一株中度嗜盐菌同步异养硝化好氧反硝化脱氮性质研究

摘要

氨氮是当前我国境内水体的主要污染物之一。我国“十二五”环境保护规划中将氨氮(NH4+-N)和氮氧化物(NOx)纳入污染物排放总量控制体系中。污废水及自然水体环境的氨氮降解净化处理的理论和技术研究及应用已成为环境污染监测治理的热点问题。目前氨氮污废水净化处理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。其中的同步异养硝化好氧反硝化(Simultaneous Heterotrophic Nitrification and AerobicDenitrification，SND，SND)脱氮是近年来较受关注的新技术，具有脱氮效率高;脱氮体系pH稳定;适合于含有机物的氨氮废水的脱氮处理;工艺操作简单、减少占地等优势，SND脱氮技术的研究及应用日益受到重视。某些中度嗜盐菌能够在环境渗透压胁迫下合成渗透压补偿溶质Ectoine（1，4，5，6-四氢-2-甲基-4-嘧啶羧酸，1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acid,Ectoine），而Ectoine能够维持细胞内外渗透压平衡，在极端逆环境中对酶、核酸、细胞具有保护作用。分离筛选能够被诱导合成Ectoine、同时能够以SDN方法脱氮的中度嗜盐菌，对于高盐和/或高浓度氨氮的污废水的净化处理具有重要的理论和实际意义。
　　本文从大连某盐场的盐池底泥中分离筛选出一株能够合成Ectoine、同时能够以SND方式脱氮的菌株B02。菌株B02经16S rDNA、形态、生理生化鉴定为Halomonas菌株，命名为Halomonas sp.B02。考察了Halomonas sp.B02的的生长特性，最适生长温度为30℃、最适培养基初始pH、最适培养基NaCl浓度为60 g/L。提取Halomonas sp.B02的粗酶液，考查了脱氮相关酶体外酶活性，其中亚硝酸盐还原酶活性最高，推测Halomonas sp.B02脱氮过程中有较少的亚硝酸盐积累，具有良好的脱氮能力。PCR扩增了Halomonas sp.B02的硝酸盐还原酶基因，测序结果翻译成氨基酸序列有完整的阅读框架。考察了Halomonas sp.B02的脱氮性质，最优脱氮有机碳源为丁二酸钠、最优脱氮DO（转速）为90 rpm、最优脱氮NaCl浓度为60g/L、最适脱氮C/N为5、最适脱氮初始(NH4)2SO4浓度为500 mg/L，表征了优化条件下Halomonas sp.B02的SND方式脱氮进程，168 h脱氮率达99.37％，并且脱氮过程中硝酸盐、亚硝酸盐浓度均≤0.98、0.23 mg/L。本文同时研究了基于Halomonas sp.B02分泌Ectoine对活性污泥处理含高浓度氨氮垃圾渗滤液脱氮的强化作用，与未添加Halomonas sp.B02的相比，将Halomonas sp.B02作为生物强化菌株添加至活性污泥中，垃圾渗滤液氨氮去除率提高了15.65％，达98.74％，同时COD、浊度去除率也有提高。基于Halomonas sp.B02合成并渗透压补偿溶质Ectoine的特性，该菌株的SND脱氮在高盐或高浓度氨氮的污废水净化处理中有较显著的优势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 环境氨氮污染

1．1．1 各类水体氨氮浓度标准及污染现状

1．1．2 氨氮污染来源

1．1．3 水体氮氮污染危害

1．2 污废水脱氮方法

1．2．1 物理脱氮法

1．2．2 化学脱氮法

1．2．3 微生物脱氮法

1．3 同步异养硝化好氧反硝化脱氮研究

1．3．1 同步异养硝化好氧反硝化方式脱氮菌株

1．3．2 同步异养硝化好氧反硝化脱氮机理

1．3．3 同步异养硝化好氧反硝化脱氮影响因素

1．3．4 同步异养硝化好氧反硝化脱氮应用研究

1．4 中度嗜盐菌及其脱氮研究

1．4．1 中度嗜盐菌及其渗透压补偿溶质

1．4．2 盐单胞菌脱氮研究

1．4．3 盐单胞菌脱氮相关酶和基因

1．5 研究目的意义及主要内容

第2章 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 菌株分离样品

2．1．2 菌株

2．1．3 活性污泥

2．1．4 垃圾渗滤液

2．1．5 试剂盒和试剂

2．1．6 培养基

2．1．7 仪器

2．2 实验方法

2．2．1 菌株活化及培养

2．2．2 SND脱氮

2．2．3 同步异养硝化好氧反硝化脱氮菌株的分离筛选

2．2．4 细菌扫描电镜

2．2．5 渗透压测定

2．2．6 Ectoine浓度测定

2．2．7 还原糖浓度测定

2．2．8 多糖浓度测定

2．2．9 蛋白质浓度测定

2．2．10 细胞氮浓度的测定

2．2．11 无机氮浓度测定

2．2．12 COD浓度测定

2．2．13 磷酸根浓度测定

2．2．14 浊度测定

2．2．15 色度测定

2．2．16 16S rDNA鉴定

2．2．17 硝酸盐还原酶基因克隆

2．2．18 脱氮酶的提取

2．2．19 脱氮酶活性测定

2．2．20 细菌革兰氏染色

2．2．21 细菌生理生化鉴定

第3章 耐盐性同步异养硝化好氧反硝化脱氮菌株的分离筛选及鉴定

3．1 实验材料

3．1．1 样品

3．1．2 菌株

3．1．3 试剂

3．1．4 培养基

3．2 实验方法

3．3 实验结果

3．3．1 同步异养硝化好氧反硝化脱氮菌株的分离筛选

3．3．2 菌株B02的分类鉴定

3．3．3 Halomonas sp．B02生长特性

3．4 本章小结

第4章 Halomonas sp．B02脱氮酶活测定及硝酸盐还原酶基因克隆

4．1 实验材料

4．1．1 菌株

4．1．2 试剂

4．1．3 培养基

4．2 实验方法

4．3 实验结果

4．3．1 Halomonas sp．B02脱氮酶研究

4．3．2 Halomonas sp．B02硝酸盐还原酶基因narH的克隆及结构分析

4．4 本章小结

第5章 Halomonas sp．B02脱氮性质表征

5．1 实验材料

5．1．1 菌株

5．1．2 试剂

5．1．3 培养基

5．2 实验方法

5．3 实验结果

5．3．1 有机碳源种类对Halomonas sp．B02脱氮影响

5．3．2 C／N对Halomonas sp．B02脱氮影响

5．3．3 DO对Halomonas sp．B02脱氮影响

5．3．4 NaCl浓度对Halomonas sp．B02脱氮影响

5．3．5 初始(NH4)2SO4浓度对Halomonas sp．B02脱氮影响

5．4 本章小结

第6章 Haloraonas sp．B02对活性污泥处理高氨氮垃圾渗滤液的强化作用研究

6．1 实验材料

6．1．1 菌株

6．1．2 试剂

6．1．3 垃圾渗滤液

6．1．4 培养基

6．2 实验方法

6．3 实验结果

6．3．1 垃圾渗滤液成分解析

6．3．2 Halomonas sp．B02对活性污泥脱氮的强化作用

6．3．3 Halomonas sp．B02对活性污泥脱氮强化作用的条件优化

6．3．4 Halomonas sp．B02对活性污泥强化的净化处理

6．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介