渗透压补偿溶质对同步硝化反硝化脱氮细菌的抗逆协助研究

发布时间：2019-01-21 08:30

【摘要】：氨氮是水体主要污染物之一。氨氮污染已成为严峻的环境及社会问题。目前治理废水氨氮污染的技术方法主要有物理法、化学法和生物法。生物法具有操作简单、无二次污染、成本低等优势。其中同步异养硝化好氧反硝化(SND)脱氮是指在同一反应器相同操作条件下异养硝化和好氧反硝化反应同步进行的脱氮技术。SND脱氮因具有脱氮效率高、体系pH稳定、适合处理含有机物的氨氮废水、工艺操作简单等优点,成为了生物法脱氮的研究热点。SND脱氮尽管具有许多显著优势,然而对于高盐、高氨氮和极端pH条件等逆环境下的氨氮废水处理也会受到很大程度的限制,原因在于逆环境可抑制某些SND脱氮菌株的正常生长和代谢活性,导致菌株脱氮能力降低甚至丧失。许多工农业废水通常具有高氨氮和高NaCl浓度等特点,大多数SND脱氮菌株会因抗性不足生长受限,脱氮效率降低。渗透压补偿溶质是某些嗜盐微生物在应答高渗透压胁迫时细胞合成的有机小分子溶质,其作用是帮助细胞维持内外渗透压平衡,同时又不妨碍细胞正常的代谢活动。四氧嘧啶Ectoine(1,4,5,6-四氢-2-甲基-4-嘧啶酸,1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acid,Ectoine)是某些中度嗜盐菌中普遍存在的渗透压补偿溶质,能够赋予微生物细胞耐盐性,使细胞在高盐环境下可以保持内外渗透压平衡,从而抵抗高渗透压环境。Ectoine还可作为生物体内酶、核酸、细胞膜乃至整个细胞的保护剂和稳定剂,协助细胞抵抗极端环境。SND菌株在吸收Ectoine后可获得抗逆性,从而提高对逆环境下氨氮废水的脱氮效率。基于Ectoine所具有的对细胞的抗逆赋予特性,考察其对SND脱氮菌株的抗逆协助作用,对逆环境下高氨氮废水的净化处理具有重要意义。本文从大连某污水处理厂曝气池底泥中分离筛选出一株能够以SND方式脱氮的菌株P07。菌株P07经16S rDNA和形态鉴定为Pseudomonas菌,命名为Pseudomonas sp.P07。考察了Pseudomonas sp.P07的生长特性,最适生长碳源为谷氨酸钠、碳源浓度为15 g/L、初始pH为7、Pseudomonas sp.P07为非耐盐菌。考察了Pseudomonassp.P07 SND脱氮的影响因素,脱氮最适有机碳源为柠檬酸三钠、脱氮最佳供氧强度和NaCl浓度分别为30 mL/300 mL三角瓶和0,脱氮最优C/N和初始pH值为5和8。表征了优化条件下Pseudomonas sp.P07的SND方式脱氮进程,经过120 h的处理,NH4+-N浓度从2000 mg/L降解到146.3 mg/L,脱氮率达到91.9%。本文进一步研究了在极端环境下不同渗透压补偿溶质对Pseudomonas sp.P07的抗逆协助作用,当添加Ectoine作为抗逆助剂时菌株脱氮率最高,达到了 47.3%,且较低浓度(50 mg/L)的 Ectoine 即可对Pseudomonas sp.P07 SND脱氮起到显著的抗逆协助作用。此外,本文还考察了在不同浓度NaCl、高氨氮和不同pH条件下Ectoine对Pseudomonas sp.P07 SND脱氮的抗逆协助作用,当NaCl浓度在15～30 g/L范围内时,添加Ectoine可有效缓解高浓度NaCl对菌株的胁迫作用,Pseudomonas sp.P07 SND脱氮率达到了无NaCl胁迫时的水平;当NH4+-N浓度为1000～2500 mg/L时,Ectoine对菌株SND脱氮的抗逆协助效果最佳,脱氮率平均提高了约20%;Ectoine对pH条件为6～8范围内菌株P07 SND脱氮有较强的抗逆协助作用,尤其当pH为6时菌株Pseudomonas sp.P07脱氮率与未添加Ectoine的对照相比提高了 29.4%,因此,在实际应用中可针对性地用于处理NaCl浓度在15～30 g/L、NH4+-N浓度为1000～2500 mg/L、pH为6～8范围内的高氨氮废水。最后,本文将Pseudomonas sp.P07 与 Ectoine 分泌型菌株 Halomonas sp.B01组合应用于模拟高盐高氨氮废水的脱氮处理,模拟废水在经过组合菌120 h的脱氮处理后NH4+-N浓度从475.2 mg/L降解至140.8 mg/L,脱氮率达到70.2%,并且在整个脱氮过程中并无硝酸盐和亚硝酸盐的积累。
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【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

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本文编号：2412482