基于Rpf蛋白分离高效氨氮降解菌及低溶氧生化法处理高氨氮废水技术研究

摘要

随着工农业的快速发展，我国经济得到了快速的发展，人民生活水平大大提高，但同时，我们生活的环境也遭到了很大的破坏，其中氮素污染引起的水体富营养化已是全世界面临的主要环境问题之一。目前氨氮废水的去除方法主要有:物化法，生化法，短程硝化反硝化，生物膜-SBR法等。
　　生物法因其经济有效作为最常用的方法之一，生物法中菌群的选择及微生物的生长状况是制约生物法效果的重要因素之一。本课题基于复苏促进因子(resuscitation promoting factor，Rpf)分离土壤中VBNC状态的生物，通过对藤黄微球菌中rpf基因的克隆与蛋白表达，成功地在大肠杆菌中进行异源表达，并通过添加Rpf重组蛋白分离出一株Rpf敏感的高效氨氮降解异养硝化-好氧反硝化细菌ZB612，通过形态学观察及16S rDNA同源性分析，初步鉴定为根瘤菌属(Rhizobium sp.)。随后研究了该菌株的脱氮能力，结果表明在初始氨氮浓度为100 mg/L异养硝化培养基中，氨氮的去除效率达到90％，未出现明显的硝态氮和亚硝态氮积累，具有同步硝化反硝化特征;在亚硝酸盐反硝化体系中，亚硝态氮的去除效率达到60％。除此还考察了四种单因素（温度、pH、碳氮比和碳源种类）分别对菌株ZB612脱氮效率的影响:该菌株的最佳脱氮条件为温度30℃，最适pH=7，C/N=8，以葡萄糖作为最适碳源。这些实验结果为污水处理同步硝化反硝化的实际应用提供理论依据。
　　本研究开发出一种高负荷率的生物转盘，生物附着量达10000 mg/L以上，偶联低溶氧SBR工艺进行研究并进行中试研究，研究表明，在进水COD20000mg/L，NH3-N1500mg/L时，该系统能更高效的同时把COD、氨氮和总氮去除，去除率均达到95％以上。工艺对COD和TN的去除负荷要远高于原污水处理系统。系统在低溶氧、高污泥浓度条件下，部分实现同步硝化反硝化，残留硝酸盐、亚硝酸盐的量少，出水pH维持稳定，总氮随氨氮一起降低，成为本项目的优势所在。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 水质概况

1．2 高氨氮废水的来源

1．3 氮素污染的危害

1．4 氮污染的控制技术

1．4．1 生物脱氮原理

1．4．2 生物脱氮传统工艺

1．4．3 生物脱氮的研究现状

1．4．4 生物转盘去氨氮工艺研究

1．5 异养硝化的研究进程

1．5．1 异养硝化细菌脱氮影响因素

1．6 活的但非可培养(VBNC)状态菌

1．7 复苏促进因子(Rpf)的研究进展

1．7．1 Rpf的发现

1．7．2 Rpf的作用机理

1．7．3 Rpf的应用

1．8 本论文的研究目的内容和意义

第二章 藤黄微球菌rpf基因的克隆与表达

2．1 引言

2．2 实验材料

2．2．1 菌株和质粒

2．2．2 实验试剂

2．2．3 主要仪器

2．2．4 培养基

2．2．5 数据库及软件

2．3 实验方法

2．3．1 Micrococcus luteus IAM 14879的复苏及培养

2．3．2 Micrococcus luteus IAM 14879基因组DNA的提取

2．3．3 rpf基因克隆

2．3．4 Rpf蛋白的分离纯化

2．3．5 蛋白质的聚丙烯酰胺凝胶电泳(8DS-PAGE)

2．4 结果与讨论

2．4．1 Rpf蛋白基因的PCR扩增

2．4．2 重组质粒的构建转化与阳性克隆的鉴定

2．4．3 表达纯化目的蛋白

2．5 总结与讨论

第三章 高效氨氮降解菌的分离鉴定

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验材料

3．2．2 培养基

3．2．3 菌株的富集、分离与筛选

3．2．4 菌株的形态鉴定

3．2．5 菌株的16s rDNA鉴定和系统发育树绘制

3．2．6 菌株的异养硝化和好氧反硝化能力

3．2．7 菌株的脱氮条件研究

3．3 结果与讨论

3．3．1 菌株的形态鉴定

3．3．2 16S rDNA序列同源性分析

3．3．3 菌株的生长曲线以及异养硝化-好氧反硝化能力

3．3．4 环境因素对菌株ZB612脱氮效率的影响

3．4 结论

第四章 生物转盘偶联低溶氧SBR脱氮工艺研究

4．1 现场中试水质

4．2 生物转盘设计

4．3 工艺流程和控制条件

4．3．1 中试工艺流程框图

4．3．2 工艺条件控制

4．4 现场中试试验研究

4．4．1 COD去除效果分析

4．4．2 NH3-N去除效果分析

4．4．3 TN去除效果分析

4．4．4 生物转盘对污染物降解效果分析

4．4．5 污泥减量效果分析

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

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