高效反硝化细菌的富集与固定化应用研究

论文摘要

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（NO3--N）为主,高浓度的NO3--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NO3--N,而生物技术处理地表水NO3--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NO3--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(C6H12O6)和乙酸钠（CH3COONa）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（P<0.05）。经过富集后,C6H12O6和CH3COONa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。C6H12O6系统中亚硝氮（NO2--N）和氨氮（NH4+-N）的积累情况明显高于CH3COONa系统（P<0.05）。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CH3COONa为富集高效反硝化细菌的最优碳源。此外,C6H12O6作为碳源有助于nirS基因的表达,CH3COONa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%,NO3--N去除率分别提高了2.44%、5.05%和19.72%,NO2--N和NH4+-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NO3--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NO3--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NO3--N的去除与UnclassifiedfEnterobacteriaceae、Raoultella和Thermomonas相对丰度的变化有关,而NO2--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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 反硝化细菌富集研究进展
•     1.2.1 反硝化细菌的种类
•     1.2.2 反硝化细菌作用机制
•     1.2.3 反硝化细菌富集的研究进展
•   1.3 固定化技术处理地表水硝态氮污染研究进展
•     1.3.1 固定化技术的概念
•     1.3.2 固定化载体材料的研究进展
•     1.3.3 固定化细菌处理地表水硝态氮污染的研究进展
•   1.4 主要研究内容及意义
•     1.4.1 主要研究内容
•     1.4.2 研究意义
• 第二章 不同碳源对高效反硝化细菌的富集效果影响
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 实验材料
•     2.1.2 实验方法
•     2.1.3 分析方法
•   2.2 结果与讨论
•     2.2.1 不同碳源对反硝化细菌的脱氮性能影响
•     2.2.2 不同碳源对反硝化细菌潜力的影响
•     2.2.3 不同碳源对细菌群落结构的影响
•     2.2.4 不同碳源对反硝化细菌的功能基因表达影响
•   2.3 小结
• 第三章 高效反硝化细菌固定化效能研究
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 实验材料
•     3.1.2 微生物固定化方法
•     3.1.3 固定化高效反硝化细菌实验
•     3.1.4 稳定性实验
•     3.1.5 循环利用实验
•     3.1.6 分析方法
•   3.2 结果与讨论
•     3.2.1 固定化载体状态的表征
•     3.2.2 载体固定化速度对比
•     3.2.3 不同固定化载体对高效反硝化细菌的影响
•     3.2.4 固定化载体对环境因子的稳定性分析
•     3.2.5 固定化载体的循环利用性分析
•   3.3 小结
• 第四章 固定化高效反硝化细菌的地表水脱氮适应性研究
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 实验材料
•     4.1.2 实验方法
•     4.1.3 分析方法
•   4.2 结果与讨论
•     4.2.1 固定化高效反硝化细菌的微生物量和活性变化
•     4.2.2 固定化高效反硝化细菌的脱氮性能变化
•     4.2.3 微生物群落结构的变化
•   4.3 小结
• 第五章 主要结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周梦娟

导师: 缪恒锋

关键词: 反硝化细菌,碳源,固定化,去除效果,地表水

来源: 江南大学

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

单位: 江南大学

分类号: X172

总页数: 61

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