近些年,隨著國家對生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域和生態(tài)環(huán)境的大力關(guān)注,對水環(huán)境的治理與水生態(tài)的管控力度也在不斷加強,對污水治理的出水水質(zhì)指標監(jiān)控更是不斷嚴格。伴隨經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展,人們物質(zhì)生活水平的提高,魚類、肉類等蛋白質(zhì)的消耗和排放量增大,使得生活污水中的氮含量增多,導致污水水質(zhì)指標變化,碳氮比降低,影響傳統(tǒng)的污水處理工藝及水處理微生物的生長繁殖。國家在“十三五”的規(guī)劃綱要當中就將氨氮及總氮的指標納入國控標準中,不合格不排放,嚴懲嚴管嚴防范,對居民生活污水中含氮物質(zhì)的排放也做了相關(guān)的明確規(guī)定。為解決含氮廢水的問題,目前生物脫氮以其產(chǎn)物清潔、處理高效、無二次污染等優(yōu)點已成為關(guān)注的熱點。本研究以目前生物脫氮中新型技術(shù)之一——異養(yǎng)硝化好氧反硝化理論作為基礎(chǔ),并針對在冬季的高寒時間段里易出現(xiàn)的技術(shù)瓶頸難題即溫度過低,導致微生物的生長減慢甚至停滯,相關(guān)的微生物脫氮性能難以得到正常的作用發(fā)揮的問題,進行課題研究。本課題從松花江的中試填料中篩選分離純化出了一株具有耐低溫特性的高效脫氮菌,分別從宏觀形態(tài)特征與基因?qū)用孢M行比較分析。經(jīng)過16Sr DNA基因測序的結(jié)果進行同源比對分析,收獲了一株假單胞桿菌屬的新型菌株,并命名為Pseudomonas mohnii.M-8,且通過生理生化實驗,驗證了解了該菌株的理化特性。課題研究中,利用傳統(tǒng)菌株分離純化手段、結(jié)合2℃低溫和硝化培養(yǎng)基進行微生物選擇生長和定向培養(yǎng),篩選出低溫條件下具有高效脫氮能力的菌株。使用掃描電鏡觀察菌體形態(tài)、菌長、菌寬、形狀和光澤等菌體特性;通過16Sr DNA基因測序,利用Blast軟件和MEGA軟件進行多重序列比對操作,建立Neighbor-Joining方法生物系統(tǒng)進化樹。從革蘭氏染色、鞭毛染色、運動型觀察、產(chǎn)胞外多糖的能力鑒定、過氧化氫酶的鑒定、明膠酶的鑒定、淀粉酶的鑒定、甲基紅試驗的鑒定、厭氧生長試驗的鑒定以及耐鹽性生長測試、溫度生長試驗和抗重金屬試驗測試,多方面、多角度、多維度的了解菌株生理生化特性。設(shè)計非生物因子影響實驗,采用控制單一變量方法,在2℃下實驗,發(fā)現(xiàn)在p H=7,C/N為10,以檸檬酸鈉為唯一碳源營養(yǎng)基底的好氧條件下,生物生長可達最佳值,最高可達初始接種量的5倍量左右;同時在p H=8、C/N為10、以檸檬酸鈉為唯一碳源營養(yǎng)基底的好氧條件下氨氮去除效率最高,分別為75%、91%、82%、91%。在以氨氮為唯一氮源培養(yǎng)基考察脫氮時發(fā)現(xiàn)該菌對氨氮能進行高效去除,且過程中無亞硝酸鹽和硝酸鹽的積累。在分別以亞硝酸鹽和硝酸鹽為唯一氮源培養(yǎng)基研究菌株的反硝化特性中,對亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮均有84%和99.7%的去除率。為了解菌株在實際生活污水水體中的競爭性生存能力及脫氮效能,組建兩套并行的膜式生物反應器,并前期利用聚氨酯泡沫為生物載體,進行生物掛膜的定向培養(yǎng),以使純化的單菌株在實際污水的適應期縮短,并增強其在微生物環(huán)境中的競爭力。反應器組裝初期運行氨氮和COD去除率都較低,而提高進水C/N后,氨氮及COD的去除率具有提升作用。組建膜式生物反應器進行實際生活污水應用的測試,探究菌株對實際生活污水中氨氮及COD的處理效果,并調(diào)節(jié)反應的關(guān)鍵因子,對比觀察出水水質(zhì),為未來菌株的工程實踐應用提供一定的參考。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703;X172
【部分圖文】：

圖 1-1 2016 年七大流域和浙閩片河流、西北諸河、西南諸河水質(zhì)狀況（1）城市生活廢水氨氮主要來自于微生物對含氮有機物的降解產(chǎn)物[4]，還有在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中及肥料施用時逸出的氨氮，并溶于水體中，隨生活污水等一起排放等。（2）氨和亞硝酸鹽的相互轉(zhuǎn)化水體中的三氮即氨氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮氨在水體中能夠在微生物的作用下進行相互轉(zhuǎn)化。如在有氧條件下，NH4++O2→NO2-，NO2-+O2→NO3-；在厭氧條件下 NO2-可脫氧轉(zhuǎn)化為氨。（3）生產(chǎn)利用含氮化合物的工廠排放及日常生活排放等如特殊工廠：化肥、化工、水泥、發(fā)電等工廠向環(huán)境中排放的廢氣和廢水中都夾雜著很多氨類物質(zhì)；并伴隨車輛交通的發(fā)展，汽車尾氣含氮物質(zhì)的排放也會經(jīng)過氮的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，部分溶于水中，導致水環(huán)境質(zhì)量下降。1.1.2.2 氨氮的危害含氮化合物有無機類化合物和有機類化合物。這些化合物一般具有生物毒害性，容易造成“三致”作用，污染成分得不到有效去除，會長期存留于環(huán)境當中，

圖 1-2 異養(yǎng)硝化作用反應的無機途徑及有機途徑同位素跟蹤法標記15N 進行異養(yǎng)硝化的過程探究，結(jié)果表明異有作用，但是能將有機 N 直接氧化為 NO3--N，而跨過有機 N生成 NO2--N 的過程，如圖 1-3 所示。圖 1-3 異養(yǎng)硝化作用途徑與自養(yǎng)硝化作用途徑的比較在對異養(yǎng)硝化作用途徑與自養(yǎng)硝化作用途徑的研究中發(fā)現(xiàn)，異量來源主要來自于對有機物質(zhì)的同化作用，而在氨氧化的過程能量。在異養(yǎng)硝化的反應過程中常常還有菌體自身部分解體的

圖 1-3 異養(yǎng)硝化作用途徑與自養(yǎng)硝化作用途徑的比較在對異養(yǎng)硝化作用途徑與自養(yǎng)硝化作用途徑的研究中發(fā)現(xiàn)，異量來源主要來自于對有機物質(zhì)的同化作用，而在氨氧化的過程能量。在異養(yǎng)硝化的反應過程中常常還有菌體自身部分解體的生長營養(yǎng)源的獲取也主要是依賴于對有機物質(zhì)的利用，并且對氮的氧化能隨后發(fā)生[27]。在高濃度有機碳與低濃度溶解氧的環(huán)微生物可以進行異養(yǎng)硝化作用與好氧反硝化作用，異養(yǎng)硝化作為生成 NO 或 N2O 等；好氧反硝化過程中伴隨有氮氣的釋放。徑與產(chǎn)物多樣性和異養(yǎng)硝化作用、好氧反硝化作用的同時存在微生物硝化作用產(chǎn)物(NO2-和 NO3-)積累量偏低的原因。硝化菌報道，在 1886 年就有關(guān)于異養(yǎng)硝化細菌與異養(yǎng)硝化作用的報道ogradsky 不認可及抨擊的影響，相關(guān)觀點和理論之后很少有人涉道[28]。直至在 Quastel 和 Scholefield 以丙酮酸肪作為基質(zhì)進行研亞硝酸鹽的特異性硝化菌株[29]。經(jīng)研究證實發(fā)現(xiàn)，目前在土壤水[33]、深海及火山口[34]等多處都有異養(yǎng)硝化微生物的存在，分

【參考文獻】

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本文編號：2818998