耐冷硝化细菌Pseudomonas mohnii. M-8的筛选鉴定及脱氮效能研究

发布时间：2020-09-15 13:05

　　近些年,随着国家对生态环保领域和生态环境的大力关注,对水环境的治理与水生态的管控力度也在不断加强,对污水治理的出水水质指标监控更是不断严格。伴随经济和社会的高速发展,人们物质生活水平的提高,鱼类、肉类等蛋白质的消耗和排放量增大,使得生活污水中的氮含量增多,导致污水水质指标变化,碳氮比降低,影响传统的污水处理工艺及水处理微生物的生长繁殖。国家在“十三五”的规划纲要当中就将氨氮及总氮的指标纳入国控标准中,不合格不排放,严惩严管严防范,对居民生活污水中含氮物质的排放也做了相关的明确规定。为解决含氮废水的问题,目前生物脱氮以其产物清洁、处理高效、无二次污染等优点已成为关注的热点。本研究以目前生物脱氮中新型技术之一——异养硝化好氧反硝化理论作为基础,并针对在冬季的高寒时间段里易出现的技术瓶颈难题即温度过低,导致微生物的生长减慢甚至停滞,相关的微生物脱氮性能难以得到正常的作用发挥的问题,进行课题研究。本课题从松花江的中试填料中筛选分离纯化出了一株具有耐低温特性的高效脱氮菌,分别从宏观形态特征与基因层面进行比较分析。经过16Sr DNA基因测序的结果进行同源比对分析,收获了一株假单胞杆菌属的新型菌株,并命名为Pseudomonas mohnii.M-8,且通过生理生化实验,验证了解了该菌株的理化特性。课题研究中,利用传统菌株分离纯化手段、结合2℃低温和硝化培养基进行微生物选择生长和定向培养,筛选出低温条件下具有高效脱氮能力的菌株。使用扫描电镜观察菌体形态、菌长、菌宽、形状和光泽等菌体特性;通过16Sr DNA基因测序,利用Blast软件和MEGA软件进行多重序列比对操作,建立Neighbor-Joining方法生物系统进化树。从革兰氏染色、鞭毛染色、运动型观察、产胞外多糖的能力鉴定、过氧化氢酶的鉴定、明胶酶的鉴定、淀粉酶的鉴定、甲基红试验的鉴定、厌氧生长试验的鉴定以及耐盐性生长测试、温度生长试验和抗重金属试验测试,多方面、多角度、多维度的了解菌株生理生化特性。设计非生物因子影响实验,采用控制单一变量方法,在2℃下实验,发现在p H=7,C/N为10,以柠檬酸钠为唯一碳源营养基底的好氧条件下,生物生长可达最佳值,最高可达初始接种量的5倍量左右;同时在p H=8、C/N为10、以柠檬酸钠为唯一碳源营养基底的好氧条件下氨氮去除效率最高,分别为75%、91%、82%、91%。在以氨氮为唯一氮源培养基考察脱氮时发现该菌对氨氮能进行高效去除,且过程中无亚硝酸盐和硝酸盐的积累。在分别以亚硝酸盐和硝酸盐为唯一氮源培养基研究菌株的反硝化特性中,对亚硝酸盐氮及硝酸盐氮均有84%和99.7%的去除率。为了解菌株在实际生活污水水体中的竞争性生存能力及脱氮效能,组建两套并行的膜式生物反应器,并前期利用聚氨酯泡沫为生物载体,进行生物挂膜的定向培养,以使纯化的单菌株在实际污水的适应期缩短,并增强其在微生物环境中的竞争力。反应器组装初期运行氨氮和COD去除率都较低,而提高进水C/N后,氨氮及COD的去除率具有提升作用。组建膜式生物反应器进行实际生活污水应用的测试,探究菌株对实际生活污水中氨氮及COD的处理效果,并调节反应的关键因子,对比观察出水水质,为未来菌株的工程实践应用提供一定的参考。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703;X172
【部分图文】：

七大流域,河水,河流,状况

图 1-1 2016 年七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河水质状况（1）城市生活废水氨氮主要来自于微生物对含氮有机物的降解产物[4]，还有在农业生产环节中及肥料施用时逸出的氨氮，并溶于水体中，随生活污水等一起排放等。（2）氨和亚硝酸盐的相互转化水体中的三氮即氨氮、亚硝态氮和硝态氮氨在水体中能够在微生物的作用下进行相互转化。如在有氧条件下，NH4++O2→NO2-，NO2-+O2→NO3-；在厌氧条件下 NO2-可脱氧转化为氨。（3）生产利用含氮化合物的工厂排放及日常生活排放等如特殊工厂：化肥、化工、水泥、发电等工厂向环境中排放的废气和废水中都夹杂着很多氨类物质；并伴随车辆交通的发展，汽车尾气含氮物质的排放也会经过氮的循环与转化，部分溶于水中，导致水环境质量下降。1.1.2.2 氨氮的危害含氮化合物有无机类化合物和有机类化合物。这些化合物一般具有生物毒害性，容易造成“三致”作用，污染成分得不到有效去除，会长期存留于环境当中，

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图 1-2 异养硝化作用反应的无机途径及有机途径同位素跟踪法标记15N 进行异养硝化的过程探究，结果表明异有作用，但是能将有机 N 直接氧化为 NO3--N，而跨过有机 N生成 NO2--N 的过程，如图 1-3 所示。图 1-3 异养硝化作用途径与自养硝化作用途径的比较在对异养硝化作用途径与自养硝化作用途径的研究中发现，异量来源主要来自于对有机物质的同化作用，而在氨氧化的过程能量。在异养硝化的反应过程中常常还有菌体自身部分解体的

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图 1-3 异养硝化作用途径与自养硝化作用途径的比较在对异养硝化作用途径与自养硝化作用途径的研究中发现，异量来源主要来自于对有机物质的同化作用，而在氨氧化的过程能量。在异养硝化的反应过程中常常还有菌体自身部分解体的生长营养源的获取也主要是依赖于对有机物质的利用，并且对氮的氧化能随后发生[27]。在高浓度有机碳与低浓度溶解氧的环微生物可以进行异养硝化作用与好氧反硝化作用，异养硝化作为生成 NO 或 N2O 等；好氧反硝化过程中伴随有氮气的释放。径与产物多样性和异养硝化作用、好氧反硝化作用的同时存在微生物硝化作用产物(NO2-和 NO3-)积累量偏低的原因。硝化菌报道，在 1886 年就有关于异养硝化细菌与异养硝化作用的报道ogradsky 不认可及抨击的影响，相关观点和理论之后很少有人涉道[28]。直至在 Quastel 和 Scholefield 以丙酮酸肪作为基质进行研亚硝酸盐的特异性硝化菌株[29]。经研究证实发现，目前在土壤水[33]、深海及火山口[34]等多处都有异养硝化微生物的存在，分

【参考文献】