甲鱼温室养殖技术论文提纲

论文题目：甲鱼养殖废水厌氧氨氧化处理及其微生物机理研究

摘要：温室甲鱼养殖业是我国长三角地区村镇经济的重要产业。工厂化温室甲鱼养殖通常采用恒温密闭环境,以高蛋白鱼粉为主食。由于温室甲鱼饲料蛋白质含量高,养殖模式粗旷,饲料蛋白利用率低,养殖废水具有氮磷含量高的特点。在温室甲鱼养殖密集区,养殖废水的无序排放已经成为周边水体富营养化的重要成因,严重影响了村镇居民生活和生产用水质量与安全,并成为制约甲鱼养殖业健康可持续发展的限制性因素。本研究实地调研了典型温室甲鱼养殖场养殖方式及其养殖废水水质特性,首次通过新型低温竹炭填料添加对厌氧氨氧化反应器启动特性的影响研究,揭示了竹炭填料加速厌氧氨氧化反应器启动和促进Anammox菌选择性生长繁殖的机理,在此基础上设计了一套以厌氧氨氧化为主体的温室甲鱼养殖废水处理工艺,并取得了良好的运行效果。论文研究结果为实现厌氧氨氧化快速启动和Anammox菌选择性增长提供了理论依据,对温室甲鱼养殖废水的深度脱氮处理技术研发具有重要的现实意义,论文主要研究结果如下： 1、通过对浙江省杭州市某区四个乡镇20个温室甲鱼养殖场实地调研,发现典型甲鱼养殖场普遍采用高温密闭大棚养殖,水温控制在30士1℃,养殖密度25-30只m-2,废水排放方式分为部分排水和整体排水两种。养殖废水总体呈黄褐色或深绿色,pH4.89～8.90, SS浓度600～1200mg L-1,COD浓度18.1～612.0mg L-1,氨氮浓度0.6～207.8mg L-1,总氮浓度6.3～275.0mg L-1,总磷浓度为0.8～100.4mg L-1,C/N比小于4的水样占92.2%。因此,是一类典型的低C/N比废水。 2、以多面空心球和低温竹炭为填料,开展了UASB反应器厌氧氨氧化启动特性的比较性研究,结果显示：仅接种污泥（CK）、污泥+多面空心球（SP）和污泥+竹炭（BC）三种反应器均能成功启动厌氧氨氧化反应,启动过程可明显分为4个阶段,即Anammox菌活性迟滞、表现、提高和稳定阶段。启动过程中,污泥颜色从暗黑色变为淡黄色,然后逐渐变为棕红色。稳定运行阶段三类反应器对氨氮、亚硝态氮的去除率均可达到98%以上。CK、SP和BC反应器启动成功分别耗时117d,97d和85d,竹炭添加可显著促进厌氧氨氧化反应器的快速启动。CK、SP和BC反应器稳定阶段亚硝态氮消耗量/氨氮消耗量比值分别为1.12±0.11、1.14±0.11和1.17±0.12,硝态氮生成量／氨氮消耗量比值分别为0.11±0.04、-0.02±0.06和-0.04±0.06,均比厌氧氨氧化理论化学计量比值略低,推测反应器中均存在厌氧氨氧化和反硝化耦合作用。 3、采用荧光原位杂交（FISH）和实时荧光定量PCR （q-PCR）等生物学手段,开展了三类反应器启动过程中Anammox菌富集情况的研究,结果显示：三类反应器Anammox菌的数量均随着启动时间呈逐渐递增趋势,变化趋势与氨氮、亚硝态氮的去除规律基本相符。在稳定阶段的第123天,CK、SP和BC反应器Anammox菌分别占总细菌的23.3%,32.6%和43.7%,BC反应器是CK和SP反应器的1.86倍和1.34倍,Anammox菌16SrRNA基因拷贝数分别为25.64±2.76×107、47.12±2.76×107和577.99±27.25×107拷贝数g-1VSS, BC反应器是CK和SP反应器的22.5倍和12.3倍。同时,BC反应器中Anammox菌最大生长率和最短倍增时间分别为0.064d-1和10.8d,最大生长率分别是CK和SP反应器的1.78倍和1.88倍。竹炭添加显著促进Anammox菌的选择性生长和繁殖,因而可能是厌氧氨氧化反应器快速启动的主要成因。 4、采用成功启动的厌氧氨氧化反应器SP和BC,开展了温室甲鱼养殖废水厌氧氨氧化处理的效果及其生物膜微生物多样性分析研究。结果表明：两种反应器均表现出良好的碳氮去除能力,其中氨氮去除率＞85%,总氮去除率＞85%,COD去除率＞56%；BC反应器对氨氮和总氮的去除效率略高于SP反应器。当进水COD浓度提升至577mg L-1时,反应器对COD的去除率56.5±7.9%,厌氧氨氧化对氮素去除的贡献率达75.7-86.8%,是反应器氮素去除的主要途径,高浓度COD未对Anammox菌的活性构成显著性抑制作用。通过PCR-DGGE条带割胶测序分析,发现反应器生物膜中的微生物主要属于变形菌门（Proteobacteria）、浮霉菌门（Planctomycetes）、绿曲挠菌门（Chloroflexi）以及绿菌门（Chlorobi）;部分浮霉菌门微生物能耐受高浓度有机碳源,推测本研究中涉及的Anammox菌可利用和代谢有机物,值得进一步研究证实。

关键词：厌氧氨氧化;温室甲鱼养殖废水;脱氮;竹炭;微生物学机理

学科专业：环境工程

致谢

摘要

Abstract

目录

图表索引

Index of Figures and Tables

第一章 绪论

1.1 集约化甲鱼养殖和污染现状

1.2 传统生物脱氮工艺

1.3 厌氧氨氧化反应的机理

1.3.1 厌氧氨氧化反应的发现历程

1.3.2 厌氧氨氧化生化反应式

1.3.3 Anammox菌的特性和种群结构

1.3.4 影响厌氧氨氧化的因素

1.4 厌氧氨氧化的富集与应用

1.4.1 Anammox菌的富集

1.4.2 厌氧氨氧化为主体的污水处理工艺

1.5 研究目标与内容

1.5.1 研究目标

1.5.2 研究内容

1.5.3 技术路线

第二章 集约化温室甲鱼养殖废水水质调查

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 采样原则

2.2.2 测试项目与方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 温室甲鱼养殖方式

2.3.2 温室甲鱼养殖废水水质特性

2.3.3 温室甲鱼养殖废水污染物积累规律研究

2.3.4 温室甲鱼养殖废水水质影响因素研究

2.4 温室甲鱼养殖废水脱氮处理工艺选型分析

2.5 本章小结

第三章 厌氧氨氧化反应器的快速启动

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 实验装置

3.2.2 模拟废水配制

3.2.3 实验材料

3.2.4 实验运行条件

3.3 结果与讨论

3.3.1 厌氧氨氧化反应器启动过程水质分析

3.3.2 启动过程营养物消耗比变化

3.3.3 启动过程污泥表观形态变化

3.3.4 竹炭填料反应器快速启动物理化学机理分析

3.4 本章小结

第四章 厌氧氨氧化反应器快速启动的微生物机理

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 样品采集

4.2.2 荧光原位杂交(FISH)技术

4.2.3 实时荧光定量PCR分析

4.2.4 Anammox菌倍增时间和生长率

4.3 结果与讨论

4.3.1 FISH分析

4.3.2 q-PCR分析

4.3.3 FISH和q-PCR差异分析

4.4 本章小结

第五章 温室甲鱼养殖废水厌氧氨氧化处理研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 反应器

5.2.2 废水来源和预处理

5.2.3 水质分析

5.2.4 氮素去除途径分析

5.2.5 PCR-DGGE

5.2.6 Shannon指数计算

5.3 结果与讨论

5.3.1 温室甲鱼养殖废水厌氧氨氧化反应器处理效果

5.3.2 有机物对温室甲鱼养殖废水的脱氮效率影响

5.3.3 氮素去除途径研究

5.3.4 生物膜外观和结构的影响

5.3.5 厌氧氨氧化反应器处理温室甲鱼养殖废水过程总细菌多样性变化

5.3.6 厌氧裁氧化反应器处理温室甲鱼养殖废水过程微生物群落多样性变化

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 创新点

6.3 研究展望

参考文献

作者简历、科研成果及奖励