异养同步硝化好氧反硝化细菌的脱氮性能研究

发布时间：2020-06-15 01:48

【摘要】：本研究丰富了异养同步硝化好氧反硝化理论,也为该工艺的研发和设计提供了一定的技术参考。基于高通量筛选方法从环境污水中分离筛选出一株高效的异养同步硝化好氧反硝化脱氮菌株,对其形态特征、生理生化和分子生物学种属进行鉴定,进一步对该菌株的生长代谢特性以及脱氮性能进行表征,并应用于河道,考察持续自培养投加菌株对河道生态治理的净化效果。试验结果表明,筛选得到一株新型异养同步硝化好氧反硝化菌株,经细菌16S rDNA鉴定,比对确认为Klebsiella sp.,命名为KSND-3。对硝化反硝化途径中的关键基因羟胺氧化酶基因(hao)和亚硝酸盐还原酶基因(nirS)进行基因特异性PCR鉴定,未能检测到菌株KSND-3中存在这两种基因的存在,说明该菌株可能存在与传统硝化反硝化不完全相同的氮代谢途径,表明了同步硝化反硝化反应代谢的多样性。研究表明:KSND-3以NH_4Cl,NH_2OH,NaNO_2和KNO_3分别作为唯一氮源,起始浓度分别为160.00,103.00,8.39和105.00 mg·L~(-1)时,24 h内去除率分别为86.56%,82.03%,100.00%和73.01%;当NH_4NO_3作为氮源,起始浓度为50.00 mg·L~(-1)时,24h后氨氮以及硝酸盐去除率分别为92.36%和90.40%。特别重要的是氮移除过程中几乎监测不到亚硝酸盐的积累,说明该菌株具有高效的同步异养硝化和好氧反硝化能力。菌株KSND-3适宜的氮移除条件如下:C/N大于8,pH=5.0~8.0,温度15℃~35℃,底物浓度为低于100 mg·L~(-1)。同时,对于温度低于10℃或者低碳氮比(C/N)的废水氨氮平均去除率在50%以上,这一优异性能使得在氨氮水污染处理特别是低碳氮比中有着很好的应用前景。菌株KSND-3在杭州市余杭区星桥街道的河段进行河道生态治理上的投加应用,结果显示在91天后,氨氮浓度从初始的8.76 mg·L~(-1)下降至1.87 mg·L~(-1)并稳定保持该脱氮效果,在此期间未检测到NO_3~--N和NO_2~--N浓度。综上说明了高效的脱氮性能使菌株KSND-3在生物脱氮处理方面有着巨大的前景。
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X172
【图文】：

过程图,过程,中国生态环境,水体污染

水中氮素污染物的危害如今，氮素的污染是导致我国水体污染的重要来源之一，2018 年生态环《2017 中国生态环境状况公报》[7]可以看出，全国的地下水水质的较差级监测点比例占 66.6%，在这之中“三氮”（NO2--N、NH4+-N 和 NO3--N）污。水中元素主要这“三氮”的形式存在，三种形态相互转化，如图 1.1。

脱氮过程,脱氮

图 1.2 传统生物的脱氮过程Figure 1.2 Traditional biological denitrification process传统的生物脱氮之所以在两个不同的反应装备中进行，是由于其脱氮原理是经过硝化和反硝化两个独立的过程构成的。活性污泥法脱氮的传统工艺，其主要特征为系统之首的装置是反硝化反应装置，一些工艺比如 A2/O 工艺、倒置的 A2/O 工艺、改进AB 工艺氧化沟工艺、SBR 工艺等[15]及其改良形式 MSBR[16]、UNITANK[17]和 CASS[18等都是在活性污泥脱氮工艺基础上研究出来的。虽然对于生物脱氮技术在不断发展和优化的同时对于传统的生物脱氮工艺也存在许多劣势：（1）自养硝化菌由于其自身原因生长缓慢，并且细胞浓度不高，致使反应速率较低。（2）自养菌对于外界环境条件变化较为敏感，氨氮浓度过高或者有机物都会影响其生长代谢，降低脱氮效力。

【参考文献】