贫营养好氧反硝化菌的筛选、鉴定及脱氮性能研究

摘要

氮素是造成水体富营养化的主要原因之一,是水体中主要的污染物。去除氮素污染的方法有物化方法和生物方法,生物脱氮以其经济有效、无二次污染等优点成为研究热点。本文深入探讨了好氧反硝化菌的筛选方法,并对筛选得高效好氧反硝化菌进行扫描电镜和16S rRNA分子鉴定,讨论了环境因子对其脱氮效果的影响,并将优势菌组合后投入微污染原水进行小试分析。主要研究结论包括:
　　(1)采集山东枣庄某水库沉积物,通过逐渐降低培养基中乙酸钠和硝酸钠的含量,驯化沉积物中的好氧反硝化细菌,经过分离、纯化,得到菌落特征一致的单株菌落,共分离纯化得到412株贫营养好氧反硝化菌。在纯培养条件下,对412株好氧反硝化细菌分别进行脱氮分析,经过6天培养,硝酸盐氮和亚硝酸盐氮之和去除率达60％以上的共有21株好氧反硝化细菌,选取其中3株高效菌(硝酸盐氮和亚硝酸盐氮之和去除率70%以上,总氮去除率40%以上)ZN1、ZN2和 ZN3作为进一步开展研究的菌源。
　　(2)革兰氏染色结果表明:3株优势菌 ZN1、ZN2和 ZN3均为阴性(G-);进一步的扫描电镜结果显示3株菌均属于杆状菌,其中 ZN1有凹陷,ZN2呈花生状,ZN2与ZN3均比较饱满。采用分子生物学方法对3株菌进行16S rRNA序列测定,所得序列与 GENBANK基因库中对比结果显示ZN1和ZN3属于铁还原细菌(Iron-reducing bacterium),ZN2属于粘液菌属(Zoogloea sp.)。3株优势菌16S rRNA序列与已报道的好氧反硝化细菌进行系统发育分析,表明3株菌与已报道的好氧反硝化菌具有良好的同源性。关键酶基因检测表明3株菌均含有周质硝酸盐还原酶基因(napA),在好氧条件下,周质硝酸盐还原酶将硝酸盐还原为氮气,实现了好氧反硝化。
　　(3)在纯培养条件下,菌株ZN1、ZN2和 ZN3在选择性好氧反硝化培养基中,于30℃,120r/min培养47h后,硝氮去除率均达到80%以上,总氮去除率均达到40%以上。对影响菌株 ZN2脱氮效果的环境因子研究得出,最佳碳氮比为12/1,最佳初始 pH值为7,最佳接种量为1.0%,最适温度为30℃。同时表明, ZN2菌株具有较好的硝化特性,也可以以亚硝氮为氮源进行好氧反硝化作用。
　　(4)取某水库原水,将ZN1、ZN2和ZN3菌株分别进行原水适应,逐渐改变培养基和原水的比例,使3株优势菌逐渐适应原水环境。将适应后的菌株按不同的投加量投加入原水中进行小试,结果表明,运行40d后,投加量为100ppm时,总氮和硝氮的去除率均为最高,总氮去除率可达45%左右,硝氮去除率可达65%左右。该结果为贫营养好氧反硝化细菌在微污染水源水水体生物修复工程应用方面提供科学依据。

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1 绪论

1.1 我国地表水环境现状

1.2 水源水中氮素污染现状及去除方法

1.3 生物脱氮工艺

1.4 好氧反硝化细菌的研究

1.5 课题的研究背景、意义及内容

1.6 研究技术路线

2 贫营养好氧反硝化菌的富集和筛选

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小节

3 贫营养好氧反硝化菌的鉴定

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 结果与分析

3.4 本章小节

4 贫营养好氧反硝化菌的反硝化特性研究

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.3 结果与分析

4.4 本章小节

5 生物菌群净化微污染水体的小试实验研究

5.1 实验材料

5.2 实验方法

5.3 结果与分析

5.4 本章小节

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文创新之处

6.3 需要进一步研究的问题

致谢

参考文献

在研期间研究成果

附 录