水源水庫中好氧反硝化菌的篩選及脫氮性能研究——以周村水庫為例.pdf

1、近年來，隨著好氧反硝化菌的發(fā)現(xiàn)，顛覆了人們對生物反硝化脫氮過程的傳統(tǒng)認(rèn)識，生物好氧反硝化脫氮也成為當(dāng)前研究熱點。已有研究表明，好氧反硝化菌在自然環(huán)境中廣泛存在，其耐氧適應(yīng)性強，可利用碳源范圍廣，在自然水體生物修復(fù)方面極具應(yīng)用潛力，然而，目前有關(guān)好氧反硝化菌的應(yīng)用研究主要集中于高濃度廢水生物處理系統(tǒng)，關(guān)于好氧反硝化菌群對于天然水體，特別是水源水庫的脫氮研究報道很少。本文針對水源水庫氮污染以及內(nèi)源污染厭氧釋放問題，將生物凈化和揚水曝氣充氧技

2、術(shù)有機結(jié)合，從周村水源水庫沉積物中篩選出高效好氧反硝化菌株，研究它們的脫氮特性、途徑及產(chǎn)物，根據(jù)生態(tài)重組戰(zhàn)略構(gòu)建功能菌群，獲得能夠在水源水庫原水脫氮實驗中具有較好好氧反硝化脫氮性能的混合菌劑。該菌劑可以結(jié)合揚水曝氣供氧技術(shù)，在控制內(nèi)源污染厭氧釋放的同時，有效強化水源水中總氮去除效能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴好氧反硝化細(xì)菌的馴化、篩分。采用不同的反硝化菌富集馴化方法，從微污染水源水庫的沉積物中獲得693株菌株，從中篩選出33株高

3、效的好氧反硝化菌。16S rDNA測序鑒定結(jié)果顯示33株好氧反硝化菌株屬于八大類不同屬種，其中Pseudomonas spp.、Bacillus spp.、Acinetobacter spp.、Zoogloea spp.是目前報道較多的具有好氧反硝化特性的菌屬；關(guān)于發(fā)現(xiàn)Sinorhizobium spp.、Iron-reducing spp.具有好氧反硝化特性報道則較少；而Streptomyces spp.及Ensifer spp.則是

4、本研究最新在飲用水源水庫發(fā)現(xiàn)并首次報道的具有好氧反硝化特性的2類新菌屬。⑵優(yōu)勢菌株的脫氮特性及機理分析。結(jié)合周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因（napA）的PCR擴增檢測，從初篩的33株好氧反硝化菌中復(fù)篩出8株菌：ZF10、ZF31、WP1、WP27、WP129、WP152、WP278、WP404。從反硝化功能基因擴增檢測、好氧反硝化過程氮平衡計算、RSM方法構(gòu)建脫氮效率與環(huán)境因子的數(shù)學(xué)模型以及異養(yǎng)硝化特性、氧氣耐受能力測定等方面對優(yōu)選菌株脫氮性

5、能進(jìn)行深入分析，為將菌種應(yīng)用于微污染水源水生物脫氮提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。結(jié)果表明，6株優(yōu)勢WP菌株在DO：1.6±0.5~7.8±0.5mg/L范圍內(nèi)，氮去除率始終保持在55％以上，說明菌株對氧氣耐受范圍較廣。菌株WP1、WP27、WP278同時具有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化特性。菌株ZF31基因組可以擴增出napA、nirS、nirK、norB、 nosZ功能基因，是可以進(jìn)行完全反硝化作用(終產(chǎn)物為 N2)的微生物；氮平衡計算結(jié)果表明ZF31

6、在好氧反硝化過程中，大約19.78±2.10%的硝氮轉(zhuǎn)化成為細(xì)胞內(nèi)氮，約75%的氮被轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物；利用RSM法構(gòu)建反硝化脫氮數(shù)學(xué)模型，分析得到 ZF31反硝化脫氮最優(yōu)條件為：C/N比為6.68,溫度為27.72 ℃，轉(zhuǎn)速為54.15轉(zhuǎn)/分，初始pH值為8.23。根據(jù)在最優(yōu)條件下的模型預(yù)測，最大的總氮脫除率為90.96%。模型預(yù)測結(jié)果表明ZF31在低C/N（=3）、低溫（=10 ℃）下仍有較高脫氮能力，具有應(yīng)用于水源水環(huán)境修復(fù)的前景和潛

7、力。⑶貧營養(yǎng)脫氮功能菌群的構(gòu)建。為應(yīng)對微污染水源水庫復(fù)雜的環(huán)境問題，根據(jù)生態(tài)重組策略，利用8株優(yōu)勢菌株構(gòu)建了26組功能菌群，考察各菌群在貧營養(yǎng)配水中的脫氮效果，復(fù)合菌群L2的NO3--N和TIN的去除率分別達(dá)到67.3%和59.6%，L9的NO3--N和TIN的去除率分別達(dá)到70.2%和60.3%，選擇復(fù)合菌劑L2和L9進(jìn)行水庫原水脫氮實驗。⑷復(fù)合菌劑在微污染水源水庫原水中的脫氮效能及生態(tài)影響分析。將復(fù)合菌劑L2和L19投加在水庫原水反