北运河中异养硝化菌的筛选及其脱氮效能研究

发布时间：2020-08-20 11:01

【摘要】：随着经济社会的快速发展,人类在生产和生活中产生大量的含氮废水排放到自然水体中。氨氮浓度过高会引起水体的富营养化现象,并对水生态系统和人类健康造成严重的破坏。利用生物法去除水体中的氨氮具有环境友好、处理费用较低以及有害副产物少等优点。传统生物脱氮工艺已被广泛应用于污水处理,但存在工艺复杂、占地面积大、脱氮效率低等缺点。近年来发现的异养硝化菌,许多种类同时具有异养硝化和好氧反硝化功能,使硝化和反硝化作用在同一反应系统和相同条件下同步进行成为了可能,为生物脱氮理论提供了新途径。异养硝化菌具有生长繁殖快速、环境适应能力强、溶解氧需求量低、氨氮去除效果好等特点,在生物脱氮过程中起着重要的作用。异养硝化菌的筛选及其脱氮特性的研究已成为生物脱氮领域的研究热点。近年来,由于污染物排放量持续增加,北运河水体污染严重,其中氨氮是北运河水体中氮素污染物的主要存在形式。土著微生物在水体污染治理中具有适应性强、污染物去除效率高、生态风险低等特点,从环境中筛选土著异养硝化菌并研究其脱氮特性,为异养硝化菌用于水体氨氮污染的治理奠定实验基础,具有重要的理论指导意义和实际应用价值。本研究通过富集培养、梯度稀释涂平板、平板划线以及定性和定量实验等方法,从北运河污染底泥中分离筛选土著异养硝化菌,经初筛阶段分离出16株菌,定量分析发现其中的6株菌具有一定的异养硝化作用。对氨氮去除效果最好的1株菌HNM-4进行了分子生物学鉴定,并通过系统发育分析确定该菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。通过单因素实验研究菌株HNM-4的异养硝化性能表明,菌株HNM-4发挥异养硝化作用的最适环境条件为:初始氨氮浓度140 mg/L,最佳碳源为丁二酸钠,碳氮比为9~18,最适温度为30℃,初始pH值为7~8,盐度为0~0.5%。研究菌株HNM-4的好氧反硝化性能实验表明,以硝酸盐氮为唯一氮源进行好氧反硝化时,48 h内菌株HNM-4对硝酸盐氮和总氮的去除率分别为100%和12.05%;以亚硝酸盐氮为唯一氮源进行好氧反硝化时,48 h内菌株HNM-4对亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别为78.64%和9.75%。脱氮性能实验表明,在好氧条件下,以有机化合物丁二酸钠为碳源,菌株HNM-4同时具有异养硝化和好氧反硝化功能,可将水中的氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等氮素污染物进行有效去除,并对总氮有一定的去除效果。最后选择生物陶粒和聚氨酯泡沫作为菌株的固定化载体,对筛选的异养硝化菌HNM-4进行吸附固定化,经过多个周期的培养和挂膜实验,通过扫描电镜观察菌株HNM-4挂膜前后载体的表面状态,可以看到载体挂膜后其框架结构表面覆盖着一层较为密集的乳白色菌体,表明菌株HNM-4具有一定的形成生物膜的能力。将固定化的菌株HNM-4投加到模拟氨氮废水中进行脱氮实验,结果表明,固定化的菌株HNM-4对模拟废水中氨氮和总氮的去除率分别达76.25%和61.07%。与游离态菌株相比,菌株的固定化对氨氮和总氮的去除率均有所提高。表明固定化微生物技术可强化土著异养硝化菌的脱氮效果。本研究通过从北运河底泥中筛选土著异养硝化菌并研究其脱氮性能以及考察固定化微生物技术强化菌株的脱氮效能,旨在为河流氨氮污染的治理奠定理论基础和提供技术支持。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X172
【图文】：

第 1 章 绪 论第 1 章 绪 论研究现状 我国水环境状况中华人民共和国水利部发布的《2017 年中国水资源公报》数据显示（图 年，全国 24.5 万 km 的河流，Ⅰ~Ⅲ类水质河长占 78.5%，劣 V 类水质河。生态环境部公布的《2017 年中国生态环境状况公报》数据显示，监测的质断面中，Ⅰ类水质断面 35 个，占 2.2%；Ⅱ类 594 个，占 36.7%；Ⅲ占 32.9%；Ⅳ类 236 个，占 14.6%；Ⅴ类 84 个，占 5.2%；劣Ⅴ类 136 个。其中海河流域为中度污染。

图 1-2 2017 年海河五大水系水质 含氮废水的来源近年来，由于经济社会的快速发展和人民生活水平不断提高，导致废水排增加。农田和城市径流、农药使用、生活污水排放以及污染物浸出等，使机含氮化合物排入水体，水体氮污染成为主要的环境问题之一[3]。废水中氮在水体中的存在形式之一，分为游离态氨氮（NH3-N）和离子态氨氮（NH中以其他形态存在的氮包括有机态氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和分子态氮含氮废水的来源非常广泛，主要包括如下几点[5]：（1）工业废水的排放，炼油、化肥生产以及食品加工等含氮废水；（2）农业面源排放，包括化肥大面积使用以及畜禽粪便的排放等；（3）城镇生活污水的排放；（4）集中理设施，如城市垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液等。河流、湖泊等地表水体中的含氮污染物质的来源主要包括大气沉降、城市、工业和生活污水的排放、化肥和农药的使用、牲畜粪便以及植物腐殖体

图 1-3 传统生物脱氮过程生物脱氮工艺主要包括 A/O、A2/O、SBR 以及 MBR 等工艺。 工艺/好氧（Anoxic/Oxic）工艺即 A/O 工艺是 20 世纪 70 年代由美国，是在二级生化处理的基础上引进缺氧段的工艺。异养菌将污水化作用生成氨氮，然后进入好氧池进行自养菌的硝化作用生成硝化液回流至缺氧池，经异氧菌的反硝化作用将硝酸盐氮还原为分

【参考文献】

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本文编号：2797891