优选高效脱氮功能菌株及复合脱氮菌群构建研究

论文摘要

现今作为新生物脱氮理论之一的异养硝化—好氧反硝化已成为人们的研究热点并逐渐深入,但涉及脱氮产物研究的报道不多见,关于脱氮菌群构建的研究就更不多见。本论文从实验室反应器及莲花味精厂活性污泥系统中筛选异养硝化-好氧反硝化菌株,对筛选出的异养硝化-好氧反硝化菌株采用正交实验法进行优选,并进一步对脱氮产物N2O采用GC-ECD方法进行跟踪测定,筛选出具有N2O控逸特殊功能的菌株;同时,选取性能优良的异养硝化-好氧反硝化菌株按照生长适应性互补、硝化性能和反硝化性能互补的方式进行两两组合,进行菌群构建研究,构建出环境适应性强的复合菌群。本实验从实验室A和B两个反应器以及莲花味精厂的污泥中共分离筛选出53株菌,其中好氧反硝化菌25株、亚硝化菌8株、硝化菌12株、生化菌8株。25株好氧反硝化菌经硝化性能、反硝化性能测定, 10株硝基氮去除率和氨氮去除率均在50%以上的菌株,分别为WYLW1-2、WYLW1-3、WYLW1-4、WYLW1-6、WYLW1-9、WYLW1-10、WYLW2-4、LH1-1、LH2-1、LH2-3,确定这10株菌为异养硝化-好氧反硝化菌。除WYLW1-9外,其余九株异养硝化-好氧反硝化菌的硝化速度很快;其脱氮模式与传统脱氮模式不同,存在硝化过程中直接脱氮的现象。设计正交实验,对10株异养硝化-好氧反硝化菌进行培养条件优选,其中对WYLW1-6、LH1-1进行两轮的培养条件优选的正交实验,以期缩小实验范围、选出菌株的更为精确的培养条件,对其余8株异养硝化-好氧反硝化菌进行一轮L4（23）正交实验。优选后除WYLW1-9之外其余9株菌氨氮最大去除率、总氮去除率均可达到90%以上。值得指出的是,LH1-1的氨氮去除率高达99.87%。10株菌在优选条件下都能达到同时去除NH4+-N、COD、TN的效果。WYLW1-2、WYLW1-6两株菌有强适应性,培养一开始就迅速进入对数生长期。值得一提的是,WYLW1-2在培养第32h时生长量已经达到最大,氨氮去除率97.08%,最大氨氮去除速度3.54mg/L·h,是一株极具应用价值的实用型菌株。最大氨氮去除速度的菌株为WYLW2-4,速度为4.71 mg/L·h,同时其COD去除率为91.20%。与文献中仅是异养硝化菌的Bacillus sp. LY相比,本论文所研究的10株菌均为异养硝化-好氧反硝化菌,而且除WYLW1-9之外,其余9株菌无论是氨氮去除率、总氮去除率还是达最大生长量所需时间,均比Bacillus sp. LY具有环境优势。与文献值中同为异养硝化-好氧反硝化菌的A. faecalis No.4相比,WYLW2-4的最大氨氮去除速度和A. faecalis No.4几乎一样,但是WYLW2-4的最大生长量时间更短,仅为75h,比A. faecalis No.4缩短了18h,WYLW2-4比A. faecalis No.4更具环境竞争优势。选取适应性最强的WYLW1-2、WYLW1-6两株菌经脱氮产物N2O跟踪测试,证明这两株菌具有N2O控逸特殊功能。发酵罐扩大培养后,这两株菌的氨氮去除率分别从摇瓶培养的92.40%、95.21%提高到94.56%、97.19%。N2O-N产量占TIN去除量仅为0.424%和0.598%。将WYLW1-2、6、10,WYLW2-4,LH1-1,LH2-1,LH2-3这7株菌以两两组合的方式进行菌群构建,得到17种组合菌群。其中复合1（WYLW1-10,WYLW2-4）、4（WYLW1-10,LH2-3）、6（WYLW2-4,LH2-1）、11（WYLW 1-2,WYLW 1-6）、12（WYLW 1-2,LH 1-1）、15（WYLW 1-6,LH 1-1）仍能保持较高的氨氮和总氮去除率,均在90%以上。菌群中的两株菌之间无冲突现象,并能够相互促进,发挥其最大群体优势。复合菌群较单一菌株启动更加迅速,最快的启动时间缩短了一半。菌群12可耐受盐度高达3.5%的废水,在氨氮浓度80、120、160mg/L的条件下,可以达到65%以上的氨氮去除率。该菌群可耐受高盐度、高氨氮浓度,适宜工程上示范推广应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 传统生物脱氮
• 1.2 脱氮理论的新发展
• 1.2.1 异养硝化作用研究进展
• 1.2.1.1 异养硝化菌株的筛选
• 1.2.1.2 异养硝化作用机理
• 1.2.1.3 异养硝化作用的影响因素
• 1.2.2 好氧反硝化作用研究进展
• 1.2.2.1 好氧反硝化菌株的筛选
• 1.2.2.2 好氧反硝化的作用机理
• 1.2.2.3 好氧反硝化菌的分离筛选方法
• 20 控逸研究'>1.3 N₂0 控逸研究
• 20 控逸的影响因素'>1.3.1 N₂0 控逸的影响因素
• 20 控逸脱氮菌株的应用研究进展'>1.3.2 N₂0 控逸脱氮菌株的应用研究进展
• 1.4 复合脱氮菌群构建研究
• 1.5 本实验室在本课题所研究领域内取得的主要成果
• 1.6 本论文的研究意义与内容
• 1.6.1 本论文的研究目的与意义
• 1.6.2 本论文的研究内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器设备
• 2.1.3 实验所用培养基
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 异养硝化-好氧反硝化菌株的分离筛选
• 2.2.1.1 好氧反硝化菌株的分离
• 2.2.1.2 好氧反硝化菌株的优选
• 2.2.1.3 异养硝化—好氧反硝化菌株的分离
• 2.2.2 异养硝化-好氧反硝化菌株的优选
• 2.2.3 异养硝化-好氧反硝化菌株的活化及培养
• 2.2.4 分析测定方法
• 2.2.5 发酵罐扩大培养
• 20 逸出量的计算'>2.2.6 N₂0 逸出量的计算
• 2.2.7 实验所用标准曲线
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 异养硝化—好氧反硝化菌的初步筛选
• 3.1.1 菌株来源
• 3.1.2 好氧反硝化菌、自养硝化菌、生化菌的分离筛选
• 3.1.2.1 好氧反硝化菌、自养硝化菌、生化菌的分离筛选步骤及方法
• 3.1.2.2 好氧反硝化菌、自养硝化菌、生化菌的分离筛选结果
• 3.1.2.3 好氧反硝化菌的反硝化性能测定
• 3.1.3 异养硝化-好氧反硝化菌的筛选
• 3.1.4 本节小结
• 9（3⁴）正交实验'>3.2 WYLW1-6 菌和LH1-1 菌的L₉（3⁴）正交实验
• 3.2.1 优选WYLW1-6 菌的硝化性能培养条件
• 9（3⁴）正交实验'>3.2.1.1 WYLW1-6 菌L₉（3⁴）正交实验
• 3.2.1.2 WYLW1-6 菌优选条件下的跟踪实验
• 3.2.1.3 WYLW1-6 菌实验结果分析
• 3.2.2 优选LH1-1 菌的硝化性能培养条件
• 9（3⁴）正交实验结果'>3.2.2.1 LH1-1 菌的L₉（3⁴）正交实验结果
• 3.2.2.2 LH1-1 菌优选条件下的跟踪实验
• 3.2.2.3 LH1-1 菌正交实验结果分析
• 3.3 异养硝化—好氧反硝化菌株的培养条件优选
• 3.3.1 菌株WYLW1-2 的正交实验结果
• 3.3.2 菌株WYLW1-3 的正交实验结果
• 3.3.3 菌株WYLW1-4 的正交实验结果
• 3.3.4 菌株WYLW1-6 的正交实验结果
• 3.3.5 菌株WYLW1-9 的正交实验结果
• 3.3.6 菌株WYLW1-10 的正交实验结果
• 3.3.7 菌株WYLW2-4 的正交实验结果
• 3.3.8 菌株LH1-1 的正交实验结果
• 3.3.9 菌株LH2-1 的正交实验结果
• 3.3.10 菌株LH2-3 的正交实验结果
• 3.3.11 本节小结
• 20 控逸脱氮菌株'>3.4 筛选N₂0 控逸脱氮菌株
• 20 控逸研究'>3.4.1 WYLW1-2 菌的脱氮性能及N₂0 控逸研究
• 3.4.1.1 WYLW1-2 菌的液相脱氮性能跟踪测定
• 20 控逸研究'>3.4.1.2 WYLW1-2 菌的N₂0 控逸研究
• 20 控逸研究'>3.4.2 WYLW1-6 菌的脱氮性能及N₂0 控逸研究
• 3.4.2.1 WYLW1-6 菌的脱氮性能跟踪测定
• 20 控逸研究'>3.4.2.2 WYLW1-6 菌的N₂0 控逸研究
• 3.4.3 本节小结
• 3.5 复合脱氮菌群构建研究
• 3.5.1 优选高效复合脱氮菌群
• 3.5.2 高效脱氮菌群的耐盐性研究
• 3.5.3 高效脱氮菌群在不同氨氮浓度下的脱氮性能研究
• 3.5.4 本节小结
• 第四章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 附录A 正交实验数据表
• 附录B 符号、缩略语对照表
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢