典型微污染水体微生物种群结构及贫营养好氧反硝化细菌脱氮性能研究

摘要

随着水库、湖泊和城市景观水体污染的日益加剧,城市供水水质标准的不断提高,景观水体微生物种群结构及微污染水体的生物处理越来越受到人们的关注。在课题组前期研究的基础上,本研究选取西安市区9个典型景观水体为研究对象,在分析水体水质指标基础上,运用巢式PCR-DGGE和克隆测序技术诊断景观水体细菌和真菌群落结构多样性。进一步从某水库沉积物筛分出的好氧反硝化细菌,并应用于微污染水体净化水质这一新型技术进行相关实验研究。探讨了采用直接投加高效好氧反硝化细菌净化水体这一过程中,菌株适应原水条件及实验控制条件等,从而使菌株能够最大效率发挥其脱氮功能。本研究的主要结果为:
　　(1)西安市区9个典型景观水体均为劣Ⅴ类水,在研究期间 pH值范围在8.5—9.5之间,水温在20—30℃之间,溶解氧浓度在8.0—10.5 mg/L之间。9个水体的总氮含量均大于2 mg/L。巢式PCR-DGGE图谱主成分分析(PCA)结果显示,莲湖公园、永阳公园和大明宫水体细菌种群相似度高,丰庆公园、新纪元公园、曲江池和革命公园水体细菌种群多样性相似,而兴庆湖水体细菌群落结构与其他水体差异显著。莲湖公园、永阳公园和大明宫水体细菌种群结构主要受水体硝氮、总氮和溶解氧含量的调控,其中硝氮含量影响显著。大明宫、莲湖公园、丰庆公园、新纪元公园和兴庆湖水体真菌种类高度相似,革命水体真菌群落结构与其他水体存在差异,种群受到总氮、硝氮和氨氮的综合调控。茎点霉属(Phoma sp.)为革命公园水体中优势真菌。可见,西安市典型景观水体悬浮细菌和真菌群落结构特征受到不同水质指标的综合调控。
　　(2)本实验2012年11月至2013年3月从山东省某水库沉积物中筛选驯化337株好氧反硝化细菌。选取脱氮效果较好且形态不同的8株菌作为实验菌株。在纯培养条件下这8株菌48h内硝氮去除率均大于70％,其中2株菌48h硝氮去除率可达到90%以上;48h内总氮去除率最高可达到62%。根据脱氮特性的不同对8株菌进行复配,并在纯培养条件下挑选了脱氮效率较高的F3及F6复配组合作为原水试验的菌种。
　　(3)根据实验可行性、脱氮效果的好坏及用时的长短进行比较,结果认为适应方法四(灭菌原水五步替换适应法)及方法五(未灭菌原水五步适应法)都是原水适应中较好的方法。菌株通过两种适应方法在原水中可达到40%的硝氮去除率。
　　(4)通过四次原水试验,得到以下结果:筛选出的菌株及复配组合在原水试验中效果较好的为F6复配组合和D7菌株,其次为F3复配组合、D3&D7复配组合和 D3菌株。投菌量的计算采用平板计数法确定细菌个数后确定投菌量。较好的的原水实验中的投菌量约为105 CFU。相对于空白对照组,脱氮效果可达到总氮去除率40%,硝氮去除率可达到58%,且没有亚硝氮积累,去除效果稳定。
　　(5)通过分析原水试验中的控制条件可得到:在原水试验中温度不控制,室温状态下可得到较好的脱氮效果;溶解氧3-5mg/L时脱氮效果较好,但与其他溶解氧浓度下脱氮效果的区别不大;搅拌混合作用是影响脱氮效果的重要因素。

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1 绪论

1.1我国地表水源水及景观水现状

1.2 景观水体微生物群落多样性研究

1.3 水源水体污染现状

1.4 研究背景及意义及研究内容

2 西安市典型景观水体水质与微生物种群

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 讨论

2.4 本章小结

3 贫营养好氧反硝化细菌在目的原水中适应过程的研究

3.1 实验材料

3.2 实验方法

3.3 菌种筛选及复配结果及讨论

3.4 菌种原水适应方法及讨论

3.5 本章小结

4 好氧反硝化细菌修复微污染水体的小试试验

4.1 实验方法

4.2 四批原水小试实验结果

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果