基于微生物群体感应的厌氧氨氧化生物膜反应器快速启动研究

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1、广州大学硕士学位论文基于微生物群体感应的厌氧氨氧化生物膜反应器快速启动研究专业：市政工程硕士生：谭炳琰指导教师：荣宏伟、储昭瑞摘要厌氧氨氧化（Anammox）作为一种新型废水生物脱氮工艺，具有经济高效等优点，倍受国内外环保工作者的关注。然而，厌氧氨氧化菌的细胞产率很低，倍增时间很长，以及严格的代谢条件导致厌氧氨氧化反应器的启动缓慢。鉴于此，本论文基于微生物群体感应理论通过提高进水基质中信号分子AI-2活化因子（硼）浓度，以解决厌氧氨氧化反应器启动时间长的问题。同时，建立检测实际水样中痕量微生物信号分子AI-2浓度的

2、方法。然后，采用硼酸化学交联法制备出聚乙烯醇（PVA）水凝胶，并以PVA凝胶球为生物载体实现了厌氧氨氧化SBBR工艺快速启动。最后，采用高通量测序对SBBR反应器中的微生物群落结构进行了分析，旨在为厌氧氨氧化SBBR工艺快速启动提供理论依据与技术支持。主要研究结果如下：（1）建立了针对实际水样中痕量微生物信号分子AI-2检测的柱前衍生-固相萃取-高效液相色谱串联荧光检测法。该方法具有检测限低、准确度和精密度高等优点。利用此方法对不同形态Anammox污泥中信号分子AI-2浓度进行检测，结果表明信号分子AI-2广泛存

3、在于Anammox污泥中。（2）以普通活性污泥作为接种物，采用SBR运行方式对厌氧氨氧化菌进行富集。通过在进水中提高硼酸浓度，反应器经过48天运行便启动成功，系统中少量反硝化菌与厌氧氨氧化菌协同脱氮，反应器总氮去除率接近100%，表明AI-2活化因子（硼）能够提高厌氧氨氧化反应器启动速度。（3）综合比较凝胶球外形、孔隙结构、强度和COD释放速率等因素，得出制备凝胶球最佳PVA浓度为7%和海藻酸钠（SA）浓度为1%。制得凝胶球球粒径大致为4mm，密度大致在1.0471g/cm3左右，比表面积为24.233m2/g，平

4、均孔I基于微生物群体感应的厌氧氨氧化生物膜反应器快速启动研究径为60.895nm，孔隙分布以大孔和中孔分布为主。凝胶球具有较好的热稳定性和丰富的孔隙结构，适合用作水处理中的悬浮载体。（4）厌氧氨氧化SBBR工艺启动及运行试验表明：反应器实际氮容积负荷可达1.164gN/（L·d），总氮去除率为93.92%，测得厌氧氨氧化活性（SAA）为5.86mgN·g-1VSS·h-1。在凝胶球挂膜运行阶段，前期由于COD浓度增加，厌氧氨氧化菌受到抑制。但随着COD浓度恢复正常，厌氧氨氧化菌解除抑制开始恢复活性。在第237天反应

5、器恢复较好脱氮效果，总氮去除率为99.92%，测得厌氧氨氧化活性为8.99mg-N·g-1SS·h-1，信号分子AI-2浓度为0.762ng/mL。（5）采用扫描电镜（SEM）和高通量测序方法，对厌氧氨氧化SBBR反应器启动运行期间污泥及生物膜特性及菌群组成进行分析。结果表明，反应器内优势菌群为变形菌门（Proteobacteria，14%）、浮霉菌门（Planctomycetes，24.21%）以及绿弯菌门（Chloroflexi，23.67%）。其中，绿弯菌门以丝状菌厌氧绳菌目Anaerolineales为主，

6、其与污泥颗粒化和生物膜的形成密切相关。浮霉菌门布罗卡德目Brocadiales中三种已知的厌氧氨氧化菌属在反应器中被检测出来，分别为CandidatusJettenia、CandidatusBrocadia和CandidatusKuenenia。其中主要以CandidatusJettenia为主。关键词：厌氧氨氧化；信号分子AI-2；PVA水凝胶球；群体感应II广州大学硕士学位论文StudyonFastStart-upofAnammoxBiofilmReactorBasedonMicrobialQuorumSens

7、ingMajor:MunicipalEngineeringName:TanBingYanSupervisor:RongHongWei、ChuZhaoRuiAbstractAsanewwastewaterbiologicalnitrogenremovalprocess,theanaerobicammoniumoxidation(ANAMMOX)processhastheadvantagesofeconomicandefficiency,andhasattractedtheattentionofenvironmenta

8、lprotectionworkersathomeandabroad.However,anaerobicammonia-oxidizingbacteriahaveverylowcellyields,longdoublingtimes,andstringentmetabolicconditionswhichleadtoslowstart-upoftheanamm