海洋异养硝化-好氧反硝化菌同步脱氮除碳特性

摘要

本研究所用菌种是从胶州湾海底沉积物中成功分离筛选出的三株具有高效脱氮效果的异养硝化-好氧反硝化细菌，分别命名y3、y5和y6，经形态、生理生化特性和16SrRNA基因序列分析，鉴定y3为假单胞菌属（Pseudomonas sp.）。y5和y6属于克雷伯氏菌属（Klebsiella.sp），
　　考察了碳源、pH以及C/N对y6菌株生长和降解特性的影响，确定各自的最佳降解条件。研究发现，菌株y6能够利用乙酸钠、丁二酸钠、柠檬酸三钠、葡萄糖和蔗糖进行异养硝化和好氧反硝化作用，其中最佳碳源为柠檬酸三钠。最适宜pH值为7.0，最适C/N为17。
　　菌株y6在以NH4Cl、KNO3、NaNO2的单一氮源和按不同比例的混合氮源中均能进行异养硝化-好氧反硝化反应。在以NH4Cl、KNO3和NaNO2为唯一氮源的系统中，NH4+-N、NO2--N和NO3--N的去除率分别为99.67%、100%和99.20%，COD去除率分别为82.17%、95.75%和97.83%。硝化过程中NO2--N和NO3--N的累积量微小，推测菌株y6的具有特殊的氨氮硝化途径。在混合反应系统内，菌株y6首先利用NO3--N进行好氧反硝化作用，然后在进行NH4+-N、NO2--N和COD的同步降解，NO3--N:NO2--N分别为1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系统中，NO3--N的去除率均为100%,NO2--N的去除率分别为:99.64%、99.71%、99.76%、99.67%、99.12%，COD的去除率分别为95.71%、90.37%、85.34%、84.79%、83.93%, NH4+-N:NO3--N分别为1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系统中NO3--N的去除率均为100%; NH4+-N的去除率分别为:100%、100%、100%、91.97%、91.93%, COD的去除率分别为90.22%、87.94%、79.18%、74.18%和73.49%, NH4+-N:NO2--N分别为1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系统中,除了1:3混合系统NO2-_N的去除率为99.47%,其余系统中NO2--N的去除率均为100%，NH4+-N的去除率分别为:88.00%、84.17%、84.63%、97.93%、94.21%, COD的去除率分别为83.89%、85.77%、88.62%、82.31%和82.07%，NH4+-N、NO3--N和NO2--N以1:1:1的比例混合的HN-AD系统中，NH4+-N的去除率为86.81%，NO3--N和NO2--N的去除率均为100%，COD的去除率为92.91%。
　　本实验将三株异养硝化-好氧反硝化菌进行扩培养后，分别放入3个相同的生物滤器中，研究三种菌株在SBR反应器中对海洋水产养殖废水的处理效果、处理过程中微生物的变化和菌株在反应器长期运行中的稳定性等。首先，将三株菌进行生物强化，然后在 SBR反应器中处理模拟的海洋水产养殖废水，进水NH4+-N浓度在50～60mg/L，COD浓度在600～700mg/L。三菌株经过前期适应后进入了稳定期，y3在70天和140天左右、y5在105天、y6在122天时去除率下降，经过排泥后反应系统逐渐恢复，氨氮去除率y3强于y6强于y5，稳定性y6强于y5强于y3。稳定期y3、y5和y6的氨氮去除率大约分别在92%、88%和90%，排泥后氨氮去除率有所下降，三株菌的COD相差不大，在90%附近。y3、y5和y6的周期内曝气反应时间分别为5h、3h和4h，脱氮除碳同步进行，降解速率最快分别在中期、前期和中后期。NRR大约在0.26kg.(m3.d)-1、0.4kg.(m3.d)-1和0.32kg.(m3.d)-1，ORR分别为2.7kg.(m3.d)-1、4.8kg.(m3.d)-1和3.6kg.(m3.d)-1。三菌株污泥菌胶团形成都有一个从松散到凝聚的过程。污泥浓度增量y6大于y3大于y5，分别为6.1g/L、4.7g/L、7.6g/L，污泥沉降性能y3和y6相差不大，y5较差一些。SBR反应器运行过程中y3先变黑，然后是y5，最后是y6，反应器由最初的乳白色变为黄褐色最后变为黑色。显微镜下观察发现草履虫等原生动物，对促进絮凝有积极作用。

目录

第一章 综述

1.1 水产养殖

1.2异养硝化-好氧反硝化研究进展

1.3生物强化技术

1.4 研究现状

1.5 本论文研究的目的和意义

1.6 本论文的主要研究内容

第二章 实验材料和方法

2.1 实验材料

2.2 y6锥形瓶实验方法

2.3 SBR反应器实验方法

2.4 分析方法

第三章 菌株y6 形态、生理生化和同步脱氮除碳研究

3.1菌株形态特征与生理生化鉴定

3.2 16S rRNA基因序列和系统发育分析

3.3菌株y6脱氮过程中生长因素的研究

3.4单一氮源中y6脱氮特性研究

3.5混合氮源中y6脱氮特性研究

3.6 讨论

3.7本章小结

第四章 模拟海洋水产养殖废水在SBR系统氨氮转化的研究

4.1海洋养殖废水在SBR中脱氮性能的研究

4.2 周期内高盐养殖废水在SBR中脱氮性能的研究

4.3 SBR污泥性状和细菌数量

4.4硝化反应关键基因amoA的克隆

4.5 SBR反应器外部和微生物观察

4.6 讨论

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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