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游离氨对硝化菌活性抑制及硝化菌群结构的影响研究

作　者: 刘京
导　师: 季民
学　校: 天津大学
专　业: 市政工程
关键词: 硝化活性硝化菌游离氨 RCR-DGGE FISH
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

污水厂在运行过程中可能会受到高浓度氨氮废水的冲击影响，使生物硝化受到短期抑制，造成出水水质恶化，污水厂不能做到稳定达标排放。本论文采用模拟废水，利用间歇式活性污泥法（SBR）反应器，通过监测氨氮最大比降解速率、硝酸盐氮最大比生成速率、亚硝化和硝化比耗氧速率等动力学指标研究模拟高氨氮废水中游离氨对硝化活性的抑制机理，确定临界抑制浓度。采用PCR-DGGE（Polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis）和FISH（fluorescence insitu hybridization）等分子生物学方法研究不同抑制情况下的硝化菌群群落结构的变化规律。游离氨（FA）对生物硝化系统的冲击负荷试验结果表明，当FA的浓度≤8.0mgN/L时，FA对氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）活性有促进作用，随着进水FA的增加，氨氮最大比降解速率（qmax0）和硝酸盐氮最大比生成速率（μmax0）呈增加趋势。当FA大于临界抑制浓度（8.0mgN/L）后，FA对AOB和NOB产生抑制作用，随着FA的增加， qmax0和μmax0急速下降。并且发现μmax0的降低程度小于qmax0，说明AOB更易受到FA对的抑制影响。在不调进水pH的条件下，FA持续负荷试验结果表明，在FA的浓度≤4.0mgN/L的情况下，FA对AOB和NOB有促进作用，氨氮最大降解速率qmax0和硝酸盐氮最大比生成速率μmax0比对照增大1.36倍和1.23倍。当FA负荷继续增大后，对AOB和NOB均产生抑制作用，高浓度FA对AOB的抑制作用更大。在进水pH均调为8.0的条件下，FA的持续负荷试验表明，生物系统对FA负荷耐受能力明显增强，临界抑制浓度有大幅提高。在FA≤21.1mgN/L的范围内，提高FA负荷对AOB有促进作用。当再继续增加进水FA浓度，即表现出对AOB的明显抑制作用，使得系统的氨氮去除量明显下降。但是系统没有发现亚硝酸盐氮的积累，经测试发现NOB的活性随FA浓度增加，有上升趋势。在调整进水pH为8.0并增大进水碱度至完全满足硝化反应的理论消耗量的条件下，FA的持续负荷试验发现，FA的临界抑制浓度反而下降。在FA>15.0mgN/L以后，就开始显示对AOB的抑制作用；而在试验FA范围内，随着FA的增大，硝酸盐氮最大比降解速率逐渐降低，对NOB产生明显的抑制作用。其抑制机理需要进一步研究。通过PCR-DGGE和FISH等分子生物学方法对SBR稳定运行期的生物样进行测定，结果表明，FA冲击负荷对AOB和NOB菌群多样性影响不大；进水FA的持续负荷试验对AOB的菌群影响最大，表现为很多细菌种属被淘汰，生物多样性降低，控制pH和碱度的措施均能使得部分被淘汰的AOB菌属得以恢复；控制pH使得NOB的菌属明显增多，相反，当增加系统碱度后，NOB优势菌属基本消失。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题背景  10-12
  1.2 生物硝化受游离氨及 pH 影响的研究进展和存在问题  12-14
    1.2.1 生物硝化过程受游离氨抑制的研究进展  12-13
    1.2.2 生物硝化过程受 pH 影响的研究进展  13
    1.2.3 生物硝化过程受游离氨抑制研究中的存在问题  13-14
  1.3 现代分子生物学技术在生物硝化过程中的研究应用  14-17
    1.3.1 现在分子生物学技术的技术优势  14
    1.3.2 主要的微生物分子生物学测定技术  14-15
    1.3.3 生物硝化系统中的生物群落多样性分析  15-16
    1.3.4 生物硝化系统中生物群落演变分析  16-17
  1.4 本课题研究目的、研究意义和研究内容  17-19
    1.4.1 本课题研究目的和意义  17
    1.4.2 本课题研究内容  17-19
第二章材料和分析方法  19-34
  2.1 试验装置  19-20
  2.2 微生物群落结构分析方法  20-31
    2.2.1 污泥 DNA 的提取方法  20-21
    2.2.2 AOB、NOB 的巢式 PCR 扩增  21-23
    2.2.3 琼脂糖凝胶电泳检测  23
    2.2.4 变性梯度凝胶电泳（DGGE）检测  23-24
    2.2.5 DGGE 图谱的多样性、相似性和聚类分析  24-25
    2.2.6 优势菌群的割胶回收及测序  25-26
    2.2.7 样品 DNA、PCR-DGGE 及割胶回收中所用试剂及仪器  26-27
    2.2.8 荧光原位杂交（FISH）分析  27-31
  2.3 常规分析项目及测试方法  31
  2.4 比耗氧速率（SOUR）的测定  31-34
第三章高浓度氨氮进水中游离氨对生物硝化反应的影响  34-77
  3.1 试验方法  34-35
  3.2 冲击负荷试验结果与讨论  35-59
    3.2.1 驯化污泥的活性表征  35-37
    3.2.2 对硝化速率的影响  37-46
    3.2.3 对 SOUR 的影响  46-47
    3.2.4 抑制后的生物自然恢复过程  47-48
    3.2.5 硝化细菌群落结构的演变及多样性分析  48-56
    3.2.6 FISH 结果分析  56-59
  3.3 持续负荷试验结果与讨论  59-75
    3.3.1 对硝化速率的影响  59-65
    3.3.2 对 SOUR 的影响  65-66
    3.3.3 抑制后的生物自然恢复过程  66-67
    3.3.4 硝化细菌群落结构的演变及多样性分析  67-74
    3.3.5 FISH 结果分析  74-75
  3.4 本章小结  75-77
第四章控制进水 pH 条件下游离氨对生物硝化反应的影响  77-96
  4.1 试验方法  77
  4.2 持续负荷试验结果与讨论  77-95
    4.2.1 对硝化速率的影响  77-84
    4.2.2 对 SOUR 的影响  84-85
    4.2.3 抑制后的生物自然恢复过程  85-86
    4.2.4 硝化细菌群落结构的演变及多样性分析  86-92
    4.2.5 FISH 结果分析  92-95
  4.3 本章小结  95-96
第五章控制进水 pH 和碱度条件下游离氨对生物硝化反应的影响  96-115
  5.1 试验方法  96
  5.2 持续负荷试验结果与讨论  96-113
    5.2.1 对硝化速率的影响  96-102
    5.2.2 对 SOUR 的影响  102-104
    5.2.3 抑制后的生物自然恢复过程  104-105
    5.2.4 硝化细菌群落结构的演变及多样性分析  105-112
    5.2.5 FISH 结果分析  112-113
  5.3 本章小结  113-115
第六章结论和建议  115-117
  6.1 结论  115-116
  6.2 建议与展望  116-117
参考文献  117-123
发表论文和科研情况说明  123-124
致谢  124

游离氨对硝化菌活性抑制及硝化菌群结构的影响研究

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