【摘要】：隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展,生活污水和工業(yè)廢水排放量增加,“十三五”規(guī)劃在提高污水排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),提出了控制總氮排放量的新要求,為此高效生物脫氮技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)再度成為研究熱點(diǎn)。目前已建的污水處理廠急需升級(jí)改造,強(qiáng)化提升硝酸鹽氮的去除是生物脫氮技術(shù)的難點(diǎn)。本研究基于好氧反硝化菌能夠?qū)⑾鯌B(tài)氮或亞硝態(tài)氮在同一反應(yīng)器中完成硝化反硝化,易于與現(xiàn)有好氧工藝進(jìn)行銜接改造的潛在優(yōu)勢(shì),利用好氧反硝化菌具有生長(zhǎng)速度快、適用氮濃度范圍寬、水質(zhì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),針對(duì)當(dāng)前缺乏高效好氧反硝化菌株資源以及生物強(qiáng)化系統(tǒng)中的菌群競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題,從長(zhǎng)期運(yùn)行的廢水處理系統(tǒng)中分離獲得一株高效好氧反硝化菌,基于菌株多相分類鑒定和反硝化動(dòng)力學(xué)分析;構(gòu)建了好氧反硝化菌與固定化載體相結(jié)合的生物強(qiáng)化工藝,分別應(yīng)用于低氮素的生活污水和高氮工業(yè)廢水的脫氮研究;借助高通量測(cè)序技術(shù)和微生物網(wǎng)絡(luò)分析方法探討了目標(biāo)菌株的演替變化,分析了生物強(qiáng)化工藝中主要反硝化功能菌的多樣性和功能作用,為好氧反硝化技術(shù)理論向?qū)嶋H轉(zhuǎn)化提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。通過(guò)連續(xù)曝氣和間歇曝氣相結(jié)合的方式定向馴化、篩選獲得一株高效好氧反硝化菌Pseudomonas sp.T13,采用響應(yīng)面法優(yōu)化好氧反硝化過(guò)程中的關(guān)鍵影響因子(溫度、pH、碳氮比和溶解氧),當(dāng)溫度為30℃、pH 7.0、C/N為7:1、溶解氧為2.5 mg/L時(shí),T13的硝酸鹽去除率可達(dá)到90%以上。對(duì)Pseudomonas T13進(jìn)行全基因組測(cè)序,表明好氧反硝化菌T13具有高效硝酸還原功能基因,硝酸鹽還原酶的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)硝酸鹽還原酶比例占脫氮酶基因的30%以上。利用Logistic方程和雙Monod模型構(gòu)建了菌株T13的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型和反硝化動(dòng)力學(xué)模型,描述了菌株T13的微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程及底物與反硝化作用關(guān)系,充分揭示好氧環(huán)境下反硝化菌的動(dòng)力學(xué)規(guī)律,為菌株T13強(qiáng)化好氧反硝化系統(tǒng)構(gòu)建提供重要的理論支持。采用活性炭-聚氨酯載體構(gòu)建了Pseudomonas sp.T13生物強(qiáng)化流化床反應(yīng)器,以預(yù)掛膜的方式啟動(dòng)反應(yīng)器處理低氮素的生活污水,對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行條件進(jìn)行優(yōu)化,分析了生活污水的功能菌群對(duì)T13的競(jìng)爭(zhēng)影響。T13預(yù)掛膜反應(yīng)器對(duì)生活污水中總氮去除率達(dá)到89±4%,較未經(jīng)過(guò)預(yù)掛膜的生物強(qiáng)化反應(yīng)器高8%,其中硝酸鹽去除率在預(yù)掛膜強(qiáng)化反應(yīng)器中達(dá)到93±7%,未預(yù)掛膜系統(tǒng)為88±7%,生活污水中氨氮含量較低,在好氧反硝化條件下氨氮去除率分別達(dá)到93±1%和97±1%,出水的亞硝酸鹽分別達(dá)到1.1 mg/L和0.7 mg/L,出現(xiàn)亞硝酸鹽積累。對(duì)持續(xù)兩個(gè)月工藝運(yùn)行的群落監(jiān)測(cè),分析了生物載體所附著T13與生活污水中其他菌群的演化過(guò)程。分析發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)中Brucella和Brevundimonas的同時(shí)富集,導(dǎo)致后期一個(gè)相對(duì)較低的總氮去除率,且發(fā)生亞硝酸鹽殘留,分析認(rèn)為Brevundimonas與Pseudomonas stutzeri的代謝過(guò)程類似,在高溶解氧條件下會(huì)形成亞硝酸鹽的積累,因此在COD不足時(shí)更容易造成總氮去除率降低。針對(duì)含有高濃度的硝酸鹽和亞硝酸鹽的煤制乙二醇工業(yè)廢水難以實(shí)現(xiàn)有效生物脫氮處理的問(wèn)題,采用T13構(gòu)建的好氧反硝化工藝研究了不同進(jìn)水負(fù)荷對(duì)強(qiáng)化菌株的沖擊和影響,采用生物網(wǎng)絡(luò)分析的方法對(duì)目標(biāo)菌株與其他脫氮菌群關(guān)系進(jìn)行了揭示。通過(guò)煤制乙二醇廢水的生物毒性試驗(yàn)分析表明,在活性炭-聚氨酯載體中附著的生物菌群比懸浮菌群具有更良好的抗高濃度沖擊能力。在進(jìn)水濃度為實(shí)際廢水50%以下的濃度條件時(shí),硝酸鹽去除率可以達(dá)到50%,COD去除率達(dá)到65%以上,進(jìn)一步增加進(jìn)水負(fù)荷導(dǎo)致總氮(TN)去除率降低20-30%,主要是降低了硝酸鹽和亞硝酸鹽的去除率。基于napA基因的脫氮過(guò)程分析表明當(dāng)載體生物膜中Pseudomonas sp.T13的比例低于10%時(shí),硝酸鹽和亞硝酸鹽去除率明顯降低,隨著高硝氮煤化工廢水處理時(shí)間的持續(xù)延長(zhǎng),假單胞菌降低的同時(shí)伴隨著其它脫氮菌Paracoccus、Brevundimonas和Brucella等的生長(zhǎng)和富集。研究表明生物載體能夠提升好氧反硝化過(guò)程的總氮去除效率,在載體內(nèi)部形成溶解氧的梯度濃度變化,為反硝化過(guò)程提供一個(gè)有效的好氧至厭氧的反應(yīng)區(qū)域,在載體外層具備較充分的氧氣,促進(jìn)好氧反硝化菌的生長(zhǎng)及硝酸鹽的還原,并在內(nèi)部低氧或厭氧條件下實(shí)現(xiàn)好氧反硝化過(guò)程中的亞硝酸鹽還原。采用載體預(yù)掛膜附著T13的方法有效強(qiáng)化了工藝的總氮去除效果,而采用目標(biāo)菌株與污水混合的強(qiáng)化方式會(huì)因其它功能菌群的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致目標(biāo)菌的快速衰減,從而無(wú)法形成特定的目標(biāo)菌,影響TN去除效果。因此,在未來(lái)的群落功能組建中考慮載體傳質(zhì)過(guò)程對(duì)硝酸鹽的去除影響可指導(dǎo)生物反應(yīng)器的調(diào)節(jié)和優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

napA 16S圖2-3 PCR凝膠電泳圖Figure 2-3 PCR gel electrophoresis實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀（ABI 7500 FAST，美表2-18 PCR反應(yīng)混合液Table 2-18 Mixture of PCR reaction試劑（濃度） 用量μLDNA模板 0.5dNTP (10 mmol/L) 0.5Taq Buffer (10×) 2.5MgCl2(25 mmol/L) 2Taq Polymerase 0.2PCR-grade pure H2O 18.3Primer F (10 μmol/L) 0.5Primer R (10 μmol/L) 0.5

第 2 章 實(shí)驗(yàn)材料與方法DOTUR和Phylip等軟件計(jì)算矩陣距離并由此進(jìn)行聚類分析，根據(jù)97%相似性劃分分類操作單元 (operational taxonomic units，OTU)，獲得rarefaction 曲線，計(jì)算評(píng)估豐度評(píng)價(jià)指數(shù)（Chao1）和多樣性指數(shù)（Shannon）[129]；再利用RDP na veBayesian rRNA classifier和Greengenes classify在線分類，結(jié)合BLAST比對(duì)確定所測(cè)的序列分類地位。所獲得高通量測(cè)序原始數(shù)據(jù)上傳并公開(kāi)于NCBI網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)（Short Read Archive (SRA) database），獲取數(shù)據(jù)查閱登錄號(hào)PRJNA310145。2.2.6.4 菌群網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及分析（Cytoscape network）基于Illumina 高通量測(cè)序獲得的OTUs數(shù)據(jù)，采用Cytoscape 3.2.1進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[121]。相關(guān)操作如圖2-5所示。

0201 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22菌株編號(hào)00.2去圖 3-3 分離獲得 22株脫氮菌對(duì)總氮和硝氮去除能力比較Figure 3-3 Comparision of TN and NO3- N removal by 22 strains3.2.3 好氧反硝化菌多相分類鑒定3.2.3.1 好氧反硝化菌的形態(tài)特征通過(guò)平板劃線法選取單菌落，得到形態(tài)特征相同、均勻分布的細(xì)菌單克隆培養(yǎng)物，并進(jìn)行革蘭氏染色，如圖 3-4。根據(jù)《伯杰氏細(xì)菌手冊(cè)》首先觀察微生物群體形態(tài)。在固體培養(yǎng)基中培養(yǎng) 24 h 后，觀察發(fā)現(xiàn)菌株 T13的單菌落為圓形、不透明的淡黃色，直徑大小在 1.5-3.5 mm 之間，菌落邊緣不太規(guī)則，表面為凸起的褶皺，菌間具有一定粘性，具體菌落形態(tài)結(jié)果見(jiàn)表 3-1。對(duì)菌株進(jìn)行革蘭氏染色顯示為紅色，則該菌為革蘭氏陰性菌。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蘇俊峰;馬放;高珊珊;候?qū)?王弘宇;王強(qiáng);;一株好氧反硝化細(xì)菌的分離與鑒定試證[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年12期

2 謝曙光,張曉健,王占生;地表水處理中的好氧反硝化[J];中國(guó)給水排水;2002年03期

3 王立群;肖維偉;曹立群;喻其林;孫文;顧文杰;;好氧反硝化細(xì)菌的篩選及其在雞糞發(fā)酵氮素轉(zhuǎn)化中的作用[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2008年06期

4 范利榮;黃少斌;;好氧反硝化脫氮技術(shù)研究進(jìn)展[J];工業(yè)用水與廢水;2008年02期

5 楊基先;高珊珊;馬放;蘇俊峰;王強(qiáng);;一株好氧反硝化細(xì)菌的分離鑒定及反硝化能力[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào);2008年07期

6 李秀婷;高明陽(yáng);呂躍鋼;趙進(jìn);馬家津;汪蘋;;好氧反硝化細(xì)菌的篩選及其反硝化特性研究[J];食品科技;2009年01期

7 安健;宋增福;楊先樂(lè);黃志華;張小能;;好氧反硝化芽孢桿菌篩選及其反硝化特性[J];環(huán)境科學(xué)研究;2010年01期

8 高喜燕;劉鷹;鄭海燕;劉纓;劉志培;;一株海洋好氧反硝化細(xì)菌的鑒定及其好氧反硝化特性[J];微生物學(xué)報(bào);2010年09期

9 郭端強(qiáng);劉海龍;萬(wàn)亞濤;李小衛(wèi);陳艷艷;管麗冰;單林娜;;一株好氧反硝化細(xì)菌的分離鑒定及反硝化特性研究[J];生物技術(shù)通報(bào);2012年10期

10 黃運(yùn)紅;龍中兒;許楊;;一株好氧反硝化細(xì)菌的篩選及初步鑒定[J];食品科學(xué);2007年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 蔣侃;馬放;孫鐵珩;徐善文;蘇俊峰;魏利;;電氣石對(duì)好氧反硝化菌株反硝化特性的影響[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

2 呂聰;馬玖彤;劉懿;張鳳君;;紫外誘變選育低亞硝酸鹽積累的好氧反硝化菌株[A];2008中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文集（下卷）[C];2008年

3 蔣侃;馬放;孫鐵珩;徐善文;蘇俊峰;魏利;;電氣石對(duì)好氧反硝化菌株反硝化特性的影響[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（一）[C];2007年

4 楊希;熊麗;李娜;崔古貞;魏艷紅;劉松;費(fèi)晶;劉德立;;好氧反硝化細(xì)菌特性研究及其固定化應(yīng)用[A];第十次全國(guó)環(huán)境微生物學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2007年

5 劉佳苗;何池全;徐秋月;丁國(guó)際;張東;;活性炭固定好氧反硝化菌株聯(lián)合臭氧共同處理模擬微污染水的研究[A];Proceedings of Conference on Environmental Pollution and Public Health（CEPPH 2012）[C];2012年

6 安健;陳百堯;龔琪本;伏光輝;唐興本;;好氧反硝化芽孢桿菌篩選及其反硝化特性研究[A];漁業(yè)科技創(chuàng)新與發(fā)展方式轉(zhuǎn)變——2011年中國(guó)水產(chǎn)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2011年

7 安健;宋增福;楊先樂(lè);張小能;黃志華;;好氧反硝化YX-6菌生物學(xué)特性研究及其鑒定分析[A];2009年中國(guó)水產(chǎn)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2009年

8 鄭佳佳;沈濤;傅羅琴;鄧斌;李衛(wèi)芬;;一株硝化反硝化菌Pseudomonas putida F6的篩選鑒定及反硝化特性研究[A];生態(tài)環(huán)境與畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)暨中國(guó)畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)2012年學(xué)術(shù)年會(huì)和第七屆全國(guó)畜牧獸醫(yī)青年科技工作者學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集——T03環(huán)境與動(dòng)物健康專題[C];2012年

9 張文;申元英;王圣瑞;趙海超;;洱海海舌灣沉積物中好氧反硝化細(xì)菌的分離鑒定研究[A];首屆中國(guó)湖泊論壇論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 杜叢;基于Pseudomonas sp. T13強(qiáng)化的好氧反硝化系統(tǒng)構(gòu)建及脫氮效能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 文屹;兩株異養(yǎng)硝化—好氧反硝化細(xì)菌的分離、篩選、鑒定和特性研究[D];華南理工大學(xué);2010年

3 楊云龍;嗜熱螯臺(tái)球菌TAD1的脫氮性能及其好氧反硝化分子機(jī)制的初步研究[D];華南理工大學(xué);2012年

4 馬秀蘭;SBR法生物強(qiáng)化處理低溫低C/N比污水的研究[D];吉林大學(xué);2010年

5 劉勇波;適冷苯胺降解菌Pseudomonas migulae AN-1的好氧反硝化及生物循環(huán)井修復(fù)硝酸鹽污染地下水研究[D];吉林大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃穎n;漁用益生菌發(fā)酵工藝研究[D];集美大學(xué);2015年

2 白士遠(yuǎn);貧營(yíng)養(yǎng)好氧反硝化混合菌群的篩選鑒定和脫氮特性研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

3 何秀秀;貧營(yíng)養(yǎng)好氧反硝化菌群GNY凈化微污染水源水試驗(yàn)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

4 趙金亞;人工充氧強(qiáng)化好氧反硝化脫氮技術(shù)改善微污染水源水質(zhì)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

5 亢�；�;微生物同步異養(yǎng)硝化好氧反硝化脫氮技術(shù)研究[D];大連海事大學(xué);2015年

6 張棟俊;泥膜共生多級(jí)A/O工藝特性及脫氮除磷效能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 黃妍;好氧反硝化細(xì)菌的分離鑒定及其脫氮性能的初步研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2015年

8 王攀;新型好氧反硝化細(xì)菌的分離鑒定及其固定化除氮特性研究[D];華中師范大學(xué);2013年

9 楊曉華;一株異養(yǎng)硝化好氧反硝化真菌的篩選及特性研究[D];太原理工大學(xué);2012年

10 吳勝發(fā);異養(yǎng)硝化—好氧反硝化細(xì)菌脫氮性能的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2791240