一株耐酸性反硝化细菌的分离鉴定及反硝化特性研究

摘要

酸法地浸采铀过程中，常采用硝酸铵为淋洗剂，致使硝酸盐进入到含矿含水层，造成地浸采矿退役后地下水环境硝酸盐的超标。微生物反硝化脱氮法因其效率高、成本低常被广泛应用于处理含氮废水。但反硝化细菌的作用条件一般为中性或偏碱性，酸性或偏酸性条件下的较为少见。　　本论文针对酸性矿山地下水中pH低、硝酸盐含量高等问题，采用选择性培养基，从新疆某铀矿山含矿含水层地下水样品中富集、分离和驯化耐酸性硝酸盐还原菌(Denitrifying Bacteria,DNB)；采用稀释涂布和平板划线法纯化菌种；采用Biolog生理生化试验和16S rDNA基因序列分析鉴定所获得菌株(G16X-D)，采用兼性厌氧液体培养法研究不同初始pH值、温度、碳源、C/N等因素对G16X-D生长和反硝化特性的影响，优化其反硝化培养条件；分析不同初始NO3--N浓度与G16X-D反硝化速率的动力学关系、考察重金属离子(Zn2+、Cd2+、U6+)对其去除NO3--N的影响。此外，在优化的环境条件下研究了该G16X-D对微生物浸铀浸出液中NO3--N去除的效果，为今后的应用提供理论依据。　　本文主要获得以下研究结果：　　通过富集分离与驯化，得到一株耐酸性反硝化细菌G16X-D，形态学观察、Biolog生理生化试验以及16S rDNA基因序列分析鉴定结果表明，菌株G16X-D属于铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。　　影响因素试验结果表明，pH4.50的条件下，菌株G16X-D具有较高的反硝化能力，反硝化作用主要发生在对数生长期。菌株G16X-D优化的反硝化培养条件为：最适碳源为葡萄糖，C/N=3.0，温度为35℃，此条件下72h内初始NO3--N浓度为160mg·L-1的还原率达到92.74%，比生长速率μ=0.0472 h-1，最短倍增时间td=14.68h。菌株G16X-D的最适pH值为5.77～7.70。　　动力学研究表明，NO3--N浓度S=350.84mg·L-1时，其最大反硝化速率Vmax=2.99mg·L-1·h-1，半饱和常数Km=162.50mg·L-1，抑制常数Ki=757.47mg·L-1。　　Cd2+对菌株的反硝化作用具有抑制作用，浓度越高抑制性越强；U6+浓度在7.50mg·L-1以下时，促进反硝化作用的进行，大于7.50mg·L-1时，具有抑制作用；少量的锌离子有助于反硝化作用的进行，50mg·L-1以上则会有抑制作用；3种重金属离子对G16X-D的毒性大小顺序为Cd2+>U6+>Zn2+。　　在优化的反硝化培养条件下，以铀矿石微生物浸出液为试验原水样，未稀释的试验原水样对G16X-D的反硝化作用具有强烈的抑制性；G16X-D以1%接种于在初始NO3--N浓度分别为86.52mg·L-1和163.52mg·L-1的试验水样中，培养8d后，NO3--N去除率分别为64.4%和41.4%；试验废水中最佳接种量为7.5%时，初始浓度为160mg·L-1的NO3--N经96h去除率可达91.2%。G16X-D对pH4.50的偏酸性矿山废水中NO3--N的去除取得了良好的效果。

目录

声明

1 绪论

1.1.1 酸性矿山地下水中NO3-的来源途径

1.1.2 酸性矿山地下水中NO3-带来的危害

1.1.3 国内外酸性矿山地下水中NO3-的污染现况

1.2 去除酸性矿山废水中NO3-的理化方法

1.3.1 DNB概述

1.3.2 DNB去除废水中NO3-的机理

1.3.3 DNB去除废水中NO3-的影响因素

1.4 DNB去除矿山酸性废水中NO3-的研究进展

1.5.1 课题的研究目的、意义

1.5.2 课题的研究内容

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 菌种富集样品

2.1.2 溶液配制

2.1.3 仪器设备

2.1.4 试剂

2.2 实验方法

2.2.1 样品采集

2.2.2 菌种富集与驯化

2.2.3 菌种鉴定

2.2.4 不同因素对反硝化作用的影响

2.2.5 DNB处理矿山酸性废水的应用试验研究

2.2.6 分析测定方法

2.2.7 硝酸盐去除率和去除速率计算方法

3 结果与分析

3.1 菌种选育及鉴定

3.1.1 富集分离

3.1.2 耐低pH基质的驯化结果

3.1.3 菌种鉴定

3.2耐酸性反硝化细菌的影响因素分析

3.2.1 碳源对菌株生长和反硝化作用的影响

3.2.2 碳氮比对菌株生长和反硝化作用的影响

3.2.3 温度对菌株生长和反硝化作用的影响

3.2.4 菌株G16X-D在偏酸性条件下的生长曲线

3.2.5 初始pH值菌株生长和对反硝化作用的影响

3.2.6 不同初始NO3--N浓度对菌株反硝化作用的影响

3.2.7 重金属离子对菌株反硝化作用的影响

3.3 DNB处理矿山酸性废水的应用试验研究

3.3.1 G16X-D对废水的耐受性

3.3.2 不同初始NO3--N浓度的废水试验

3.3.3 接种量对废水脱氮的影响

4 结论与建议

4.1 结论

4.2 创新点

4.3 不足与建议

致谢

参考文献