【摘要】：厭氧氨氧化細菌(Anaerobic Ammonia-Oxidizing Bacteria,簡稱AAOB)是地球氮素循環(huán)的重要參與者,能夠在厭氧或缺氧的條件下以亞硝酸鹽為電子受體氧化銨鹽,并最終產(chǎn)生氮氣和硝酸鹽。得益于該菌的自養(yǎng)性和厭氧性,厭氧氨氧化工藝相比傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)可以降低能耗,近年來廣受關(guān)注。一直以來人們認為AAOB遵循化能自養(yǎng)型生長方式,但是近年來關(guān)于AAOB基因組學(xué)等研究的結(jié)果表明:AAOB中的Candidatus Kuenenia stuttgartiensi、Candidatus Brocadia fulgidaa、Candidatus Anammoxoglobus propionicus等具有有機營養(yǎng)型代謝的能力。本研究利用膨脹污泥顆粒床(Expanded Granular Sludge Bed,EGSB)反應(yīng)器富集出以Candidatus Jettenia asiatica(J.asiatica)為優(yōu)勢菌種的AAOB菌群;考察了小分子有機物對厭氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,ANMMOX)富集培養(yǎng)物活性及生長的影響;借助于13C和15N穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)與納米二次離子探針技術(shù),分析了J.asiatica對乙酸、丙酸和氨氮的吸收和轉(zhuǎn)化特點,對J.asiatica代謝這三種物質(zhì)的代謝途徑進行了探討。研究以ANAMMOX污泥為接種物,在HRT 5.5~3 h、溫度33±2℃、碳酸氫鹽為唯一碳源等條件下啟動EGSB反應(yīng)器,對AAOB進行富集。EGSB達到穩(wěn)定運行后,平均NH4+-N與NO2--N去除率分別為92.13%和92.12%,穩(wěn)定運行期間的最高總氮負荷為6.59 kg N/(m3·d),最大總氮去除負荷為5.84 kg N/(m3·d)。獲得的ANAMMOX富集培養(yǎng)物呈亮紅色、顆粒態(tài),顆粒的形狀不規(guī)則且由許多球狀的亞單位組成,內(nèi)部微生物的形態(tài)以球菌為主,菌體形態(tài)相對一致,直徑為0.8~1.2μm。FISH、q PCR及克隆測序結(jié)果表明,接種物通過富集培養(yǎng),其AAOB的相對豐度由57.69%提高到83.32%,AAOB的特征基因hzo拷貝數(shù)由0.49 hzo拷貝/16S總菌拷貝提高到0.83 hzo拷貝/16S總菌拷貝,ANAMMOX富集培養(yǎng)物中的優(yōu)勢菌種為J.asiatica。分別以乙酸、丙酸和丙氨酸為碳源對以J.asiatica為優(yōu)勢菌種ANAMMOX富集培養(yǎng)物的脫氮活性及增殖特性進行研究,結(jié)果表明,低濃度的乙酸鹽(≤30 mg/L)和丙酸鹽(≤50 mg/L)對AAOB脫氮過程無明顯影響(P0.05)。q PCR結(jié)果清晰地表明了以J.asiatica為優(yōu)勢菌種的ANAMMOX富集培養(yǎng)物能夠在低濃度乙酸鹽和丙酸鹽條件下以較低的生長速率生長。在較高濃度的乙酸鹽(≥200 mg/L)和丙酸鹽(≥400 mg/L)培養(yǎng)條件下,NH4+-N去除率顯著下降(P0.001)。采用13C和15N穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)與納米二次離子探針技術(shù),在單細胞水平上分析J.asiatica對乙酸、丙酸和氨氮的吸收和轉(zhuǎn)化特點,結(jié)果表明,乙酸鹽和丙酸鹽均可被J.asiatica吸收轉(zhuǎn)化,而且能刺激了J.asiatica對無機碳源HCO3-的吸收。研究發(fā)現(xiàn),J.asiatica對氨氮(15N標記)的吸收非常迅速,可在20 min內(nèi)達到峰值,乙酸鹽或丙酸鹽的加入可以顯著促進了J.asiatica對15NH4+-N的吸收。分析認為,這一促進作用是通過增加電子供體,強化亞硝酸鹽和硝酸鹽的還原反應(yīng)而實現(xiàn)的。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703;X172
【圖文】：

- 2 - 1-1AAOB 細胞內(nèi)（潛在）氧化還原反應(yīng)的自由能（pH=7.0，25oC，1atalf reactions and their energy yield involved in AAOB and versatileANAMMbased on Gibbs standard free energy at pH=7, 25oC, 1atm[18]究的目的和意義究的目的是利用反應(yīng)器富集出具有較高密度、較高活性及較高MMOX 富集培養(yǎng)物，為后續(xù)的進一步生理生化研究提供種源對豐度較高的 ANAMMOX 富集培養(yǎng)物的基礎(chǔ)上，考察不同小鹽、丙酸鹽和丙氨酸）對 AAOB 脫氮性能及生長的影響，探討用的可行性。借助于穩(wěn)定性同位素示蹤技術(shù)和納米二次離子探機物作用下 AAOB 對小分子有機物中13C 與氨氮中15N 的吸收AOB 對乙酸鹽與丙酸鹽的代謝途徑。

圖 2-1 EGSB-ANAMMOX 反應(yīng)器示意圖Fig. 2-1 Schematic diagram of EGSB-ANAMMOX reactor system泥與試驗廢水步富集厭氧氨氧化菌，本研究中使用了具有一定相對

圖 2-2 NanoSIMS 樣品經(jīng)電子束掃描后的區(qū)域Fig.. 2-2 Target area after Primary Ion Beam統(tǒng)計與分析方法Microsoft Excel 2007Analysis ToolPak 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析，計及 One-Way ANOVA 分析等；采用 Minitab 軟件進行正

本文編號：2777099