异养硝化细菌的筛选及硝化性能研究

论文摘要

异养硝化细菌能够将环境中的还原态氮氧化成硝态氮,有效去除环境中氮素的污染,为生物脱氮技术提供了一个新的思路。为了筛选对高浓度NH3-N养殖废水具有高效硝化能力的菌株,研究其硝化性能,本文比较了几种已报道的筛选方法和不同生境中异养硝化细菌筛选效果,确定了以乙酰胺为唯一碳源和氮源,从高NH3-N生境中可以筛选到高效的异养硝化细菌。通过富集培养分离,从养猪场沼气池出水口水中分离到一株异养硝化细菌,并根据部分长度的16S rDNA序列进行了系统发育分析。16S rDNA的序列分析鉴定,该菌株与Paracoccus denitrificans具有99%相似性,结合生理生化实验分析认定该菌株是一株脱氮副球菌,命名为P. denitrificans FJAT-14899.从不同地点的养猪废水中共分离到24株异养硝化细菌,利用REP-PCR技术结合BOX-PCR和ERIC-PCR研究异养硝化细菌的分子多态性。通过对电泳结果进行聚类分析,结果显示REP-PCR技术可以将同类菌株聚在一起,不同种类的异养硝化细菌间的分子差异明显。菌株P. denitrificans FJAT-14899具有高效异养硝化功能,在初始氨氮浓度为104 mg.L-1的异养氨化培养基中培养12h后,氨氮和总氮去除率可达81.7%和53.7%,最终氨氮和总氮去除率可达90.1%和61.3%,且培养液中无明显的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮累积。在实验条件下,考察了各种因素对P. denitrificans FJAT-14899脱氮特性的影响。研究结果表明接种量越大,菌株脱氮效果越好,且在低接种量0.01%时,培养20 h后仍可达到良好的脱氮效果；菌株对环境中氨氮浓度的最大耐受值为600 mg.L-1；菌株进行脱氮作用的最佳条件为C/N8, pH 8-9.温度35℃,在此条件下,8h内菌株P. denitrificans FJAT-14899氨氮去除率达90.8%,总氮去除率59.5%。比较不同材料制作P. denitrificans FJAT-14899固定化小球的效果,选取海藻酸钠钙法制作固定化小球,经试验比较在海藻酸钠3%、CaCl23%、包埋18h时,制作的固定化小球性能最佳。研究固定化菌体对氨氮的去除特性,结果显示在异养氨化培养基中,固定化菌体除氮时间比游离菌体时间长,但在实际养殖污水的处理中中,固定化菌体显示出良好的环境耐受性和除氮特性,利用固定化小球处理初始氨氮浓度382.7 mg.L-1的养猪废水,24h后氨氮去除率达68%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 养猪废水的危害
• 1.1 水质污染
• 1.2 农田污染
• 1.3 大气污染
• 2 养猪废水脱氮技术
• 2.1 传统生物脱氮技术
• 2.2 新型异养硝化脱氮技术
• 3 异养硝化细菌的研究进展
• 3.1 异养硝化细菌的富集与培养
• 3.2 异养硝化细菌的种类
• 3.3 异养硝化细菌的功能
• 3.3.1 异养硝化细菌的硝化功能
• 3.3.2 异养硝化细菌的反硝化功能
• 3.3.3 异养硝化细菌功能的影响因素
• 3.4 异养硝化细菌的应用
• 3.5 异养硝化细菌的固定化
• 3.5.1 固定化包埋材料
• 3.5.2 固定化技术在含氮废水中的应用
• 4 本研究的主要内容及创新点
• 第二章 异养硝化细菌的分离及鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.1.1 样品信息
• 1.1.2 培养基
• 1.1.3 主要仪器设备
• 1.2 方法
• 1.2.1 异养硝化细菌菌株分离与筛选
• 1.2.2 菌株鉴定
• 2 结果与分析
• 2.1 异养硝化细菌菌株分离和筛选
• 2.2 异养硝化细菌的鉴定结果
• 2.2.1 异养硝化细菌硝化活性分析
• 2.2.2 异养硝化细菌FJAT-14899的生理特性
• 2.2.3 异养硝化细菌FJAT-14899生长曲线测定
• 2.2.4 异养硝化细菌FJAT-14899的16S rDNA的鉴定
• 3 讨论
• 第三章 异养硝化细菌种类分子多态性分析
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.1.1 菌株
• 1.1.2 培养基
• 1.1.3 主要仪器设备
• 1.2 方法
• 1.2.1 异养硝化细菌菌株的BOX-PCR分析
• 1.2.2 异养硝化细菌菌株的REP-PCR分析
• 1.2.3 异养硝化细菌菌株的ERIC-PCR分析
• 1.2.4 异养硝化细菌菌株的多态性分析
• 2 结果与分析
• 2.1 异养硝化细菌菌株的BOX-PCR多态性分析
• 2.2 异养硝化细菌菌株的REP-PCR多态性分析
• 2.3 异养硝化细菌菌株的ERIC-PCR多态性分析
• 2.4 异养硝化细菌种类的分子多态性分析
• 3 讨论
• 第四章 异养硝化细菌P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.1.1 菌株
• 1.1.2 培养基
• 1.1.3 主要仪器设备
• 1.2 方法
• 1.2.1 分析测试方法
• 1.2.2 P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的测定
• 1.2.3 接种量对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 1.2.4氮源种类对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 1.2.5 C/N对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 1.2.6 氮源浓度对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 1.2.7 pH对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 1.2.8 温度对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 1.2.9 最佳环境条件下P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能
• 2 结果与分析
• 2.1 标准曲线测定
• 2.2 P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能
• 2.3 接种量对P.denitrificans FJAT-1489脱氮性能的影响
• 2.4 不同氮源对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 2.5 C/N对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 2.6 氮源浓度对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 2.7 pH对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 2.8 温度对P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能的影响
• 2.9 最佳环境条件下P.denitrificans FJAT-14899脱氮性能
• 3 讨论
• 第五章 异养硝化细菌P.denitrificans FJAT-14899的固定化研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.1.1 菌株
• 1.1.2 培养基
• 1.1.3 主要仪器设备
• 1.2 方法
• 1.2.1 P.denitrificans FJAT-14899固定化材料的筛选
• 1.2.2 P.denitrificans FJAT-14899固定化条件的研究
• 1.2.3 保存时间对固定化小球中菌株活性的影响
• 1.2.4 固定化小球的脱氮效果
• 1.2.5 P.denitrificans FJAT-14899固定化小球污水脱氮效果
• 2 结果与分析
• 2.1 固定化材料的筛选
• 2.2 P.denitrificans FJAT-14899固定化条件的研究
• 2.2.1 海藻酸钠浓度对固定化的影响
• 2浓度对固定化的影响'>2.2.2 CaCl₂浓度对固定化的影响
• 2.2.3 包埋时间对固定化的影响
• 2.3 保存时间对FJAT-14899活性的影响
• 2.4 P.denitrificans FJAT-14899固定化小球脱氮效果
• 2.5 P.denitrificans FJAT-14899固定化小球污水脱氮效果
• 3 讨论
• 参考文献
• 附录
• 个人简历
• 致谢