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优选高效脱氮功能菌株及复合脱氮菌群构建研究

作 者: 尹明锐
导 师: 汪苹
学 校: 北京工商大学
专 业: 环境工程
关键词: 异养硝化 好氧反硝化 正交实验 N2O控逸 特殊功能 菌群构建
分类号: X703
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 88次
引 用: 1次
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内容摘要


现今作为新生物脱氮理论之一的异养硝化好氧反硝化已成为人们的研究热点并逐渐深入,但涉及脱氮产物研究的报道不多见,关于脱氮菌群构建的研究就更不多见。本论文从实验室反应器及莲花味精厂活性污泥系统中筛选异养硝化-好氧反硝化菌株,对筛选出的异养硝化-好氧反硝化菌株采用正交实验法进行优选,并进一步对脱氮产物N2O采用GC-ECD方法进行跟踪测定,筛选出具有N2O控逸特殊功能的菌株;同时,选取性能优良的异养硝化-好氧反硝化菌株按照生长适应性互补、硝化性能和反硝化性能互补的方式进行两两组合,进行菌群构建研究,构建出环境适应性强的复合菌群。本实验从实验室A和B两个反应器以及莲花味精厂的污泥中共分离筛选出53株菌,其中好氧反硝化菌25株、亚硝化菌8株、硝化菌12株、生化菌8株。25株好氧反硝化菌经硝化性能、反硝化性能测定, 10株硝基氮去除率和氨氮去除率均在50%以上的菌株,分别为WYLW1-2、WYLW1-3、WYLW1-4、WYLW1-6、WYLW1-9、WYLW1-10、WYLW2-4、LH1-1、LH2-1、LH2-3,确定这10株菌为异养硝化-好氧反硝化菌。除WYLW1-9外,其余九株异养硝化-好氧反硝化菌的硝化速度很快;其脱氮模式与传统脱氮模式不同,存在硝化过程中直接脱氮的现象。设计正交实验,对10株异养硝化-好氧反硝化菌进行培养条件优选,其中对WYLW1-6、LH1-1进行两轮的培养条件优选的正交实验,以期缩小实验范围、选出菌株的更为精确的培养条件,对其余8株异养硝化-好氧反硝化菌进行一轮L4(23)正交实验。优选后除WYLW1-9之外其余9株菌氨氮最大去除率、总氮去除率均可达到90%以上。值得指出的是,LH1-1的氨氮去除率高达99.87%。10株菌在优选条件下都能达到同时去除NH4+-N、COD、TN的效果。WYLW1-2、WYLW1-6两株菌有强适应性,培养一开始就迅速进入对数生长期。值得一提的是,WYLW1-2在培养第32h时生长量已经达到最大,氨氮去除率97.08%,最大氨氮去除速度3.54mg/L·h,是一株极具应用价值的实用型菌株。最大氨氮去除速度的菌株为WYLW2-4,速度为4.71 mg/L·h,同时其COD去除率为91.20%。与文献中仅是异养硝化菌的Bacillus sp. LY相比,本论文所研究的10株菌均为异养硝化-好氧反硝化菌,而且除WYLW1-9之外,其余9株菌无论是氨氮去除率、总氮去除率还是达最大生长量所需时间,均比Bacillus sp. LY具有环境优势。与文献值中同为异养硝化-好氧反硝化菌的A. faecalis No.4相比,WYLW2-4的最大氨氮去除速度和A. faecalis No.4几乎一样,但是WYLW2-4的最大生长量时间更短,仅为75h,比A. faecalis No.4缩短了18h,WYLW2-4比A. faecalis No.4更具环境竞争优势。选取适应性最强的WYLW1-2、WYLW1-6两株菌经脱氮产物N2O跟踪测试,证明这两株菌具有N2O控逸特殊功能。发酵罐扩大培养后,这两株菌的氨氮去除率分别从摇瓶培养的92.40%、95.21%提高到94.56%、97.19%。N2O-N产量占TIN去除量仅为0.424%和0.598%。将WYLW1-2、6、10,WYLW2-4,LH1-1,LH2-1,LH2-3这7株菌以两两组合的方式进行菌群构建,得到17种组合菌群。其中复合1(WYLW1-10,WYLW2-4)、4(WYLW1-10,LH2-3)、6(WYLW2-4,LH2-1)、11(WYLW 1-2,WYLW 1-6)、12(WYLW 1-2,LH 1-1)、15(WYLW 1-6,LH 1-1)仍能保持较高的氨氮和总氮去除率,均在90%以上。菌群中的两株菌之间无冲突现象,并能够相互促进,发挥其最大群体优势。复合菌群较单一菌株启动更加迅速,最快的启动时间缩短了一半。菌群12可耐受盐度高达3.5%的废水,在氨氮浓度80、120、160mg/L的条件下,可以达到65%以上的氨氮去除率。该菌群可耐受高盐度、高氨氮浓度,适宜工程上示范推广应用。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-25
  1.1 传统生物脱氮  10
  1.2 脱氮理论的新发展  10-17
    1.2.1 异养硝化作用研究进展  11-13
      1.2.1.1 异养硝化菌株的筛选  11
      1.2.1.2 异养硝化作用机理  11-12
      1.2.1.3 异养硝化作用的影响因素  12-13
    1.2.2 好氧反硝化作用研究进展  13-17
      1.2.2.1 好氧反硝化菌株的筛选  14
      1.2.2.2 好氧反硝化的作用机理  14-16
      1.2.2.3 好氧反硝化菌的分离筛选方法  16-17
  1.3 N_20 控逸研究  17-19
    1.3.1 N_20 控逸的影响因素  17-19
    1.3.2 N_20 控逸脱氮菌株的应用研究进展  19
  1.4 复合脱氮菌群构建研究  19-20
  1.5 本实验室在本课题所研究领域内取得的主要成果  20-22
  1.6 本论文的研究意义与内容  22-25
    1.6.1 本论文的研究目的与意义  22
    1.6.2 本论文的研究内容  22-25
第二章 实验材料与方法  25-32
  2.1 实验材料  25-27
    2.1.1 实验试剂  25
    2.1.2 实验仪器设备  25-26
    2.1.3 实验所用培养基  26-27
  2.2 实验方法  27-32
    2.2.1 异养硝化-好氧反硝化菌株的分离筛选  27-28
      2.2.1.1 好氧反硝化菌株的分离  27
      2.2.1.2 好氧反硝化菌株的优选  27-28
      2.2.1.3 异养硝化—好氧反硝化菌株的分离  28
    2.2.2 异养硝化-好氧反硝化菌株的优选  28
    2.2.3 异养硝化-好氧反硝化菌株的活化及培养  28-29
    2.2.4 分析测定方法  29
    2.2.5 发酵罐扩大培养  29-30
    2.2.6 N_20 逸出量的计算  30-31
    2.2.7 实验所用标准曲线  31-32
第三章 结果与讨论  32-92
  3.1 异养硝化—好氧反硝化菌的初步筛选  32-37
    3.1.1 菌株来源  32
    3.1.2 好氧反硝化菌、自养硝化菌、生化菌的分离筛选  32-35
      3.1.2.1 好氧反硝化菌、自养硝化菌、生化菌的分离筛选步骤及方法  33
      3.1.2.2 好氧反硝化菌、自养硝化菌、生化菌的分离筛选结果  33-34
      3.1.2.3 好氧反硝化菌的反硝化性能测定  34-35
    3.1.3 异养硝化-好氧反硝化菌的筛选  35-36
    3.1.4 本节小结  36-37
  3.2 WYLW1-6 菌和LH1-1 菌的L_9(3~4)正交实验  37-47
    3.2.1 优选WYLW1-6 菌的硝化性能培养条件  37-42
      3.2.1.1 WYLW1-6 菌L_9(3~4)正交实验  37-38
      3.2.1.2 WYLW1-6 菌优选条件下的跟踪实验  38-40
      3.2.1.3 WYLW1-6 菌实验结果分析  40-42
    3.2.2 优选LH1-1 菌的硝化性能培养条件  42-47
      3.2.2.1 LH1-1 菌的L_9(3~4)正交实验结果  42-43
      3.2.2.2 LH1-1 菌优选条件下的跟踪实验  43-45
      3.2.2.3 LH1-1 菌正交实验结果分析  45-47
  3.3 异养硝化—好氧反硝化菌株的培养条件优选  47-81
    3.3.1 菌株WYLW1-2 的正交实验结果  48-51
    3.3.2 菌株WYLW1-3 的正交实验结果  51-54
    3.3.3 菌株WYLW1-4 的正交实验结果  54-58
    3.3.4 菌株WYLW1-6 的正交实验结果  58-61
    3.3.5 菌株WYLW1-9 的正交实验结果  61-64
    3.3.6 菌株WYLW1-10 的正交实验结果  64-67
    3.3.7 菌株WYLW2-4 的正交实验结果  67-70
    3.3.8 菌株LH1-1 的正交实验结果  70-73
    3.3.9 菌株LH2-1 的正交实验结果  73-76
    3.3.10 菌株LH2-3 的正交实验结果  76-79
    3.3.11 本节小结  79-81
  3.4 筛选N_20 控逸脱氮菌株  81-87
    3.4.1 WYLW1-2 菌的脱氮性能及N_20 控逸研究  81-84
      3.4.1.1 WYLW1-2 菌的液相脱氮性能跟踪测定  81-82
      3.4.1.2 WYLW1-2 菌的N_20 控逸研究  82-84
    3.4.2 WYLW1-6 菌的脱氮性能及N_20 控逸研究  84-87
      3.4.2.1 WYLW1-6 菌的脱氮性能跟踪测定  84-86
      3.4.2.2 WYLW1-6 菌的N_20 控逸研究  86-87
    3.4.3 本节小结  87
  3.5 复合脱氮菌群构建研究  87-92
    3.5.1 优选高效复合脱氮菌群  88-89
    3.5.2 高效脱氮菌群的耐盐性研究  89-90
    3.5.3 高效脱氮菌群在不同氨氮浓度下的脱氮性能研究  90-91
    3.5.4 本节小结  91-92
第四章 结论与建议  92-94
  4.1 结论  92-93
  4.2 建议  93-94
参考文献  94-96
附录A 正交实验数据表  96-115
附录B 符号、缩略语对照表  115-116
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  116-117
致谢  117

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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