固定化亚硝酸菌反硝化菌协同除氨氮废水及生物膜观察

摘要

传统的生物脱氮过程由好氧硝化和厌氧反硝化两个部分组成。由于传统工艺操作复杂和成本高等缺点，研究者陆续提出了很多新的生物脱氮工艺。如厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)、短程硝化反硝化工艺(SHARON)、基于亚硝酸盐的全自养脱氮工艺(CANON)、氧限制自养型硝化反硝化工艺(OLAND)等。本论文的技术路线是利用亚硝酸菌将氨氮氧化到亚硝酸氮的阶段，然后期望好养反硝化细菌将亚硝酸氮转化成氮气，属于有氧短程硝化反硝化的工艺。本工艺与传统的全程硝化反硝化反应相比，整个过程的供氧量节约了25％；其次，由于两种菌都为好(兼)氧菌，避免了SHARON工艺中的间歇曝气操作，使得亚硝酸盐能迅速被反硝化菌利用，大大简化了脱氮过程。 本文分离得到了一株亚硝酸菌，对其进行了一系列的形态学和生理生化实验鉴定，以及Biolog的系统分析。初步确定亚硝酸菌二号菌株为人苍白杆菌(Ochrobactrum anthropi)并将其命名为Ochrobactrum sp.CZ。对其培养基成分和生长条件进行了优化。结果如下：(NH4)2SO4 0.71g，NaAC 4.4 g，NaCl 3.0 g，FeSO4 0.03 g，Fe2(SO4)3 0.03g，K2HPO4 1.0 g，MgSO4 0.03 g，CaCl2 0.5 g，H2O1000ml。初始培养基pH=8.5，培养温度28-30℃，装样量20％，摇床转速为120r/min。经优化培养基培养所得的细菌在数量明显比优化前多，且对氨氮的降解率可以从初始的70％左右上升到90％以上。 对实验室已分离保存的好氧反硝化菌FX进行了鉴定。发现其与粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)的相似性达到85％,将其命名为Alcaligenes sp.CZ。该菌能在DO为8mg/L的条件下生长并能在两天内降解200mg/L 的硝酸盐；初始氮浓度上升到550mg/L以上会对Alcaligenes sp.CZ有一定的抑制作用。 分别将两种菌用海藻酸钙(CA)包埋固定化细胞、聚氨酯泡沫(PUF)固定化细胞、海藻酸钙吸附生物膜细胞和游离细胞方法处理模拟氨氮废水。结果发现，各种固定化细胞方法的降解能力明显比游离细胞方法强。其中，CA包埋细胞法效果最好，可以在24 h内将23mg/L 初始氨氮完全降解，是游离细胞法的2.5倍；另外比较了溶氧对降解氨氮的影响，结果表明，高溶氧环境对氨态氮去除有利，而低溶氧环境对亚硝态氮积累有利。 表面吸附生物膜方法显示了良好的除氮能力。通过核酸染料染色，在荧光显微镜下进行了两种细菌在CA表面的形成生物膜表征方法的探索。同时还初步考察了不同盐浓度对生物膜形成的影响，发现生物膜的结果，数量与细菌脱氮效果存在一定相关性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2影响短程硝化反硝化的因素

1.2.1系统反应温度

1.2.2泥龄

1.2.3溶解氧浓度

1.2.4运行通风模式

1.2.5 pH值

1.2.6底物浓度的控制

1.2.7抑制剂

1.3生物膜

1.3.1生物膜的生命周期

1.3.2生物膜在环境修复中的应用

1.3.3脱氮水体中的生物膜

1.3.4生物膜研究的相关技术

1.4细胞固定化

1.4.1包埋法

1.4.2吸附法

1.5研究背景与意义

1.6研究内容与创新点

第二章亚硝酸菌的分离筛选

前言

2.1实验材料

2.1.1菌种

2.1.2培养基

2.1.3试剂及药品

2.1.4主要试剂

2.1.5主要仪器设备

2.2试验方法

2.2.1氮元素的测定

2.2.2交叉试验

2.2.3亚硝酸菌的富集及分离

2.2.4优势亚硝酸菌的筛选及鉴定

2.2.5培养基组成及培养条件对亚硝酸菌脱氮能力的影响

2.2.6亚硝酸菌在培养基及培养条件优化前后生长情况对比

2.3结果与讨论

2.3.1氮元素的测定

2.3.2交叉试验

2.3.3优势亚硝酸菌的筛选

2.3.4亚硝酸菌YX2的鉴定

2.3.5培养基成分对Ochrobactrum sp.CZ脱氮能力的影响

2.3.6培养条件对Ochrobactrum sp.CZ脱氮能力的影响

2.3.7亚硝化细菌在原始培养基和优化培养基上的生长规律

2.4分析总结

第三章好氧反硝化菌的鉴定

前言

3.1实验材料

3.1.1菌种

3.1.2培养基

3.1.3主要药品

3.1.4主要试剂

3.1.5实验仪器

3.2试验方法

3.2.1反硝化菌FX鉴定

3.3结果与讨论

3.3.1反硝化菌鉴定

3.4分析总结

第四章分别固定化Ochrobactrum sp.CZ和Alcaligenes sp.CZ处理水相氨氮

前言

4.1实验材料

4.1.1菌种

4.1.2培养基

4.1.3主要药品

4.1.4主要试剂

4.1.5实验仪器

4.2试验方法

4.2.1亚硝酸菌能力测定

4.2.2固定化Ochrobactrum sp.CZ和Alcaligenes sp.CZ处理水相氨氮

4.2.3海藻酸钙表面生物膜表征方法初探

4.3结果与讨论

4.3.1 Ochrobactrum sp.CZ的脱氮能力

4.3.2固定化细菌与游离细菌处理氨氮废水

4.4分析总结

第五章盐浓度对亚硝酸菌反硝化菌生物膜构效的影响初探

前言

5.1实验材料

5.1.1菌种

5.1.2培养基

5.1.3主要药品

5.1.4主要试剂

5.1.5实验仪器

5.2试验方法

5.2.1 Ochrobactrum sp.CZ和Alcaligenes sp.CZ于不同时期下生物膜的吸附观察

5.2.2不同盐浓度对生物膜及脱氮效果的影响

5.2.3使用pro-plus6.0软件分析生物膜图片

5.3结果与讨论

5.3.1细菌生物膜吸附

5.3.2不阿盐浓度下细菌脱氮效果

5.3.3不同盐浓度下细菌生物膜对比

5.4分析总结

第六章 实验总结与展望

参考文献

致谢

研究生阶段发表论文情况