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异养硝化—好氧反硝化菌的筛选及其特性研究

作　者: 陈茂霞
导　师: 罗丽; 杨俊仕
学　校: 成都理工大学
专　业: 环境微生物
关键词: 异养硝化—好氧反硝化生长特性脱氮性能小试玉米酒精废水
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前，含氮废水的排放是造成我国乃至全世界水体污染的主要原因之一。过多的氮进入水体会引起水质的恶化，对人类的生存与发展存在潜在的威胁。因此，废水的脱氮成为近年来水处理领域关注和研究的热点。生物脱氮是目前废水脱氮中最经济有效的方法之一。本研究筛选出一株同时具有异养硝化和好氧反硝化功能的菌株，克服了传统脱氮中自养硝化菌生长慢，生长条件苛刻，脱氮效果不佳等缺点。本研究从实验室模拟CASS反应器中筛选出一株异养硝化—好氧反硝化效果都较好的菌株HN-02。该菌在平板上和液体培养基中均生长良好，菌体密度较接近于水。经过显微镜观察和电镜扫描发现，HN-02菌体为短杆状。对其进行生理生化指标鉴定及16SrRNA序列分析表明，该菌株属于革兰氏阴性菌，为Aeromonas hydrophila菌，相似性达到99%。研究表明，该菌的最佳碳源为琥珀酸，其次是蔗糖和柠檬酸钠；最佳生长温度为30℃；最佳pH范围为6～9。在最佳生长条件下培养HN-02菌，绘制生长曲线，对数期生长速率为0.11h^-1。HN-02菌的生长速度非常快，具有较好的脱氮效果，具有广阔的实际应用的前景。该菌可以较好地利用氨氮、亚硝氮、硝氮进行生长繁殖，以氨氮、亚硝氮、硝氮为唯一氮源，培养24h后的OD600值分别为1.164、0.934、1.030，可见HN-02菌对氨氮利用效果最好，其次是硝氮和亚硝氮。培养过程中，以氨氮为唯一氮源时，24h氨氮去除率为82.41%，且氨氮去除的同时，不会有硝氮和亚硝氮积累；以亚硝氮为唯一氮源时，24h亚硝氮去除率为46.24%，亚硝氮去除同时，不会有氨氮和硝氮积累；以硝氮为唯一氮源时，24h硝氮去除率为98.55%，硝氮去除的同时，不会有氨氮的积累，但有大量亚硝氮积累。另外，氨氮、亚硝氮、硝氮单独作为氮源时的24h总氮去除率分别比三种氮源共同充当氮源时的总氮去除率高出31.46%、6.93%和10.49%。可见，多种形态的氮充当氮源时，不利于HN-02的生长及脱氮。碳源与反应时间充足时，该菌可以对氨氮、亚硝氮、硝氮进行100%生物脱氮，且脱氮气体产物为氮氧化物和氮气。因此，推测出该菌的脱氮途径为：氨氮通过硝化作用转化为羟胺，通过羟胺转化为气态氮；硝氮通过反硝化作用转化为亚硝氮，再转化为气态氮，从而使氮素从水体中脱除。整个脱氮途径中，亚硝氮转化为气态氮环节为瓶颈环节。HN-02菌的生长和脱氮特性研究发现，该菌较适合处理高氨氮、高COD、高碳氮比和可生化性良好的废水。小试研究表明，采用“活性污泥+功能菌”的方式，使用HN-02菌处理合成废水。驯化2d后，加菌的氨氮去除率和COD去除率分别要比不加菌的低6.15%和7.81%。推测可能的原因在于HN-02菌的投加，打破了活性污泥自身生态系统的平衡。发酵后猪场废水和味精废水不适宜采用直接投加HN-02菌的方式进行处理。HN-02菌对玉米酒精废水的处理取得了良好的效果，且将原废水稀释10倍再进行处理比较合适。试验采用摇瓶培养方式和SBR模拟反应器曝气处理方式，探索了HN-02菌对稀释10倍后的玉米酒精废水的处理效果，同时设置空白对照，以排除废水中本身所含微生物的影响。结果表明，加菌后氨氮、COD去除效果及系统pH稳定性都要优于不加菌的效果。摇瓶试验表明，培养2d后，投加HN-02菌的废水的氨氮去除率和COD去除率较同期不投加菌的分别高出61.93%和46.52%。模拟SBR反应器的试验表明，在启动6d时，反应器中最佳氨氮去除率和COD去除率分别达到了36.79%和61.53%，较同期不加菌反应器内氨氮和COD去除率高出35.02%和63.04%。根据试验数据，进而分析出HN-02菌在玉米酒精废水处理中的中和药剂用量较大，污泥产量。大量的剩余污泥可用于回收利用，实现固体废弃物资源化。本研究对异养硝化—好氧反硝化菌进行研究，为此方面研究进行了拓展和丰富，为异养硝化—好氧反硝化菌理论研究和实际工程应用提供指导和参考。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-23
  1.1 水体中含氮污染物的危害  12
  1.2 国内外研究现状  12-22
    1.2.1 传统脱氮  12-13
    1.2.2 非传统脱氮  13-14
    1.2.3 异养硝化-好氧反硝化的发现  14-15
    1.2.4 异养硝化-好氧反硝化的筛选  15-16
    1.2.5 异养硝化-好氧反硝化的反应机理  16-17
    1.2.6 异养硝化-好氧反硝化的脱氮性能研究  17-18
    1.2.7 异养硝化-好氧反硝化的反应参数研究  18
    1.2.8 异养硝化-好氧反硝化的应用研究进展  18-20
    1.2.9 异养硝化-好氧反硝化的判定  20-21
    1.2.10 异养硝化-好氧反硝化的优点及存在的问题  21-22
  1.3 课题研究来源、目的及主要内容  22-23
    1.3.1 课题来源  22
    1.3.2 本课题研究的目的和意义  22
    1.3.3 研究的主要内容  22-23
第2章异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及鉴定  23-30
  2.1 实验室模拟 CASS 反应器  23
  2.2 主要试验仪器与检测方法  23-25
    2.2.1 试验仪器  23-24
    2.2.2 检测方法  24-25
  2.3 分离纯化  25
    2.3.1 培养基  25
    2.3.2 分离纯化  25
  2.4 菌株的筛选  25-27
    2.4.1 筛选方法  25-26
    2.4.2 筛选结果  26-27
  2.5 菌株的鉴定  27-29
    2.5.1 形态观察  27-28
    2.5.2 细菌染色与菌种鉴定  28-29
  2.6 小结  29-30
第3章 HN-02 生长特性研究  30-36
  3.1 试验方法  30-31
    3.1.1 最佳碳源  30
    3.1.2 最佳温度  30
    3.1.3 最佳 pH  30
    3.1.4 最佳接种量  30-31
    3.1.5 生长曲线  31
  3.2 结果分析  31-35
    3.2.1 最佳碳源  31-32
    3.2.2 最佳温度  32-33
    3.2.3 最佳 pH  33-34
    3.2.4 最佳接种量  34
    3.2.5 生长曲线  34-35
  3.3 小结  35-36
第4章 HN-02 脱氮性能研究  36-47
  4.1 试验方法  36-38
    4.1.1 HN-02 菌对不同氮源的脱氮性能研究  36
    4.1.2 HN-02 菌产氮气验证  36-37
    4.1.3 HN-02 菌产氮氧化物气体验证  37-38
  4.2 结果分析  38-46
    4.2.1 氨氮为唯一氮源时的脱氮效果  38-39
    4.2.2 亚硝氮为唯一氮源时的脱氮效果  39-40
    4.2.3 硝氮为唯一氮源时的脱氮效果  40
    4.2.4 培养基中含有等量氨氮、亚硝氮、硝氮时的脱氮性能研究  40-42
    4.2.5 氮源分析  42-43
    4.2.6 完全脱氮需要碳源量推算  43-44
    4.2.7 脱氮途径推断  44-45
    4.2.8 HN-02 菌产氮气验证  45
    4.2.9 HN-02 菌产氮氧化物气体验证  45-46
  4.3 小结  46-47
第5章 HN-02 小试研究  47-59
  5.1 试验方法  47-50
    5.1.1 “活性污泥+HN-02 菌方式小试研究  47
    5.1.2 HN-02 菌处理猪发酵后场废水  47-48
    5.1.3 HN-02 菌处理味精废水  48
    5.1.4 HN-02 菌处理玉米酒精废水  48-50
  5.2 结果分析  50-56
    5.2.1 “活性污泥+HN-02 菌方式小试研究  50-51
    5.2.2 HN-02 菌处理发酵后猪场废水  51
    5.2.3 HN-02 菌处理味精废水  51-52
    5.2.4 HN-02 菌处理玉米酒精废水  52-56
  5.3 HN-02 菌处理玉米酒精废水经济分析  56
    5.3.1 中和药剂用量估算  56
    5.3.2 污泥产量计算  56
  5.4 异养硝化-好氧反硝化菌工程应用展望  56-57
  5.5 小结  57-59
结论  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-67
附录 A 异养硝化-好氧反硝化菌 HN-02 的 16SrRNA 序列  67-68
附录 B 攻读学位期间发表的学术论文  68

异养硝化—好氧反硝化菌的筛选及其特性研究

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