一株异养硝化-好氧反硝化菌Ochrobactrum anthropi LJ81的分离鉴定及脱氮性能研究

发布时间：2020-11-02 10:48

　　 氮素污染广泛存在于各类水体中,尤其是市政废水和工业废水,已成为目前亟待解决的环境问题。传统的生物脱氮工艺存在占地面积大、污泥处置困难以及潜在N_2O释放等缺点,而异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)细菌的发现为生物脱氮法提供了新思路和新方向。这类细菌不仅能高效脱氮除碳,而且能实现同步硝化反硝化(SND)。本研究以HN-AD菌为研究对象,探究其生长特性和脱氮性能,并构建生物强化的单级曝气生物滤池(BAF),实现了氨氮的高效去除。本课题从活性污泥中筛选出具有高效脱氮的HN-AD菌株LJ81,对其进行了16S rRNA鉴定和构建系统发育进化树;考察了菌株LJ81的形态学,并对其好氧反硝化酶系进行了表征;采用单因素试验探讨该菌株在不同条件下的生长和脱氮特性,阐明了菌株LJ81的脱氮机理,并构建了生长和脱氮动力学模型;以菌株LJ81对单级BAF进行了生物强化,评估了其实现SND的可行性。得到以下结论:(1)采用间歇曝气法和选择培养基法联用能快速富集好氧反硝化细菌。对菌株LJ81进行16S rRNA基因序列测序及Blast同源性分析和构建系统发育进化树,结果表明其与Ochrobactrum anthropi具有100%的同源相似性,确定为人苍白杆菌。采用特定引物扩增好氧反硝化酶的基因,表征结果表明O.anthropi LJ81具备表达Cu型Nir,血红素型Nir,Nor和Nos的nirK,nirS,cnorB和nosZ四种基因。其中,nirS和nosZ共存表明O.anthropi LJ81能进行完全反硝化且积累N_2O;nirK和nir S共存表明O.anthropi LJ81在HN-AD过程中不会产生亚硝酸盐积累。(2)O.anthropi LJ81能够在较宽的pH(5-9)范围内具有良好的HN-AD性能,在较高溶解氧(DO=6.08 mg L~(-1))条件和C/N20的较高浓度有机碳源条件下生长和脱氮能力最好。此外,该菌株能高效利用三种无机氮(氨氮、亚硝态氮和硝态氮)作为唯一氮源,去除速率分别为3.846,4.12和4.16 mg-N L~(-1) h~(-1)。(3)O.anthropi LJ81具备良好的HN-AD性能,能实现SND功能,同时硝化作用先于反硝化作用,且不会产生亚硝态氮的积累。O.anthropi LJ81的脱氮过程主要遵循全程硝化-反硝化,并推测也存在短程硝化-反硝化的过程。此外,通过耦合O.anthropi LJ81的生长动力学和脱氮动力学获得的基质利用动力学模型在所有条件下均适用,且相关性极强。(4)采用O.anthropi LJ81对单级BAF进行生物强化,生物强化后的COD,TIN和氨氮平均去除率分别提高了8.2%,50.9%和9.0%,脱氮性能得到了极大的提高,实现了SND功能。为实际开发HN-AD细菌强化单级BAF建立了可靠的实验基础,为实现生物反应器的SND功能提供了理论依据。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：

从《中国统计年鉴》资源与环境部分摘取了近年来的水资源和供水及用水使用情况[1]，如图 1-1A 所示。我国水资源丰富，淡水资源总量为 28000 亿 m3，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位。然而，我国也是一个全球人均水资源最贫乏的国家之一，人均水资源量只有 2000m3左右，仅为世界平均水平的 1/4。同时，中国又是世界上用水量最多的国家，大约占世界年取用量的 13%[2]。目前，全世界有 1/6 人口暴露于不卫生的饮用水，每年有 500 万人死于不健康用水[3]。我国近年来废水及污染物排放情况图 1-1B 所示，可知我国的废水排放量在 2015 年前持续升高，而废水中主要的污染物（COD，氨氮和总氮）的排放量略微下降。自 2015年，国务院印发《水污染防治行动计划》以后，可见 2016 年和 2017 年的废水排放量有所降低，污染物排放量有了明显的降低，足见国家对治理含氮废水的决心。站在新的起点，面对新的要求，为实现高效经济的治理含氮废水，迫使我国对含氮废水技术的优化和革新[4]。

1g 氨氮氧化成亚硝态氮消耗 3.43g 氧气，氧化造成水体中溶解氧浓度降低，水体就会出现氧超过 10 mg L-1的水，会诱发高铁血红蛋白症三致”物质——亚硝胺。此外，氨氮在给水消毒氯胺，氯胺的消毒作用比自由氯小，用氯量增大艺研究现状艺性污泥中存在着诸多潜在的氮素转化过程（图6-7]，分别为全程硝化-反硝化（Complete nitrificartialnitrification-denitrification）和厌氧氨氧化（ox）。

图 1-3 同步硝化反硝化的作用机制：微环境理论（A）和微生物学理论（B）Fig. 1-3 The mechanism of simultaneous nitrification and denitrification: Micro-environmental theory (A) and biology theory (B)20 世纪 80 年代 Robertson 等[35]在脱氮除硫的系统中首次筛选出能够进行好氧反硝化的脱氮副球菌 Paracoccus pantotrophus。研究者陆续发现了许多好氧反硝化细菌，而这些细菌大多也具备异养硝化的功能，称为异养硝化-好氧反硝化（HN-AD），这为实现
【参考文献】

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本文编号：2866948