《生物膜系統中硝化過程對生物膜脫落行為的回響機制》是依託浙江工商大學，由殷峻擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物膜系統中硝化過程對生物膜脫落行為的回響機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：殷峻
- 依託單位：浙江工商大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物膜法作為一種高效的生物除碳脫氮技術，近20年來被廣泛套用於工業廢水和城市生活污水的生物處理。目前大量的研究工作主要集中在系統的處理效率、生物膜形成、流體力學、傳質以及反應動力學特性等方面。在反應機理研究方面，生物膜的脫落是了解最少的，而反應器中生物膜的脫落直接影響到生物膜的形態、穩定性以及轉化效率。本研究擬採用環狀生物膜反應器，研究由不同水力條件和底物負荷引起的生物膜脫落行為及硝化過程的變化特徵，通過CLSM等技術手段獲取生物膜結構、細菌和胞外聚合物在附著/脫落生物膜內的分布等信息，探討脫落對生物膜結構的影響；通過分析自養硝化菌菌群結構及活性、硝化動力學及氨氮去除過程中氮流向，探討自養硝化菌的生長及硝化過程與生物膜脫落之間的關係，揭示硝化過程對生物膜脫落的回響機制，為今後生物膜數學模型的建立提供數據支持，同時為提高生物膜法的脫氮效果和減少氮排放對環境的污染提供科學依據。
結題摘要
生物膜的附著、生長和脫落三者之間的平衡對於生物膜的形態結構及其功能特性的維持起著重要的作用。通過培養不同類型的生物膜，研究了不同底物條件和水力條件下生物膜的脫落行為及其對生物膜結構的影響。利用庫愛特－泰勒反應器（Couette Taylor Reactors）在不同底物條件下培養不同類型的生物膜，研究發現，在恆定水力條件下不同生物膜發生脫落的程度會有所不同，異養/自養硝化菌混合生物膜的脫落率要高於異養菌生物膜，且異養菌生物膜脫落顆粒的尺寸更小，但生物膜脫落對氨氮去除的影響不大。在兩種生物膜內，基礎層生物膜比外層生物膜具有更強的粘結力，能抵抗高達10Pa的水力剪下力，且生物活性較高。對於自養硝化菌生物膜，在生物膜發生脫落後，殘餘生物膜對氨氮的表面去除速率幾乎保持不變，甚至對氨氮的比去除速率還略有增加，說明自養硝化菌可能主要分布在生物膜的內層。利用管式生物膜反應器，在恆定水力和低C/N比條件下培養混合生物膜，當系統穩定後，通過暫時增大管式反應器內水流流速的方式進行脫落實驗。期間採用變性梯度凝膠電泳（DGGE）技術和焦磷酸測序（454 Pyrosequencing）技術檢測生物膜菌群組成的變化情況。實驗結果表明，在實驗開始3周后氨氧化率就達到了99%；出水中檢測到了硝酸鹽。不過，在整個實驗過程中出水一直能檢測到一定濃度的亞硝酸鹽。實驗發現，生物膜脫落會引起出水亞硝酸鹽濃度的增加。生物膜脫落主要發生在恆定水力條件下，即使管內流速增加到4000mL/min，也沒有導致生物膜的顯著脫落。DGGE圖譜顯示，附著生物膜和脫落生物膜內微生物菌群的組成基本一致，而且在整個實驗過程中沒有出現菌群組成的顯著變更，但是脫落生物膜的某些條帶的亮度明顯高於附著生物膜，生物膜脫落會引起生物膜內菌種豐度的變化，從而影響硝化過程。
