利用反硝化细菌处理地下水硝酸盐污染的研究

论文摘要

在现代农业生产过程中由于化肥及农药的大量施用,致使干旱区农田地下水中氮素,尤其是硝态氮的含量大幅度上升,进而影响到整个区域的地下水,对人体健康和环境产生极大危害。硝酸盐污染已经是我国最严重的一个水体污染问题。利用硝化-反硝化微生物脱氮作用的土地原位修复技术是解决这一问题的重要途径。新疆特有的农田排水系统的地下水排水不仅氮素含量高而且盐碱度也很高,采取微生物脱氮修复的关键技术问题是找到具有耐盐特性的高效好氧反硝化细菌并将与其它功能菌群混合应用。与传统的厌氧反硝化细菌不同,好氧反硝化细菌由于具有清除有氧条件下形成自由基的酶系和独特的反硝化酶结构,可以与好氧的硝化细菌同时进行硝化-反硝化作用,因而反应体系的脱氮效率可以大幅度地提高。本研究采用选择性平板稀释法,从新疆特有的冷泉沉积物中分离出28株反硝化细菌,从中筛选出反硝化作用较强的一株耐盐、好氧反硝化细菌,编号为NSA4。通过形态观察、生理生化测定及16SrDNA基因序列分析,确定了该分离菌株的分类学和系统发育地位。研究结果表明,该分离菌株为革兰氏阴性短杆菌,与Pseudomonas brassicacearum的同源性达99%。其最适生长温度为30℃、最适生长pH为7.0、最适生长盐浓度为1%。分别采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定总氮,纳氏试剂分光光度法测定氨态氮,酚二磺酸紫外分光光度法测定硝态氮,N-（1-奈基）-乙二胺分光光度法测定亚硝态氮,对菌株NSA4在不同环境因子下的脱氮效率进行了研究。结果显示在好氧条件下该菌的最适脱氮温度为30℃,最适pH为7,最适脱氮盐浓度为10%,最适反硝化碳源依次为酒石酸钾钠、蔗糖、淀粉、乳糖,其反硝化效率分别为50.9%、50%、52.9%、46.2%,具有明显的反硝化脱氮作用。通过将NSA4菌株接种于五家渠农田灌溉地下水中,检验其在实际地下水中的脱氮效果。结果表明,加菌处理对地下水中的NO3--N的去除率比对照高出10%～40%,加菌处理对地下水中的TN的去除率比对照高出10%左右。由此可见,该好氧反硝化细菌能显著地提高地下水硝酸盐的去除率,在未来的硝酸盐污染农田地下水处理和土地修复中具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 我国水体氮素污染的现状
• 1.2 反硝化作用及其好氧反硝化的有关酶
• 1.2.1 硝酸盐还原酶
• 1.2.2 亚硝酸盐还原酶
• 1.2.3 一氧化氮还原酶
• 1.2.4 一氧化二氮还原酶
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 环境因子对反硝化细菌的影响
• 1.4.1 pH值
• 1.4.2 温度
• 1.4.3 碳源
• 1.4.4 盐浓度
• 1.5 地下水硝酸盐污染及其危害
• 1.6 研究的目的与意义
• 1.7 研究的内容与技术路线
• 第2章 好氧反硝化细菌的分离鉴定及其生长特性
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 样品来源与培养基
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 反硝化细菌的筛选及特性的测定
• 2.3.2 反硝化细菌的鉴定
• 2.3.3 反硝化细菌的生长曲线及其最生长条件
• 2.4 讨论
• 第3章 不同环境因子对细菌脱氮作用的影响研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 测定方法
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 标准曲线
• 3.3.2 pH对细菌脱氮作用的影响
• 3.3.3 温度对细菌脱氮作用的影响
• 3.3.4 盐浓度对细菌脱氮作用的影响
• 3.3.5 碳源对细菌脱氮作用的影响
• 3.4 讨论
• 第4章 反硝化细菌在硝酸盐污染的地下水脱氮中的作用
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 样品来源及成分
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果和分析
• 4.3.1 氨氮的降解
• 4.3.2 总氮的降解
• 4.3.3 硝酸盐的降解
• 4.3.4 亚硝酸盐的降解
• 4.4 讨论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简历