基于A/O生物脱氮系统微生物群落结构与功能解析的N2O逸散机制研究
批准号:
51508073
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
郭静波
依托单位:
学科分类:
城市污水处理与资源化
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
邓冠男、王伟卓、付欣、叶兆勇
中文摘要
废水生物处理过程被认为是温室气体N2O的重要来源。本立项采用现场实时长期监测和实验室模拟相结合的方法,系统深入开展城市污水A/O生物脱氮系统N2O时空排放规律的研究,探讨影响N2O生成及释放的关键影响因素。在此基础上,利用Miseq高通量测序和实时荧光定量PCR技术,研究生物脱氮系统中的微生物群落结构、多样性与动态性,识别系统内部与N2O生成密切相关的功能菌群,建立功能菌群动态与工艺运行参数之间的相互关系,从微生物学角度解释工艺运行参数与水质和环境因子是如何通过改变微生物群落的结构及功能来影响N2O的生成和释放的作用机制。对A/O生物脱氮工艺N2O逸散机制及时空分布规律的研究,对于优化生物脱氮工艺的设计和运行,减少N2O排放,促进污水处理行业的可持续发展具有重要的实践及社会意义。
英文摘要
The wastewater treatment system is a well-know source of the greenhouse gas N2O. Combining full-scale on-site long-term monitoring and lab-scale simulation, the temporal and spatial changes of the N2O emitted from a municipal A/O biological nitrogen removal system are investigated and the key factors influencing the formation and emission of N2O are discussed. Furthermore, the microbial structure, biodiversity and dynamics are studied to identify the functional populations closely related to the N2O formation by applying Miseq high-throughput sequencing and real-time fluorescence quantification PCR technique. The interaction between the microbial functional populations’ dynamics and the operational conditions are studied to explain how the variations of process operational parameters, water quality and environmental factors affect the formation and emission of N2O through the changes on microbial population structure and function from the microbial perspective. Studies on the formation mechanisms of N2O in A/O biological nitrogen removal system and its temporal and spatial distribution properties will provide guidance for the optimization of the biological nitrogen removal processes and the N2O reduction, which had great practical and social significance to the sustainable development of the wastewater treatment field.
废水生物处理过程被认为是温室气体N2O的重要来源,研究生物脱氮过程中N2O的释放规律,揭示污水生物脱氮过程中N2O的影响因素和生成机制,具有重要的工程实践和社会意义。本项目首先以实际污水处理厂为研究对象,对采用A2/O、A/O和氧化沟工艺作为主体工艺的3家污水处理厂不的N2O释放时空变化规律进行了考察,并对常规水质参数及环境条件进行了监测。在现场监测的基础上,采用实验室A/O装置考察了DO浓度、硝化液回流比、C/N、碳源种类、pH、Cu2+浓度以及Fe3+浓度条件对工艺运行效果、N2O逸散规律和微生物群落结构的影响。现场监测结果表明,运行工况良好时,N2O释放量较少,且在生化处理段基本监测不到N2O的释放。然而,当运行效能下降时,N2O释放量急剧上升。实验室研究结果表明,随着DO的升高N2O逸散量先增大然后逐步减少;硝化液回流比为100%及300%时N2O逸散量比硝化液回流比为150%及200%时减少;碳源种类分别为NaAc、NaAc与葡萄糖混合、葡萄糖时N2O逸散量逐步上升;随着C/N的升高N2O的逸散量逐步减少;随着pH的增高N2O逸散量逐渐减少;Cu2+浓度为0 mg/L及2 mg/L时N2O逸散量较大,进水Cu2+浓度为0.014-1.0 mg/L时N2O逸散量较少;Fe3+浓度的变化对于N2O的逸散量影响很小。通过CO2当量排放强度(CO2 equaivalent, CO2-eq)分析发现,DO浓度为1.13 mg/L、硝化液回流比为100%、外加碳源为NaAC、C/N为4、进水pH为7.22、进水Cu2+浓度为0.1 mg/L、进水Fe3+浓度为20 mg/L时可以取得最佳的环境效益和经济效益。在此基础上,围绕作为影响N2O产生和释放的关键环境因子DO浓度,研究考察了实验室A/O装置的工艺运行效能及微生物群落结构的特征。对不同曝气强度下微生物群落结构分析结果表明,DO的变化将对微生物群落结构产生重大的影响,尤其是与生物脱氮相关的菌群。然而,具有同种功能的种属其对DO浓度的变化具有不同的响应机制且它们对N2O生成的贡献作用复杂。与N2O释放率直接相关的种属较少,一些含量较少的种属可能在生物脱氮过程及N2O的生成中发挥了重要作用。
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DOI:
10.14159/j.cnki.0441-3776.2018.06.010
发表时间:
2018
期刊:
化学通报
影响因子:
--
作者:
[郭静波, 吴玉珍, 马放, 张兰河, 王伟卓]
通讯作者:
王伟卓
DOI:
10.11975/j.issn.1002-6819.2018.10.029
发表时间:
2018
期刊:
农业工程学报
影响因子:
--
作者:
[张兰河, 田蕊, 陈子成, 郭静波, 贾艳萍]
通讯作者:
贾艳萍
DOI:
10.14159/j.cnki.0441-3776.2017.03.008
发表时间:
2017
期刊:
化学通报
影响因子:
--
作者:
[郭静波, 叶兆勇, 付欣, 张兰河, 马放]
通讯作者:
马放
The establishment of season-specific eutrophication assessment standards for a water-supply reservoir located in Northeast China based on chlorophyll-a levels
基于叶绿素a水平的东北某供水水库季节富营养化评价标准的建立
DOI:
10.1016/j.ecolind.2017.09.056
发表时间:
2018-02-01
期刊:
ECOLOGICAL INDICATORS
影响因子:
6.9
作者:
[Guo, Jingbo, Zhang, Chongjun, Zhang, Lanhe]
通讯作者:
Zhang, Lanhe
DOI:
10.1016/j.scitotenv.2015.12.102
发表时间:
2016-03
期刊:
The Science of the total environment
影响因子:
--
作者:
[Jingbo Guo;Xin Fu;G. Andrés Baquero;R. Sobhani;Daniel A. Nolasco;D. Rosso]
通讯作者:
Jingbo Guo;Xin Fu;G. Andrés Baquero;R. Sobhani;Daniel A. Nolasco;D. Rosso
共 11 条
城市污水有机碳赋存特征对HiCS碳捕获效能的影响及作用机制
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批准号:52370031
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2023
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负责人:郭静波
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依托单位:
国内基金
海外基金