间歇曝气脱氮规律及其氮转化功能基因特征分析

发布时间：2020-03-22 07:35

【摘要】：间歇曝气技术处理氮污染河流水是一种高效低耗除氮技术。目前关于间歇曝气的研究主要集中在原位脱氮效果方面,但忽视了间歇曝气处理河流水的生物脱氮过程中的基础研究。其中分子生态学技术是表征氮形态转化特征的重要方法,而氮转化功能基因是研究氮形态转化最主要的手段,但这方面的研究相对较少。采用分子生物学方法分析间歇曝气过程中氮转化功能基因的变化特征、氮转化功能基因丰度对底泥和上覆水生境的响应以及上覆水各形态氮与氮转化功能基因的关系。主要研究结果如下:(1)间歇曝气处理氮污染河流水实验结果表明:对氮污染河流水上覆水进行高溶解氧间歇曝气过程中既发生了短程生物脱氮,又发生了全程生物脱氮。稳定期阶段,上覆水中氮含量大幅上升,可能是由于底泥的释放作用;短程硝化阶段,上覆水发生明显的短程生物脱氮,氨氮浓度逐渐降低,亚硝酸盐氮逐渐上升;全程硝化阶段,上覆水中发生明显的全程生物脱氮,氨氮浓度逐渐降低,硝酸盐氮逐渐上升;短程反硝化与全程反硝化阶段:上覆水中发生明显的反硝化作用,硝态氮逐渐降低。(2)采用荧光定量PCR技术分析不同时期氮转化功能基因的差异性结果表明:曝气阶段,与好氧相关的氮转化功能基因的丰度逐渐增加,而与厌氧相关的氮转化功能基因的丰度逐渐降低;相反,停曝阶段,与厌氧相关的氮转化功能基因的丰度逐渐升高,而与好氧相关的氮转化功能基因的丰度逐渐降低。(3)通过比较短程硝化期与全程硝化期氮转化功能基因丰度的差异,发现短程硝化期amoA基因增长趋势明显,而nxr基因虽有微小的增长趋势,但变化不够明显,而全程硝化期amoA基因虽逐步增加,但处于动态平衡中,而nxr基因变化趋势明显。通过比较amoA与nxr基因的差异性能够地很好解释了同种曝气条件下两种不同硝化方式。(4)通过RDA与变差分解分析比较不同时期底泥环境因子的差异性,结果表明,稳定期:TOC、NH_4~+-N及C:N是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共同解释了67%的总特征值;短程硝化期:DO、NO_2~--N及C:N是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了63%的总特征值;短程反硝化期:DO、NO_2~--N及pH是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了75%的总特征值;全程硝化期:TOC、NO_3~--N及NH_4~+-N是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了75%的总特征值;全程反硝化期:TOC、NO_3~--N及T是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了69%的总特征值。(5)通过RDA与变差分解分析比较不同时期上覆水环境因子的差异性,结果表明,稳定期:pH、TOC及NO_2~--N是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共同解释了70.3%的总特征值;短程硝化期:NH_4~+-N、TN及pH是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了69.8%的总特征值;短程反硝化期:DO、NH_4~+-N及TN是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了49.8%的总特征值;全程硝化期:NO_2~--N、C:N及NH_4~+-N是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了95.4%的总特征值;全程反硝化期:NO_2~--N、NO_3~--N及TOC是底泥氮转化功能基因的主要因素,且共解释了75.3%的总特征值。(6)通过Pearson相关性分析和曲线估计分析不同时期上覆水各形态氮变化特征与底泥氮转化功能基因的关系,结果表明,稳定期:AOA-amoA、AOB-amoA以及hzo基因的变化可能是氨氮变化的主要因素;短程硝化期:AOA-amoA及AOB-amoA基因可能是氨氮变化的主要因素,AOA-amoA及AOB-amoA基因可能是亚硝氮变化的主要因素;短程反硝化期:nirK、nirS及nosZ基因可能是硝氮变化的主要因素;全程硝化期:nxr基因可能是氨氮变化的主要因素,nxr基因可能是硝氮变化的主要因素,AOA-amoA基因可能是亚硝氮变化的主要因素;全程反硝化期:narG及cnorB基因可能是硝氮变化的主要因素。
【图文】：

技术路线图,氮转化,功能基因,反应器

安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论1.3.2 技术路线图在总结国内外相关研究成果的基础上，利用实验室自制的间歇曝气反应器，，采用化学方法测定底泥和上覆水中各种理化指标，同时利用 PCR 技术和荧光定量 PCR 技术测定反应器中氮转化功能基因丰度和类型,通过分析氮转化功能基因量化反应器中氮循环过程。然后，采用分子生物学分析方法揭示氮转化功能基因的主要影响因素及其影响机理。本实验的技术路线如图 1-1 所示：

实验装置,实物,空气泵,上覆水

实验装置实物图
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】