低温冲击对异养硝化—好氧反硝化菌HN-02的影响研究

摘要

硝化细菌最适生长温度为25～30℃，对温度非常敏感。一旦温度下降低于10℃，硝化细菌会进入休眠状态，低于4℃时，则基本丧失新陈代谢能力，而我国北方大部分地区长年处于低温条件下，平均温度在5℃左右，导致低温污水深度处理难以达标。
　　本文的研究对象是一株同时具有异养硝化和好氧反硝化功能的菌株HN-02，它克服了传统脱氮中自养硝化菌生长慢、世代时间长、脱氮效果不佳等缺点，更适合本实验低温冲击对生长、脱氮性能的影响与抗氧化酶活响应机理研究。
　　本文的主要内容如下:考察在骤降、渐降条件下异养硝化好氧反硝化菌HN-02的生长速率与脱氮速率的变化规律，以及低温下抗氧化酶体系(SOD、CAT、POD)消除有害自由基的响应机制;低温驯化前后的HN-02的各指标变化对比与分析，以期为低温硝化效果的提高以及技术研究提供参考;总结低温实验成果，探究低温条件下优化HN-02脱氮水平的调控技术与方法。研究结果表明:
　　(1)异养硝化-好氧反硝化菌HN-02在骤降条件下，生长速率及氨氮去除率均随着温度的降低而减小。6h时30℃下HN-02的氨氮降解完全，此时5℃较30℃下HN-02的生长速率降低了36％，骤降对HN-02的生长与脱氮速率有一定的抑制。5℃、10℃、15℃三个低温的骤降过程中，超氧歧化酶SOD和过氧化氢酶CAT水平均高于中温条件，最大SOD活性比30℃下分别高6.865 U/mg、3.228 U/mg、8.894 U/mg，最大CAT活性较30℃增加了3.81、3.91、3.84倍，骤降更容易诱导SOD和CAT活性的提高，且低温下SOD和CAT发挥的抗氧化作用比中温的要大。综合抗氧化酶酶活变化曲线图，推测出10℃可能为调控抗氧化酶酶活的临界温度。
　　(2)渐降条件下HN-02生长、脱氮速率均小于骤降效果，温度渐降对HN-02的影响大于骤降，抑制程度更强，部分可能是由HN-02的温度滞后性造成的。渐降过程中，仅10-5℃对HN-02的SOD酶活影响最大，推测5～10℃为渐降过程中抗氧化酶SOD变化的临界范围。而过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT的变化规律均以20-15℃为界限分为两种，高于这个范围POD和CAT活性随温度的降低而减少，低于这个范围则POD和CAT活性随温度的降低而增加。渐降过程中温度低于15℃不仅是一种胁迫，还起到一种刺激诱导HN-02机体酶活的促进作用。
　　(3)10℃和15℃驯化后HN-02的平均比生长速率分别较驯化前提高了34％和38％，5、10、15℃驯化后平均氨氮去除速率分别提高了11％、13％、5％，说明低温驯化使HN-02菌的适应性和脱氮性能得到了提高。5℃达到了HN-02的最低生长温度限值，HN-02进入了自我保护式休眠状态。SOD活性较初始浓度分别增加了102％、86％、65％，CAT分别较驯化前同期增长了109％、96％、43％。温度越低，诱导SOD和CAT产生的量越大。POD的规律则相反。
　　综合来看，低温条件下CAT清除H2O2自由基的能力优于POD，且超氧歧化酶SOD和过氧化氢酶CAT在HN-02的抗氧化、耐低温方面发挥着重要作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义与目的

1．3 废水生物脱氮中低温硝化研究进展

1．4 低温冲击对异养硝化好氧反硝化菌的影响的理论分析

1．4．1 低温下强化生物硝化的措施

1．4．2 异养硝化好氧反硝化菌的提出与低温影响研究

1．4．3 低温对抗氧化酶体系的影响

1．5 问题提出、课题来源

1．5．1 课题提出

1．5．2 课题来源

1．6 研究内容、方法与技术路线

1．6．1 研究方法

1．6．2 研究主要内容

1．6．3 技术路线

第2章 骤降对HN-02的脱氮特性、抗氧化酶的影响

2．1 实验所用主要仪器、检测方法、实验材料

2．1．1 主要仪器及型号

2．1．2 检测方法

2．1．3 实验材料

2．2 HN-02基本介绍

2．3 抗氧化酶体系的作用机理

2．4 实验结果与分析

2．4．1 骤降对HN-02的生长速率及脱氮速率的影响

2．4．2 骤降对HN-02菌抗氧化酶体系的影响

2．5 小结

第3章 渐降对HN-02的脱氮特性、抗氧化酶的影响

3．1 渐降对HN-02的生长速率及脱氮速率的影响

3．2 渐降对HN-02菌抗氧化酶体系的影响

3．2．1 渐降对HN-02的SOD活性的影响

3．2．2 渐降对HN-02的POD活性的影响

3．2．3 渐降对HN-02的CAT活性的影响

3．3 小结

第4章 低温驯化对异养硝化好氧反硝化菌HN-02的脱氮性能及抗氧化酶体系的影响

4．1 低温驯化前后HN-02的生长速率及脱氮速率的变化

4．1．1 低温驯化前后HN-02的生长速率的变化

4．1．2 低温驯化前后HN-02的脱氮速率的变化

4．2 低温驯化前后HN-02的抗氧化酶体系的变化

4．2．1 低温驯化前后HN-02的SOD活性的变化

4．2．2 低温驯化前后HN-02的POD活性的变化

4．2．3 低温驯化前后HN-02的CAT活性的变化

4．3 小结

第5章 结论

5．1 结论

5．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果