两株高效好氧反硝化细菌的分离鉴定及其好氧反硝化特性研究

论文摘要

好氧反硝化作用一直是国外的研究热点,近年来在国内也备受关注。目前对于好氧反硝化作用的机理解释还不清晰,但是已有的研究表明好氧反硝化细菌在污水脱氮处理中有着很强的应用潜力,为克服传统的脱氮工艺中出现的不足提供了的解决方法。因此本试验着手于分离和鉴定出高效的好氧反硝化细菌,对细菌的好氧反硝化特性展开研究,以丰富和发展对好氧反硝化细菌的认识,并为将来的在水处理中的应用提供依据。本试验从水稻土和活性污泥中各分离到一株可以在好氧条件下进行反硝化作用的细菌ZW23和ZW27。通过对这两株细菌的生理生化特征研究,以及16SrDNA序列测定认为菌株ZW23和ZW27分别与假单胞菌属类产碱杆菌（Pseudomonaspseudoalcaligenes）和假单胞菌属门多萨菌（Pseudomonas mendocina）亲缘关系最近。好氧培养条件下,在初始氮源约为280 mg·l-1的反应体系中,37℃时,两株细菌在12h内均引起体系中总氮显著下降,削减率均达66%,其余总氮几乎全部转化为内源氮。脱氮速率分别达到约21.7mg·l-1·h-1和22.3 mg·l-1·h-1,比现已分离出的兼性好氧反硝化细菌的脱氮速率要快得多。反应过程中没有检测到亚硝态氮和氨态氮的积累。对细菌进行纯培养,研究发现细菌ZW23和ZW27在好氧条件下的反硝化作用比缺氧条件下进行得快,细菌数量也较缺氧条件下的细菌数量大,但是反硝化率（66%和62%）比缺氧条件下的反硝化率（90%和92%）低。细菌ZW23可以NH4+-N为唯一氮源,利用率达到96%以上,但是反应过程中没有检测到硝酸盐和亚硝酸盐的积累,也没有检测到总氮的削减。研究发现,菌株ZW23的好氧反硝化率与硝酸盐浓度在一定范围内呈正相关关系,随着硝酸盐浓度在一定范围内(50-400 mg·l-1)地不断提高,细菌的好氧反硝化率也逐渐提高（0%-65%）,硝酸盐浓度400-500 mg·l-1之间时,好氧反硝化率即维持稳定,不再变化。细菌ZW23和ZW27都可以利用NO2--N作为唯一氮源生长并进行好氧反硝化作用。NH4+-N和NO3--N复合氮源更有利于菌株ZW23进行好氧反硝化作用,好氧反硝化速度随着NH4+-N浓度在一定范围内(0-300 mg·l-1)的提高而不断加快。研究发现琥珀酸盐是细菌ZW23和ZW27进行好氧反硝化作用最理想的碳源。好氧条件下,对细菌进行纯培养,研究了培养介质在不同C/N比,起始pH,培养温度条件下,菌株ZW23和ZW27的好氧反硝化活性。研究表明,菌株ZW23和ZW27最适好氧反硝化温度在32℃-37℃之间。在pH为6.0-8.0范围内,pH对细菌ZW23的好氧反硝化作用影响不大,好氧反硝化率均可达到57%-60%。pH为5.0时细菌没有生长迹象。碳源是细菌好氧反硝化作用的重要影响因素,碳源过低（C/N比2）,菌株不进行好氧反硝化作用;碳源不足（C/N比5）,菌株的好氧反硝化率仅30%左右;细菌进行好氧反硝化作用最适的C/N比是10-15之间,此时的好氧反硝化率在60%左右。本试验同时研究了细菌在废水处理中的潜力,菌株ZW23和ZW27接入经过高浓度氨氮人工废水驯化的好氧活性污泥中后,发现活性污泥体系对人工合成的高浓度氨氮污水的TN的去除率有一定程度的改善（提高10-20%）作用。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 好氧反硝化作用以及在水处理中的应用（代文献综述）
• 1.好氧反硝化作用的概念
• 2.好氧反硝化的有关微生物
• 3.好氧反硝化作用的有关反应酶
• 3.1 硝酸盐还原酶
• 3.2 亚硝酸盐还原酶
• 3.3 一氧化氮还原酶
• 3.4 一氧化二氮还原酶
• 4.好氧反硝化作用的机理探讨
• 4.1 生物学理论
• 4.2 微环境理论
• 5.好氧反硝化细菌及其反硝化作用的的影响因素
• 5.1 溶解氧
• 5.2 有机碳
• 6.好氧反硝化细菌在污水脱氮处理中的研究进展
• 6.1 水体氮素污染危害
• 6.2 好氧反硝化细菌在污水脱氮中的研究进展
• 7.本论文的研究内容及目的
• 7.1 高效好氧反硝化细菌的分离鉴定和系统进化分析
• 7.2 氮源、碳源和溶氧对好氧反硝化细菌反硝化特性的影响研究
• 7.3 好氧反硝化细菌反应条件优化及其在废水脱氮中的初试
• 7.4 技术路线图
• 参考文献
• 第二章 好氧反硝化细菌的分离筛选和鉴定
• 1.材料与方法
• 1.1 细菌分离材料及培养基
• 1.1.1 分离材料
• 1.1.2 培养基
• 1.2 细菌的分离方法
• 1.2.1 富集培养
• 1.2.2 细菌的分离纯化
• 1.2.3 细菌好氧反硝化作用的验证
• 1.3 分析方法
• 1.4 计算方法
• 1.5 菌体的生理生化特征
• 1.6 菌株16S rDNA鉴定
• 1.6.1 菌体总DNA的提取
• 1.6.2 菌体16S rDNA的PCR扩增,纯化和序列测定
• 1.6.3 好氧反硝化细菌系统发育地位的确定与系统发育关系的研究
• 2.结果与讨论
• 2.1 好氧反硝化细菌的分离
• 2.1.1 细菌的好氧反硝化作用初步验证
• 2.1.2 细菌好氧反硝化性能测定
• 2.2 好氧反硝化细菌ZW23和ZW27的鉴定
• 2.2.1 菌株的形态和生理生化特征
• 2.2.2 菌株的16S rDNA鉴定
• 2.2.3 菌株系统发育地位的确定与系统发育关系的研究
• 3.小结
• 参考文献
• 第三章 氮源、碳源以及溶氧对细菌好氧反硝化特性的影响研究
• 1.材料与方法
• 1.1 细菌
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 细菌扩大培养
• 1.2.2 溶氧对反硝化特性的影响试验
• 1.2.3 氮源对反硝化特性的影响试验
• 1.2.4 不同碳源对反硝化特性的影响试验
• 1.3 分析方法
• 1.4 计算方法
• 2.结果与讨论
• 2.1 菌株ZW23和ZW27在好氧和缺氧条件下的反硝化性质
• 2.1.1 菌株ZW23在好氧和缺氧条件下的反硝化特性对比
• 2.1.2 菌株ZW27在好氧和缺氧条件下的反硝化特性对比
• 2.2 氮源对菌株ZW23好氧反硝化特性的影响
• 2.2.1 硝态氮不同起始浓度条件下菌株的好氧反硝化特性
• 2.2.2 氨态氮为起始氮源条件下菌株的好氧反硝化特性
• 2.2.3 亚硝态氮为起始氮源条件下菌株的好氧反硝化特性
• 2.2.4 硝态氮和氨态氮作为复合氮源条件下菌株的好氧反硝化特性
• 2.3 不同碳源对菌株ZW23和ZW27的好氧反硝化特性的影响
• 3 小结
• 参考文献
• 第四章 细菌好氧反硝化条件的优化及其在废水脱氮应用中的研究
• 1.材料与方法
• 1.1 细菌和活性污泥
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 细菌扩大培养
• 1.2.2 细菌最适C/N比、pH、温度条件
• 1.2.3 细菌在废水脱氮处理中的应用试验
• 1.3 分析方法
• 1.4 计算方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 不同C/N比对菌株ZW23和ZW27好氧反硝化特性的影响
• 2.1.1 不同C/N比对菌株ZW23好氧反硝化特性的影响
• 2.1.2 不同C/N比对菌株ZW27好氧反硝化特性的影响
• 2.2 起始pH对菌株ZW23好氧反硝化特性的影响
• 2.3 温度对菌株ZW23和ZW27好氧反硝化特性的影响
• 2.3.1 温度对菌株ZW23好氧反硝化特性的影响
• 2.3.2 温度对菌株ZW27好氧反硝化特性的影响
• 2.4 好氧反硝化细菌ZW23和ZW27在废水脱氮处理中的应用
• 3 小结
• 参考文献
• 全文结论
• 致谢
• 硕士阶段发表的文章