Alcaligenes faecalis strain NR異養(yǎng)脫氮性能及其代謝途徑初探.pdf

1、異養(yǎng)脫氮是指異養(yǎng)微生物在好氧情況下將氨氮(NH4+-N)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮的生物脫氮過程。Alcaligenes faecalis strain NR從具有高效同步硝化反硝化脫氮效率的膜生物反應(yīng)器中分離純化得到。前期的研究已證實(shí)菌株NR具有異養(yǎng)脫氮這一特殊性能。本文首先對(duì)影響Alcaligenes faecalis strain NR脫氮效果的因素進(jìn)行了研究,利用響應(yīng)面法(RSM)對(duì)菌種的培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化;在此基礎(chǔ)上,建立實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的連續(xù)流反

2、應(yīng)器,研究該菌株對(duì)不同負(fù)荷人工配水的脫氮效果,進(jìn)一步研究該菌株對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理效果;最后利用穩(wěn)定同位素技術(shù)對(duì)菌株 NR的脫氮途徑進(jìn)行了探討。
　　在Alcaligenes faecalis strain NR脫氮培養(yǎng)條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中,利用響應(yīng)面法的Box-Behnken方法,對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析,將29組實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)值與各自的影響因素(溫度,pH,轉(zhuǎn)速和C/N)建立起模型關(guān)系,利用3D響應(yīng)面圖和二維平面等值線圖分析各個(gè)因素的優(yōu)化

3、區(qū)間,在此基礎(chǔ)上通過構(gòu)建的二次模型分析得到菌株NR的優(yōu)化培養(yǎng)條件:轉(zhuǎn)速121.6rpm,溫度29.6℃,pH7.2,C/N9.7。在此條件下菌株NR對(duì)NH4+-N去除率可達(dá)到72.7％。
　　在建立的連續(xù)流反應(yīng)器中,進(jìn)水為NH4+-N濃度為150mg/L的人工配水時(shí), NH4+-N去除率可達(dá)到77.0％左右,同時(shí)期反應(yīng)器的總氮(TN)去除率與NH4+-N去除率持平,大約在75.0％左右。進(jìn)水為NH4+-N濃度為200mg/L的人工

4、配水時(shí), NH4+-N去除率也可達(dá)到75.0％左右,同時(shí)期TN去除率也可達(dá)到70.0％左右。改變?nèi)斯づ渌甆H4+-N濃度為90mg/L,提高 C/N為20后 NH4+-N去除率最高可達(dá)85.1％,TN去除率最高為76.4％?？傆袡C(jī)碳(TOC)濃度在反應(yīng)器運(yùn)行初期逐漸降低,隨著反應(yīng)器的運(yùn)行,TOC的去除率可高達(dá)90％以上。
　　人工配水作為反應(yīng)器的進(jìn)水運(yùn)行94天后,換成養(yǎng)豬廢水作為反應(yīng)器的進(jìn)水。由于養(yǎng)豬廢水成分復(fù)雜,首先利用搖瓶實(shí)驗(yàn)

5、檢測(cè)菌株NR對(duì)養(yǎng)豬廢水的脫氮效果。其中,60小時(shí)內(nèi)對(duì)去了懸浮固體(SS)的養(yǎng)豬廢水有76.8％的NH4+-N去除率和64.3％的TN去除率;60小時(shí)內(nèi)對(duì)不進(jìn)行SS去除的養(yǎng)豬廢水有78.3％的NH4+-N去除率和65.1％的TN去除率。為避免反應(yīng)器堵塞,選用去除SS的養(yǎng)豬廢水作為反應(yīng)器進(jìn)水,考察反應(yīng)器對(duì)養(yǎng)豬廢水的運(yùn)行情況。結(jié)果表明,設(shè)置水力停留時(shí)間為4d,C/N為10,曝氣速率為100~200mL/min時(shí),反應(yīng)器對(duì)養(yǎng)豬廢水的NH4+-N

6、去除率和TN去除率分別為70.0％和71.0％。
　　本文最后根據(jù)異養(yǎng)脫氮的假想途徑,分別以氨氮及其代謝中間產(chǎn)物(亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮)作為唯一氮,并對(duì)分別對(duì)其進(jìn)行同位素標(biāo)記,利用同位素氣體質(zhì)譜儀(GC-IRMS)測(cè)試氣態(tài)產(chǎn)物氮?dú)夂脱趸瘉喌?5N千分差(δ15N),結(jié)果證實(shí)了N2O和N2的存在。最后推測(cè)出菌株NR的代謝途徑:NR將NH4+-N氧化為NH2OH,再由NH2OH氧化為NO2--N,再由菌種的硝化作用生成NO3--N,