好氧有效微生物群反硝化的研究

论文摘要

氮素是水体污染中的一类重要的污染物,对人体健康和环境有极大的危害,它主要以有机氮和无机氮两种形式存在。传统的生物脱氮是通过硝化和反硝化两个过程完成的,首先氨氮由自养的硝化细菌在好氧条件下转化为硝态氮,然后再通过异养的反硝化细菌在缺氧条件下将硝态氮还原为氮气,排出水体。因此,脱氮过程工艺环节较多,处理成本高,操作条件复杂等不足,极大地限制了生物脱氮技术的应用。好氧反硝化菌的发现,为生物脱氮提供了新的思路。本论文从土壤中筛选获得高效好氧反硝化有效微生物群,从而为生物脱氮技术提供较好菌源与技术。现将研究结果分述如下;（1）通过反硝化培养基定向筛选,从土壤中分离获得好氧反硝化有效微生物群,该有效微生物群反硝化速率为143.71 mg/L·d,并命名为OAI-EMF。研究表明OAI-EMF在以淀粉为有机碳源时,其反硝化速率达到了144 mg/L·d,Cu2+、Ni2+和Hg2+能抑制OAI-EMF反硝化作用,而Fe3+、Zn2+和Mn2+能激活OAI-EMF反硝化作用。高浓度硝酸盐也能抑制OAI-EMF反硝化作用,而随着C/N的增加OAI-EMF反硝化速率和硝酸盐去除率都增加,在C/N为25∶1条件下,OAI-EMF的硝酸盐去除率达到100%,反硝化速率为184 mg/L·d。（2）通过稀释涂布法从OAI-EMF中分离获得两株细菌,分别编号为NCDX—1和NCDX—2,根据菌株NCDX—1和菌株NCDX—2的生理生化实验,菌株NCDX—1和菌株NCDX—2分别符合动性球菌属（Planococcus sp.）和海球菌属（Marinococcus sp.）的特征,菌株NCDX—2初步鉴定为白色海球菌（Marhwcoccus albus）。通过传统分离纯化技术及其反硝化作用分析,该有效微生物群由两种以上细菌组成。（3）选择聚乙烯醇作为EMF固定化载体,海藻酸钠为成型助剂,通过PVA—硼酸交联法制备了固定化EMF细胞。固定化EMF颗粒具有较好的脱氮生物活性、较好的机械稳定性和抗溶剂酸碱度,从而为固定化EMF在污水处理方面的应用提供了可能性。（4）探讨了固定化EMF脱氮最佳工艺,研究发现固定化EMF在pH6.2-11.2,28℃～32℃,装料系数为20～40%左右的250 mL三角瓶中,培养48 h,固定化EM对硝酸盐的去除率最佳,达到了100%。与游离细胞比较,固定化EMF其对温度稳定性和对pH稳定性都有所提高,说明固定化EMF对外界不良环境的抗性增强了,能较好地适合工业化应用。（5）在初始pH 8.2、空气流量为0.025 m3/h、30℃、将活化的PVA固定化细胞颗粒（湿重）40 g放在装有300 mL脱氮试验培养基的流化床生物反应器（φ40×430mm）中、硝酸盐起始浓度为0.64 g/L条件下,其反硝化动力学规律为;

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 有效微生物群
• 1.1.1 有效微生物群的简介
• 1.1.2 有效微生物群在废水处理中的应用
• 1.1.3 有效微生物群的应用研究存在的问题
• 1.2 反硝化作用
• 1.2.1 好氧反硝化作用的简介
• 1.2.2 好氧反硝化作用的机制
• 1.2.3 好氧反硝化细菌的筛选方法
• 1.2.4 传统生物脱氮技术
• 1.2.5 新型生物脱氮技术
• 1.3 微生物固定化技术
• 1.3.1 微生物固定化技术简介
• 1.3.2 固定化微生物的制备方法
• 1.3.3 应用于固定化微生物的载体
• 1.3.4 固定化微生物在生物脱氮方面的应用
• 1.4 流化床生物反应器
• 1.4.1 流化床生物反应器的简介
• 1.4.2 流化床生物反应器内的硝化反硝化作用
• 1.5 本课题的研究意义及研究内容
• 1.5.1 本课题的研究意义
• 1.5.2 本课题研究内容
• 2 好氧反硝化有效微生物群的筛选及特性的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 硝酸盐浓度测定
• 2.1.5 反硝化速率
• 2.1.6 亚硝酸盐氮浓度测定
• 2.1.7 有效微生物群的筛选
• 2.1.8 有效微生物群的生长曲线的测定
• 2.1.9 有效微生物群脱氮特性
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 好氧反硝化有效微生物群初筛结果
• 2.2.2 好氧反硝化有效微生物群复筛结果
• 2.2.3 有效微生物群（OAI-EMF）的反硝化作用
• 2.2.4 碳源对有效微生物群脱氮速率的影响
• 2.2.5 金属离子对有效微生物群脱氮速率的影响
• 2.2.6 硝酸盐含量对有效微生物群脱氮速率的影响
• 2.2.7 碳氮比（C/N）对有效微生物群脱氮速率的影响
• 2.3 本章小结
• 3 EMF组成成分的初步分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 试剂
• 3.1.3 培养基
• 3.1.4 EMF菌液
• 3.1.5 EMF细菌的分离纯化
• 3.1.6 细菌的形态观察
• 3.1.7 菌落形态的观察
• 3.1.8 菌株的生理生化实验
• 3.1.9 细菌反硝化作用
• 3.1.10 硝酸盐测定
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 EMF细菌分离与纯化结果
• 3.2.2 细菌革兰氏染色结果
• 3.2.3 细菌菌落形态
• 3.2.4 细菌的生理生化实验
• 3.2.5 细菌反硝化作用
• 3.3 本章小结
• 4 EMF的固定化
• 4.1 PVA-硼酸交联聚合原理
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 培养基
• 4.2.4 菌液
• 4.2.5 硝酸盐的测定
• 4.2.6 细菌数的测定
• 4.2.7 游离细胞培养
• 4.2.8 细胞悬浮液的制备
• 4.2.9 PVA-硼酸交联法固定化工艺
• 4.2.10 固定化EMF的活化
• 4.2.11 固定化EMF脱氮活性的稳定性
• 4.2.12 固定化EMF的机械稳定性
• 4.2.13 固定化EMF的抗溶剂酸碱度
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 固定化载体的形态
• 4.3.2 固定化EMF脱氮的稳定性
• 4.3.3 固定化EMF的机械稳定性
• 4.3.4 固定化EMF的抗溶剂酸碱度
• 4.4 本章小结
• 5 固定化EMF脱氮动力学
• 5.1 固定化EMF动力学方程的推导
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 培养基
• 5.2.2 硝酸盐的测定
• 5.2.3 生物量的测定
• 5.2.4 气含率的测定
• 5.2.5 固定化EMF细胞的活化
• 5.2.6 固定化EMF脱氮工艺的研究
• 5.2.7 固定化EMF在流化床中反硝化作用
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 固定化EMF脱氮工艺的研究
• 5.3.2 固定化EMF在流化床中反硝化作用的研究
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 革兰氏阳性好氧和兼性厌氧球菌属的检索
• 附录B 海球菌属的特征
• 附录C 动性球菌属的特征
• 攻读学位期间的研究成果