利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳技術(shù)(Polymerasechainreaction-denaturinggradientgelelectrophoresis，PCR-DGGE)，分析反應(yīng)進(jìn)行的不同階段(11天，2

5、1天，31天)PBS顆粒表面生物膜中微生物群落的結(jié)構(gòu)與變化。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始7天后NO3--N濃度開(kāi)始明顯降低，同時(shí)NO2--N濃度開(kāi)始上升。之后NO3--N濃度一直平穩(wěn)降低，而NO2--N濃度出現(xiàn)先上升后下降的現(xiàn)象，中間有一段時(shí)間的積累(第7～20天)。21天后NO3--N濃度降到0.1mg/L以下，并保存穩(wěn)定。同時(shí)，從第21天起NO2--N濃度降低到檢測(cè)范圍以下。與淡水類(lèi)似，對(duì)DGGE圖譜的統(tǒng)計(jì)分析表明，隨反應(yīng)的進(jìn)行，細(xì)菌種群豐富

6、度隨時(shí)間變化逐漸增加(0.476→0.571→0.667)，且相鄰兩時(shí)期的相似性逐漸增大(33.3→54.5→61.5)。微生物群落結(jié)構(gòu)具有時(shí)序動(dòng)態(tài)性，并隨系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行逐漸趨于穩(wěn)定和成熟，與其脫氮效果出現(xiàn)協(xié)同變化特征。優(yōu)勢(shì)種群以γ-變形菌綱細(xì)菌(66.67％)和α-變形菌綱細(xì)菌(16.67％)為主。
　　 用PBS構(gòu)建連續(xù)式脫氮反應(yīng)器進(jìn)行反硝化的相關(guān)研究。以PBS作為反硝化微生物的碳源和附著生長(zhǎng)載體構(gòu)建連續(xù)式反應(yīng)器，進(jìn)行了反硝

7、化效果，填料消耗情況，不同高度微生物群落空間變化等的研究。結(jié)果表明，當(dāng)HRT控制在8小時(shí)左右時(shí)，反應(yīng)器運(yùn)行2天后出水NO3--N濃度即開(kāi)始明顯降低，并從第10天起穩(wěn)定在98％以上，其間僅在第16天由于進(jìn)水NO3--N濃度加倍使當(dāng)天去除率略有降低(96.03％)。反應(yīng)器最佳硝氮去除率達(dá)到99.7％以上(第19，24天)。同時(shí)，反應(yīng)器啟動(dòng)后短時(shí)期內(nèi)NO2--N濃度迅速升高，并有一段時(shí)間的積累(第1～8天)。從第9天起，出水NO2--N濃度降

8、至檢測(cè)范圍以下，并保持穩(wěn)定。與硝氮類(lèi)似，僅在第16天出現(xiàn)暫時(shí)性上升。反應(yīng)器運(yùn)行30天后，位于反應(yīng)器底部的PBS質(zhì)量減少最多，為23.4％；其次為中部，為3.7％；上部的質(zhì)量減少最小，僅為0.2％。反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，不同高度處的DGGE分離圖譜表明，反應(yīng)器內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)存在空間差異，為不同位置PBS的質(zhì)量損耗差異提供了微生物層面的證明。反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，其填料顆粒表面的掃描電鏡照片表明，PBS外表面在降解菌體內(nèi)酶的降解作用下，形成了多級(jí)