BAF反应器中氨化细菌的分离鉴定与应用研究

论文摘要

鉴于曝气生物滤池（BAF）反应器有较好的脱氮效果，本论文采集BAF反应器滤料上脱落的生物膜富集培养，经初筛得到9株氨化细菌，通过氨化性能测定，挑选有机氮分解率较高的T03、T05菌株进行形态观察及生理生化分析，根据《常见细菌系统鉴定手册》，初步鉴定菌株T03为产碱杆菌属（Alcaligenes），菌株T05为微球菌属（Micrococcus）。通过对菌株T03、T05的生态影响因子进行研究，表明两菌株的生长过程都是好氧的，最适氮源为蛋白胨，得出其适宜操作参数为：温度30℃，pH值7.0，接种量5%，通气量50mL。再此运行条件下，菌株T03、T05对有机氮的分解效率分别为86.91%、69.98%。菌株T03通过PCR扩增，经与Marker比对，得到PCR扩增产物，在1%的琼脂糖凝胶上进行电泳检验，电泳条带单一清晰，特异性好。经测序，16SrDNA片段大小为1426bp，将该序列提交到GeneBank数据库，在GeneBank中注册序列号为：JF698681。在GeneBank数据库中，寻找与目的基因序列同源性较高的已知分类地位的菌种，并绘制系统发育树，可知菌株T03与Alcaligenes faecalis subsp.Parafaecalis G的亲缘关系最近，同源性高达99.6%。最终将菌株T03确定为粪产碱杆菌（Alcaligenesfaecalis）。当微生物处于不同的营养条件和环境条件下，菌体的生长速度不同。通过设计正交试验对菌株T03和T05的发酵培养基组成和发酵条件进行优化选择，得到以下结果：菌株T03最优培养基组成为每1000mL：葡萄糖3.0g、牛肉膏3.0g、蛋白胨5.0g、K2HPO40.3g、FeSO40.01g和NaCl0.25g，最佳发酵条件组成为：发酵培养基初始pH值7.0，培养温度35℃，发酵时间24h，接种量5%，在上述优化条件下进行摇瓶发酵培养，测得发酵液中氨化细菌的菌体浓度为10.37g/L；菌株T05最佳培养基组成为每1000mL：葡萄糖3.0g、牛肉膏3.0g、蛋白胨5.0g、K2HPO40.3g、FeSO40.01g和NaCl0.75g，最佳发酵条件组成为：发酵培养基初始pH值7.0，培养温度35℃，发酵时间30h，接种量5%，在此优化条件下进行摇瓶发酵培养，测得发酵液中氨化细菌的菌体浓度为8.47g/L。鉴于人工植物浮岛生态塘出水氨氮浓度高、去除率较低这一难题，本论文选择太湖地区冬季可以生长的陆生常绿植物蕙兰，构建人工植物浮岛模拟装置，把实验室筛选得到的高效氨化细菌T03和T05投入该植物浮岛模拟装置中做为试验组进行强化有机氮分解对比研究。结果表明：加入菌剂T03、T05的植物浮岛在48h（第2天）时有机氮的分解率分别提高了11.16%和8.86%，出水有机氮质量浓度分别为4.40mg/L和5.14mg/L，分别比未加菌剂的植物浮岛有机氮质量浓度降低3.83mg/L和1.98mg/L；在72h（第3天）时，出水氨氮浓度为分别为6.74mg/L和7.43mg/L，而未加菌剂在72h（第3天）时氨氮还未开始降解，在144h（第6天）时出水氨氮质量浓度为9.86mg/L。因此，加入菌剂，能够提高植物浮岛人工湿地中有机氮的分解率也影响了氨氮去除效率。通过对BAF反应器中氨化细菌的分离鉴定及其氨化性能进行系统研究，可以为有机氮氨化过程机理和BAF反应器的氨化特性研究提供一定的参考作用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 氮素对水体的危害
• 1.2 曝气生物滤池脱氮研究进展
• 1.3 氨化细菌的种类及作用机理
• 1.4 氨化细菌的研究进展
• 1.5 课题的研究意义及内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 2 氨化细菌的分离筛选及生物学特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与仪器设备
• 2.2.1 菌株分离源
• 2.2.2 样品和试剂
• 2.2.3 培养基
• 2.2.4 主要仪器和设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 分析测定方法
• 2.3.2 分离纯化
• 2.3.3 形态特征
• 2.3.4 生理生化特征
• 2.3.5 细菌生长曲线的绘制
• 2.3.6 氮源利用试验
• 2.3.7 氨化效果影响因素试验
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 氨化细菌的富集
• 2.4.2 氨化细菌的分离纯化
• 2.4.3 氨化细菌的氨化性能验证
• 2.4.4 氨化细菌的形态特征
• 2.4.5 氨化细菌的生理生化特性
• 2.4.6 菌株生物学特性
• 2.4.7 分析与讨论
• 2.5 本章小结
• 3 氨化细菌的16S rDNA测序及同源性分析
• 3.1 引言
• 3.1.1 细菌系统分类的理论基础
• 3.1.2 DNA测序及微生物分类鉴定
• 3.2 实验材料与仪器设备
• 3.2.1 分析用试剂
• 3.2.2 实验仪器与设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 细菌DNA提取
• 3.3.2 DNA的检测
• 3.3.3 PCR扩增
• 3.3.4 目的片段的回收
• 3.3.5 测序
• 3.3.6 同源性分析及系统发育树的构建
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 DNA提取
• 3.4.2 PCR扩增产物检测结果
• 3.4.3 16S rDNA测序
• 3.4.4 16S rDNA同源性分析
• 3.4.5 分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 4 氨化细菌菌株发酵条件优化
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与仪器设备
• 4.2.1 主要仪器和设备
• 4.2.2 实验材料
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 菌体浓度标准曲线的绘制
• 4.3.2 发酵优化试验
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 菌体浓度标准曲线的绘制
• 4.4.2 发酵优化试验结果
• 4.4.3 分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 5 氨化细菌在植物浮岛中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料
• 5.3 实验方法
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 菌株有机氮分解动力学试验
• 5.4.2 植物浮岛对有机氮的分解效果与机理
• 5.4.3 工程菌剂强化分解植物浮岛中有机氮效果
• 5.4.4 分析与讨论
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间研究成果
• 致谢