芽孢杆菌Bacillus sp.K5脱氮性能和相应机理探究

论文摘要

近年来,随着工业、农业和养殖业的迅速发展,水体中的含氮物质不断累积升高,严重破环自然环境和威胁人体健康,因此“如何有效脱除水体中的含氮物质”这一课题受到越来越广泛的关注。本研究以大型生物反应器中分离得到的芽孢杆菌K5（Bacillus sp.K5）为实验菌株,探究了该菌株脱氮性能,并对其脱氮途径进行初步揭示。最后,将芽孢杆菌K5包埋成海藻酸钠-活性炭固定化小球处理含氮废水,以期为芽孢杆菌K5的实际废水治理应用打下坚实的理论基础。本研究得到如下结果:首先,通过探究碳源、C/N比、氮源初始浓度和pH等因素对芽孢杆菌K5脱氮效率的影响,对其脱氮效率进行评价。结果表明:（1）K5菌株在脱氮过程中几乎不累积亚硝酸盐或产生硝酸盐,说明其具有良好的实际应用前景;（2）K5菌株在脱氮过程中,柠檬酸钠为最适碳源,而最适C/N比和最适pH分别为15和7.5,并能完全消耗较高浓度的氨氮（87 mg/L）或亚硝氮（60 mg/L）,说明该菌株具有较强的硝化和反硝化性能。其次,通过15N标记的同位素示踪实验检测到芽孢杆菌K5在脱氮过程中产生了同步硝化反硝化过程中的重要中间产物羟胺和亚硝酸盐。接着,通过分离纯化的方法从K5菌株中分离得到了同步硝化反硝化过程中的关键酶（羟胺氧化酶和亚硝酸还原酶）,分子量大小分别为71.8 KDa和47 KDa。依据同位素和酶学性质分析,推测出K5菌株存在的脱氮途径为:氨氮在氨单加氧酶的作用下形成羟胺,再通过羟胺氧化酶形成亚硝酸盐,接着又在亚硝酸还原酶作用下逐步生成气态产物。最后,将芽孢杆菌K5制作成为海藻酸钠-活性炭固定化小球,探究固定化K5处理实际猪舍废水（RPW）和亚硝氮模拟废水的间歇和连续脱除能力。在固定床中172.46 mg/L氨氮和210 mg/L总氮能被连续脱除,且脱除效率一直保持90%以上;而且以固定化K5为填料的固定化生物反应器还能处理高浓度人工亚硝氮废水,其中最高可达95.85 mg/L的亚硝氮也能被完全去除,说明固定化芽孢杆菌K5具有良好的含氮废水的处理应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 活性氮的来源及危害
•   1.2 脱氮技术概述
•     1.2.1 化学物理法
•     1.2.2 生物脱氮
•   1.3 微生物固定化技术在废水脱氮处理技术
•     1.3.1 微生物固定化技术概述
•     1.3.2 微生物固定化方法分类
•     1.3.3 包埋微生物技术概述
•     1.3.4 微生物固定化技术在废水脱氮处理中的应用
•   1.4 研究内容与意义
• 第二章 芽孢杆菌K5脱氮性能研究
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 实验试剂
•     2.1.2 实验仪器
•     2.1.3 培养基配方
•   2.2 实验方法与内容
•     2.2.1 研究内容
•     2.2.2 检测项目与方法
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 氨氮标准曲线
•     2.3.2 亚硝氮标准曲线
•     2.3.3 硝态氮标准曲线
•     2.3.4 芽孢杆菌K5 脱氮性能初测
•     2.3.5 不同碳源对芽孢杆菌K5 硝化能力的影响
•     2.3.6 不同C/N比对芽孢杆菌K5 硝化能力的影响
•     2.3.7 不同pH对芽孢杆菌K5 硝化能力的影响
•     2.3.8 不同初始氮源浓度对芽孢杆菌K5 反硝化能力的影响
•     2.3.9 不同碳源对芽孢杆菌K5 反硝化能力的影响
•     2.3.10 不同pH对芽孢杆菌K5 反硝化能力的影响
•   2.4 本章小结
• 第三章 芽孢杆菌K5脱氮机理初步探究
•   3.1 实验材料
•     3.1.1 实验试剂
•     3.1.2 实验仪器
•     3.1.3 培养基配方
•   3.2 实验方法与内容
•     3.2.1 实验内容
•     3.2.2 同位素示踪实验
•     3.2.3 芽孢杆菌K5 中羟胺氧化酶的分离纯化和酶学性质研究
•     3.2.4 芽孢杆菌K5 中亚硝酸还原酶的分离纯化和酶学性质研究
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 同位素示踪实验
•     3.3.2 芽孢杆菌K5 中羟胺氧化酶的分离纯化和酶学性质研究
•     3.3.3 芽孢杆菌K5中亚硝酸还原酶的分离纯化和酶学性质研究
•     3.3.4 芽孢杆菌 K5 脱氮途径
•   3.4 本章小结
• 第四章 包埋固定化芽孢杆菌K5处理含氮废水
•   4.1 实验材料
•     4.1.1 含氮废水
•     4.1.2 实验试剂
•     4.1.3 实验仪器
•     4.1.4 固定床装置
•   4.2 实验方法与内容
•     4.2.1 实验思路
•     4.2.2 固定化小球制作方法
•     4.2.3 固定化小球性能评价实验
•     4.2.4 固定化小球摇瓶脱氮实验
•     4.2.5 固定化小球固定床连续脱氮实验
•     4.2.6 检测项目和方法
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 固定化小球性能评价实验
•     4.3.2 脱氮实验测定参数标准曲线构建结果
•     4.3.3 海藻酸钠-活性炭-芽孢杆菌K5 固定化小球摇瓶脱氮实验
•     4.3.4 海藻酸钠-活性炭-芽孢杆菌K5 固定化小球固定床脱氮实验
•   4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的学术论文与研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 林而舒

导师: 杨云龙

关键词: 脱氮,固定床,固定化,羟胺氧化酶,亚硝酸还原酶

来源: 福建农林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 福建农林大学

分类号: X703;X172

总页数: 79

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