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题名	反硝化耦联沼气生物脱硫及微生物群落结构解析
作者	肖莉凡
答辩日期	2017-05
文献子类	硕士
授予单位	中国科学院大学
导师	陈槐
关键词	沼气 脱硫 反硝化 微生物群落
学位专业	生物工程
英文摘要	沼气中的硫化氢是一种具有腐蚀性的有毒气体，因此在使用沼气前必须进行人工脱硫处理。化能自养型微生物在厌氧条件下，利用硝酸盐作为电子受体去除沼气中的H2S。本试验研究了以废水中的硝酸盐或亚硝酸作为电子受体，在不同沼气进气速率下沼气中H2S去除率及微生物结构解析，得出以下主要研究结果： （1）以硝酸盐模拟废水作为试验进水时，在接种污泥的反应器A、B和C中，沼气进气速率为0.5 L/min时，H2S去除率可达90%以上；在沼气进气速率为2 L/min、3 L/min和4 L/min时，H2S去除率在20%~35%之间。随着沼气进气速率的加快，气体停留时间缩短，H2S去除率逐渐下降。在未接种污泥的反应器D中，前6天H2S去除率逐渐升高至85%，6天后去除率逐渐下降至4.7%。厌氧污泥中的微生物生化作用对H2S的去除率有显著影响。在接种污泥的反应器A、B和C中，硫酸盐，硫单质，NO3--N和NO2--N的浓度变化变化趋势基本相同。反应器A、B和C中生成硫酸盐和硫单质浓度大于反应器D。反应器A、B和C中的NO3--N浓度显著低于反应器D，说明反应器A、B和C中可能发生了反硝化过程。同时反应器A、B和C有NO2--N浓度的增加，而反应器D中NO2--N浓度一直维持在较低浓度，也间接说明了在反应器A、B和C中发生的反硝化过程，而反应器D没有发生反硝化或反硝化作用小。厌氧污泥中微生物群落的优势门是Proteobacteria，优势属是Thiobacillus和Sulfurimonas。Sulfurimonas在微生物群落中的相对丰度的变化与H2S去除率的变化呈显著正相关，Sulfurimonas可能是本反应器系统中的主要脱氮脱硫菌。（2）以亚硝酸盐模拟废水作为试验进水时，在接种污泥的反应器A、B和C中，沼气进气速率为0.5 L/min时，H2S去除率在40%~60%之间，其中H2S去除率变化趋势一致。沼气进气速率为2 L/min和4 L/min时，反应器A、B和C中H2S去除率在10%~25%之间。随着沼气进气速率的加快，气体停留时间缩短，H2S去除率逐渐下降。在未接种污泥的反应器D中，前4天H2S去除率逐渐升高，4天后去除率逐渐下降，在第15天降至4%。在反应器D中，主要依靠水的物理吸收和化学氧化去除H2S。厌氧污泥中的微生物生化作用对H2S的去除率有显著影响。反应器A、B和C中硫酸盐浓度不断降低，并分别降至394.2，289.4和168.3 mg/L；而其中的硫单质浓度随着反应的不断进行快速增加至184.9，101.8和155.2 mg/L。在反应器D中硫酸盐和硫单质浓度一直很低。反应器A、B、C和D中NO3--N浓度不断降低，反应器D中的NO3--N浓度降低速率低于反应器A、B和C。反应器A、B、C和D中的NO2--N浓度均不断升高，而反应器D的NO2--N浓度升高速率高于反应器A、B和C。在试验运行过程中，反应器A、B和C中减少的NO3--N和NO2--N高于反应器D，而反应器D中NO3--N和NO2--N浓度的降低只是由于进出水导致，即在反应器A、B和C中脱除H2S的过程中有反硝化作用发生。在试验过程中，亚硝酸盐的浓度过高会抑制微生物的生长，故微生物的多样性降低。厌氧污泥中微生物群落的优势门是Proteobacteria，优势属是Thiobacillus。Thiobacillus对沼气中的H2S的去除起到至关重要的作用。（3）以硝化的沼液作为试验进水时，沼气进气速率为0.5 L/min和0.2 L/min时，接种污泥的反应器A、B和C中H2S去除率先升高后保持稳定在90%以上。随着沼气进气速率的加快，气体停留时间缩短，H2S去除率降低至60%。未接种污泥反应器D中H2S去除率在前11天逐渐升高至61.8%，之后逐渐降低并在第40天降至15.2%。厌氧污泥中的微生物生化作用对H2S的去除率有显著影响。反应器A、B和C中硫酸盐浓度经历波动后不断降低，并分别降至降至950.8、705.3和302.5 mg/L。反应器D中几乎没有硫酸盐的生成。反应器A中硫单质浓度在沼气进气速率为0.2和0.5 L/min时很低，随着反应的不断进行，迅速升高至450.7 mg/L；反应器B和C中硫单质浓度在第2天开始不断升高，最终稳定在478 mg/L和815.3 mg/L。在反应器D中硫单质浓度先很低后逐渐升高至25 mg/L。反应器A、B、C和D中NO3--N浓度不断升高，而NO2--N浓度不断升高后降低，而反应器D中NO3--N和NO2--N的浓度升高速率均高于反应器A、B和C。反应器A、B和C中发生了反硝化过程， 而反应器D没有发生反硝化或反硝化作用小。厌氧污泥中微生物群落的优势门是Proteobacteria，优势属是Thiobacillus和Sulfurimonas。Sulfurimonas在微生物群落中的相对丰度的变化与H2S去除率的变化呈显著正相关，Sulfurimonas是本反应系统中的主要脱氮脱硫菌。（4）从硝酸盐耦联沼气脱除H2S的废水中分离筛选出2株（菌株A1和A2）脱氮脱硫菌株：菌株A1和A2在S2-和NO3--N对浓度分别为200 mg/L和100 mg/L时，其S2-化物的去除率分别在第36 h和40 h达到100%；而菌株A1和A2的脱氮效率在第40h时分别为57.3%和40%。经16S rRNA鉴定，菌株A1和A2分别与Paracoccus versutus和Paracoccus bengalensis的同源性达99%，菌株A1和A2均为副球菌属（Paracoccus sp.）。
语种	中文
学科主题	生态研究
产权排序	1
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.75.237.14/handle/351003/28779]
专题	成都生物研究所_生态研究
推荐引用方式 GB/T 7714	肖莉凡. 反硝化耦联沼气生物脱硫及微生物群落结构解析[D]. 中国科学院大学. 2017.

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