高效反硝化细菌的富集与固定化应用研究

发布时间：2020-10-09 13:36

　　近年来,由于矿石燃料的大量燃烧和工业废水、生活污水的过度排放,水体中的总氮(TN)浓度不断增加,导致水体的氮污染程度日益加剧。地表水中TN以硝态氮(NO_3~--N)为主,高浓度的NO_3~--N不仅对水生生态系统产生负面影响,还可威胁人体的健康。物化技术并不能有效降低地表水中NO_3~--N,而生物技术处理地表水NO_3~--N污染不仅操作简单、见效快,同时还能简化处理工艺,减少投资成本。因此,本课题探讨不同碳源对高效反硝化细菌的富集效果影响,并对比不同载体固定化高效反硝化细菌的处理效果,筛选固定化高效反硝化细菌的最适载体,并将载体固定化后的高效反硝化细菌应用于地表水NO_3~--N处理中,探究高效反硝化细菌在应用过程中的高效性和稳定性。主要研究结果如下:(1)在连续流反硝化反应器中,分别投加葡萄糖(C_6H_(12)O_6)和乙酸钠(CH_3COONa)作为碳源富集反硝化细菌,结果发现:不同碳源对高效反硝化细菌的富集有着明显的影响(P0.05)。经过富集后,C_6H_(12)O_6和CH_3COONa系统中的反硝化速率分别为8.56 mg N/(g VSS·h)和11.26 mg N/(g VSS·h),是初始样本的2.09倍和2.75倍。C_6H_(12)O_6系统中亚硝氮(NO_2~--N)和氨氮(NH_4~+-N)的积累情况明显高于CH_3COONa系统(P0.05)。富集培养后微生物多样性有所下降,碳源的种类影响着微生物群落组成及相对丰度的大小。较高丰度的Pseudomonas和Thauera证实CH_3COONa为富集高效反硝化细菌的最优碳源。此外,C_6H_(12)O_6作为碳源有助于nirS基因的表达,CH_3COONa作为碳源有助于nirK基因的表达。(2)通过比较聚苯乙烯泡沫(PS)、聚乙烯醇小球(PVA)和菌丝球(MPs)三种载体固定化高效反硝化细菌的性能得出:高效反硝化细菌经过PS、PVA和MPs载体固定化后,生物量(VSS)较游离菌分别提高了0.12 g/L、0.21 g/L和0.41 g/L,细胞的死亡率分别降低了5.00%、7.70%和13.65%,NO_3~--N去除率分别提高了2.44%、5.05%和19.72%,NO_2~--N和NH_4~+-N的积累现象得到有效地缓解,TN去除率分别提高了2.75%、11.87%和24.78%。PVA载体致密的结构有利于抵抗低温,但在高转速和碱性条件下易破碎。MPs载体在环境因子的扰动下仍能保持结构稳定性和良好的脱氮效果,且交叉结构有利于多次再利用,是固定化高效反硝化细菌的最适载体。(3)高效反硝化细菌经过MPs载体固定化后,能有效处理地表水的NO_3~--N污染。在30℃、15℃和4℃条件下,MPs载体可有效截留VSS和维持微生物活性,使得MPs载体固定化高效反硝化细菌系统的NO_3~--N去除率比游离菌系统分别提高31.82%、36.02%和37.30%,TN去除率分别提高48.25%、21.90%和23.63%。此外,MPs载体固定高效反硝化细菌后,系统中的VSS和细胞活性较游离菌系统有明显地提高,且受温度的影响变化较少。微生物多样性随着温度的下降呈先上升后下降的趋势,在15℃达到最大多样性。系统NO_3~--N的去除与Unclassified_f_Enterobacteriaceae、Raoultella和Thermomonas相对丰度的变化有关,而NO_2~--N的积累程度与系统中Chryseobacterium和Rhizobium有关。Zoogloeas、Simplicispira、Flavobacterium、Dechloromonas和Acidaminobacter相对丰度的变化是系统对温度变化作出地适应性调整。
【学位单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X172
【部分图文】：

反硝化细菌,机制,不动杆菌属,土壤杆菌

netobacte 不动杆菌属垃圾填埋场滤液底泥bacterium 土壤杆菌属活性污泥化细菌作用机制化作用是指在兼性厌氧条件下，反硝化细菌利用 NO3--N 作为电子受体，最终还原成 N2的过程。主要的反应过程如图 1-1 所示：

技术路线图,反硝化细菌,载体,固定化

（1）不同碳源对高效反硝化细菌的富集效果影响本实验以污水处理厂的活性污泥为菌种来源，通过向连续流反硝化反应器中投源，比较两种碳源对高效反硝化细菌在富集过程中的脱氮性能、底物降解速率构和功能基因表达的影响，从而为高效反硝化细菌的富集提供理论依据。（2）高效反硝化细菌固定化效能研究本实验采用聚苯乙烯泡沫载体（PS 载体）、PVA 载体和 MPs 载体三种载体对化细菌进行固定化的摇瓶实验，比较不同固定化载体对高效反硝化细菌的脱氮。此外，通过环境因子干扰实验（pH、温度和转速）和循环次数实验，考察载性和循环利用能力，从系统的脱氮性能、稳定性和再利用综合评价各载体的固，确定高效反硝化细菌的最适固定化载体。（3）固定化高效反硝化细菌的的地表水适应性研究本实验针对地表水中 NO3--N 处理问题，将最适载体和高效反硝化细菌相结合C/N，并模拟季节性温度变化，探讨生物固定化系统在温度变化下的反硝化效能变过高通量测序技术探究生物群落结构的变化，并揭示其变化原因，以期实现地3--N 污染快速去除的目标，从而为全面消除地表水 NO3--N 污染奠定基础。

连续流,反硝化反应,网盘

江南大学硕士学位论文璃网盘（孔径 2 mm），出水口 1 处放置折流板，以减液主要成分如表 2-1 所示。在 2 个连续流反硝化反碳源以 C6H12O6和 CH3COONa 形式补充，系统中 mg/L 和 1298.00 mg/L。CODcr/NO3--N（浓度比）为行（包括细菌的生长）。此外，系统进水浓度：NHP＜1 mg/L。实验采用连续进水的方式，控制水力.5。

【相似文献】