耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的筛选方法与脱氮机制及其生物强化短程硝化系统的研究

摘要

研究了一种新的富集驯化耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的方法。采用高C/N、逐渐降低DO、菌体对数生长期转接以及增加培养液中海水比例的方式完成了耐盐异养硝化菌的富集和驯化，并分离出38株异养硝化-好氧反硝化菌。经复筛得到l株高效耐盐异养硝化-好氧反硝化菌，命名为qy37。通过对菌株qy37的形态观察、生理生化试验和16S rDNA序列分析，确定其为假单胞菌属(Pseudomonas)。
　　 对菌株qy37的异养硝化作用和好氧反硝化作用的机制进行了比较。在以NH4Cl为氮源的异养硝化系统内，该菌32 h内使NH2--N由138.52mg/L降至7.88mg/L，COD由2408.39mg/L降至1177.49 mg/L，NH40H最大积累量为9.42 mg/L，N02--N最大积累量仅为0.02 mg/L，推测该菌将NH40H直接转化为N20和N2从系统中脱除。在以NaN03为氮源的好氧反硝化系统内，该菌24 h内使N02--N由109.25mg/L降至2.59 mg/L，NH40H最大积累量为3.28 mg/L。好氧反硝化系统与异养硝化系统相比菌体生长量高，TN去除率低，COD消耗量低，NH40H积累量低，并且检测到NO2--N的积累。认为好氧反硝化在菌体生长和能量利用方面比异养硝化更有效率。
　　 对异养硝化-好氧反硝化混合系统进行了研究。在异养硝化-好氧反硝化混合系统内，16 h NH4+-N去除速率比异养硝化系统提高了37.31％。混合系统的NH40H积累量低于异养硝化系统和好氧反硝化系统，但N20产出量高于二者。这些研究可为异养硝化-好氧反硝化菌在污水处理工程中的应用提供参考。
　　 对异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程硝化系统的可行性进行了研究。采用生物强化技术将4株高效异养硝化-好氧反硝化菌投入耐盐短程硝化污泥中，考察了其对含海水污水的SBR短程硝化系统的强化效果，并比较了强化系统与原系统的差异性。结果表明，强化系统的N02--N最大积累量比原系统降低34.92％，而且到达N02--N最大积累量的时间比原系统提前2h。强化系统的TN和COD在硝化段中后期持续降低，硝化结束时其TN和COD去除率比原系统高出15.24％和5.39％，NH4+-N去除率和亚硝化率比原系统高出6.85％和14.47％。强化系统的pH比原系统高0.46，而ORP低25.84 mV。认为强化系统的性能提升是强化菌的异养硝化作用和好氧反硝化作用引起的。当受到70％海水盐度冲击时，强化系统的稳定性高于原系统，强化菌的加入有效的抑制了系统从短程硝化向全程硝化转变的趋势。在强化系统与原系统运行的各阶段，强化菌种的数量发生了变化，且随着系统排泥强化菌大量流失。本研究为异养硝化-好氧反硝化菌应用于短程脱氮系统的可行性提供理论参考。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 氮素对水体的污染及去除方法

1.1.1 氮素污染的危害性

1.1.2 氮素排放的国家控制标准

1.1.3 常规除氮方法

1.2 传统生物脱氮处理技术

1.2.1 传统生物脱氮技术原理及工艺

1.2.2 传统生物脱氮技术的缺陷

1.3 新型生物脱氮处理技术

1.3.1 短程硝化反硝化脱氮技术

1.3.2 同步硝化反硝化脱氮技术

1.3.3 异养硝化

1.3.4 好氧反硝化

1.3.5 异养硝化-好氧反硝化菌

1.4 高盐度废水的生物处理现状

1.4.1 高盐度废水的来源

1.4.2 高盐度对污水生物处理的影响

1.5 废水生物强化技术

1.5.1 废水生物强化技术的定义

1.5.2 生物强化技术的应用

1.6 本论文研究的目的和意义

1.7 本论文研究的主要内容

1.7.1 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的富集和驯化方法

1.7.2 异养硝化和好氧反硝化机制比较

1.7.3 异养硝化-好氧反硝化混合系统研究

1.7.4 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌生物强化短程硝化系统的研究

1.8 本论文研究的基金来源

第二章 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.1.1 富集筛选菌株的活性污泥来源

2.1.2 耐盐富集培养基

2.1.3 耐盐异养硝化培养基

2.1.4 耐盐好氧反硝化培养基

2.1.5 耐盐异养硝化-好氧反硝化混合培养基

2.1.6 生理生化实验所用试剂及培养基

2.1.7 检测16S rDNA所用试剂

2.1.8 SBR反应器

2.1.9 短程硝化系统污泥来源

2.1.10 强化系统与原系统进水水质

2.1.11 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的富集

2.2.2 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的分离和筛选

2.2.3 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的形态观察

2.2.4 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的生理生化实验

2.2.5 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的16S rDNA序列测定方法

2.2.6 菌株异养硝化和好氧反硝化性能测定

2.2.7 异养硝化、好氧反硝化以及混合系统产N?0试验

2.2.8 高效耐盐异养硝化-好氧反硝化菌剂制备

2.2.9 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌接入短程硝化系统

2.2.10 短程硝化反应器SBR1和SBR2运行方式

2.2.11 强化菌种的数量检测

2.3 检测项目和分析方法

第三章 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的富集驯化方法及所筛菌株qy37的鉴定

3.1 富集和驯化方法

3.1.1 污泥来源

3.1.2 富集和驯化方法

3.2 富集和驯化过程监测

3.3 纯海水培养时的耐盐富集驯化系统

3.4 耐盐异养硝化-好氧反硝化菌的筛选

3.5 菌株qy37的形态特征和生理生化特性

3.5.1 菌株qy37的形态学特征

3.5.2 菌株的生理生化特性

3.6 菌株qy37的16S rDNA测序及同源性分析

3.6.1 DNA的提取

3.6.2 PCR产物监测

3.6.3 16S rDNA测序

3.7 本章小结

第四章 菌株qy37的异养硝化／好氧反硝化机制比较及氨氮加速降解特性

4.1 菌株qy37的异养硝化作用

4.2 菌株qy37的好氧反硝化作用

4.3 菌株qy37的异养硝化作用与好氧反硝化作用比较

4.3.1 菌体生长量的差异

4.3.2 COD去除量的差异

4.3.3 NH?0H变化的差异

4.3.4 硝态氮积累量的差异

4.4 菌株qy37的异养硝化-好氧反硝化混合系统

4.4.1 混合系统内各氮素的转化

4.4.2 混合系统内N?0的变化

4.4.3 混合系统内氨氮加速降解的原因

4.4.3 本章小结

第五章 异养硝化／好氧反硝化菌生物强化含海水污水的SBR短程硝化系统

5.1 菌株来源

5.2 强化系统与原系统的硝化特性比较

5.2.1 NH4+-N的变化

5.1.2 N02--N的变化

2.1.3 TN和COD的变化

2.1.4 pH和ORP的变化

2.1.5 NO3--N和DO的变化

5.2 强化系统与原系统运行稳定性比较

5.3 强化菌种数量变化

5.4 本章小结

第六章 主要结论及今后研究展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢