《高效硝化、反硝化菌的筛选及性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高效硝化、反硝化菌的筛选及性能研究（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Z h e ji a n g A & F U n i v e r s i t y D i s s e r t a t i o n f o rt h e D e 黟e e o fM a s t e r 。 I s o l a t i o na n d C h a r a c t e r i z a t i o nR e s e a r c ho f H i g hE f f i c i e n c y N i t r i f i e ra n dD e n i t r i f i e r C a n d i d a t e ：扎N GH u i x i a A d v i s e r ：X I
2、A O J i b o ，A s s o c i a t eP r o f e s s o r S p e c i a l i t y ： S o i lS c i e n c e D a t eo fS u b m i s s i o n ：J u n e7 ，2 0 1 2 Z h e j i a n g A & F U n i v e r s i t y L i n a n ，Z h e j i a n gP r o v i n c e ，P R C h i n a J u n e ，2 0 1 2 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文，是受国家水体污染控制与治理科技重大专项“太湖流域
3、苕 溪农业面源污染河流综合整治技术集成与示范工程”项目的资助，在指导教师指导下，通过我 的努力取得的成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已经作了答谢 的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果，也不包含在浙江农林大学或其他教 育机构获得学位或证书而使用过的材料。与我一同对本研究做出贡献的同志，都在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。如被查有严重侵犯他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位论文作者亲毫签名：数日期：丝! 兰：叠：2 论文使用授权的说明 本人完全了解浙江农林大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权送交论文的复印 件，允许论文被查阅和借阅；学
4、校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。口 不保密。本学位论文属于不保密。 孑 ( 请在方框内打“”) 学位论文作者亲笔签名： 趋蕴。亟日期：幽 指导教师亲笔签名： 宿蓖坡日期：加，a 多7 7 0 ，J 入 ”， I I 摘要 摘要 氮污染是造成水环境污染的重要因素之一。氮浓度过高会对水体生态和人类健康 造成一定危害。传统生物脱氮由硝化、反硝化两个独立的反应过程组成。作用于各反 应阶段的不同菌群对营养及D O ( 溶解氧) 的要求各异，造成脱氮工艺复杂，极大地 限制了生物脱氮在实际工程中的应用。本文针对上述不足，从稳定运行
5、的生物接触氧 化反应器中筛分出在营养需求方面可以共存的异养型硝化菌、反硝化菌、好氧反硝化 菌，对它们的性能及影响因素进行了研究；从实际应用出发，将筛得菌株投入自制的 兼具厌氧和好氧功能的一体化接触氧化反应器中，研究复合菌群同步硝化反硝化处理 生活污水的效果。 分别从稳定运行处理竹子加工废水的生物接触氧化反应器中分离、诱变得到异养 硝化菌J Z l 。l 、反硝化菌a r i D 7 、好氧反硝化菌D N 7 0 经形态学、生理生化特性及 1 6 S r D N A 同源性分析，分别鉴定为胶样菌属C o l l o i d e s s p 、门多萨假单胞菌 P s e u d o m o n a
6、 s m e n d o c i n a 、根瘤菌中的D e f l u v i b a c t e rl u s a t i e n s i ss t r ：。 异养硝化菌株J Z l 。1 对柠檬酸钠利用较好；C N 为1 0 1 4 、3 0 0 C 、转速1 5 0r m i n 。1 以上和偏中性条件有利于氨氮的降解；对中高浓度氨氮废水( 1 0 0m g L 。s 氨氮浓度 5 5 0 0m g L - 1 ) 降解效果显著。5 次继代培养结果显示，菌株的稳定性较好。 反硝化菌a r i D 7 的氮源底物较宽，对中低浓度硝酸盐氮( 、 o 2 m g L 一，磷含量 0 0 2
7、m g L 。1 时，就会造成水体的富营养化【2 】，从而过多的消耗水体中的溶解氧， 致使水中其它生物大量死亡，使水体生态系统遭到破坏。富营养化水体会造成水体 透明度下降，且一些藻类发出的恶臭会影响水体观赏价值，造成水体景观的严重破 坏。近年来，滇池、太湖等水域均出现蓝藻的大规模爆发现象，河湖富营养化形势 严峻。金树权等【3 】通过研究宁波农村地区河流污染特征发现村镇河流的N H 4 + - N 和 T P 有9 2 7 和6 5 6 的时间内断面为劣五类水质。孟令尧等【4 】监测得到滹沱河流域 各支流源头区地表水本底状态下的总氮浓度为0 2 2 3 5 6 3 1 m g L ，总磷浓度为
8、0 0 2 4 0 6 8 3 m g L ，说明滹沱河流域本底状态下非点源污染水平较高。水体富营养 化现象的日益严重已引起人们的广泛关注。 ( 2 ) 影响人体健康及渔业发展 水体中硝态氮和亚硝态氮转化成的亚硝胺经生物富集进入人体后会产生一定 危害作用，长时间作用于人体则会致癌【5 】；此外，亚硝酸盐能将血液中的亚铁血红 蛋白氧化成高铁血红蛋白，从而使人体失去携氧能力而窒息。在渔业发展中，分子 态氨对鱼类有剧毒，会使鱼类产生毒血症【酗。参照鱼类增养殖学，水中游离氨的 浓度O 0 5 0 1 m g L J 为可允许的极限值，超过此阈值则会造成鱼类大量死亡 7 1 。 ( 3 ) 加大水处理难
9、度，增加处理成本 针对水体富营养化现状，目前常用的治理方法主要有人工打捞、化学除藻、絮 凝沉淀法及相关生物生态技术【8 】o 富营养化现象的严重化，会增加人工打捞藻类的 成本及相关药剂的投加量。苏俊峰等【9 】发现以氯气法处理污水中的氨氮，增加1g 氨氮，相应的氯气量将增加8 1 0 9 。 综上，氮污染的危害对水体生态、人类健康及社会发展造成了极大威胁。氮污 染控制已受到越来越多的重视，如何经济有效的治理水体中的氮污染已成为水污染 领域的研究热点之一。 高效硝化、反硝化菌的筛选及性能研究 1 2 废水脱氮研究进展 1 2 1 物化处理技术 应用于氮污染治理领域的物化处理技术主要有膜分离法、离
10、子交换法、吹脱法、 折点加氯法、活性炭吸附、化学沉淀法、蒸汽汽提法等。其中吹脱法与蒸汽汽提法 适用于高浓度氨氮废水的治理。但这二种方法存在运行费用高、易造成二次污染等 缺点。活性炭吸附法在深度氮处理中应用较广泛，但活性炭价格昂贵，在大规模污j 水处理中应用较少。膜分离法即以化学位或外界能为推动力，利用具有选择透过性 的薄膜来实现废水中组分的分离。该法处理效率高，且投资小、占地少、操作简便， 在低浓度废水脱氮处理中得到了一定的应用【1 叫，但运行过程中易出现膜污染现象， 导致系统运行稳定性差，成分较复杂的废水需要进行预处理后才能使用此法。离子： 交换法是一种特殊的吸附过程，指离子交换剂上的交换离
11、子与溶液中的其它离子之 间的交换反应【1 1 】，该法流程短，效果较明显。R o z i c 等 1 2 研究发现，以天然沸石作 为离子交换剂，对低氨氮浓度废水的脱氨率可达6 0 以上，效果良好。但该法操作 要求较严格，处理对象多为再生废水，且交换树脂用量大，树脂易中毒，导致投资 高。折点加氯法的反应原理为：2 N H 4 十+ 3 H O C IN 2 + 3 C 1 + 3 H 2 0 + 5 H + ；1 5 N a O C I + N H 4 + O 5 N 2 + 1 5 N a C I + I 5 H 2 0 + 矿。因反应过程产酸，需不断加碱中和，增加了运行 成本，且反应易产生致
12、癌物。化学沉淀法则通过向河流中加入化学药剂，使之与废 水中的含氮物质反应，生成沉淀，从而达到脱氮的效果。贾玉鹤等【1 3 】采用磷酸铵镁7 沉淀法去除垃圾渗滤液中的氨氮j 结果发现p H9 5 ，M g ：N ：P1 ：1 ：1 时，氨氮去除率 可达9 5 5 ，处理效果良好。但该法需对废水的p H 进行调节，沉淀量大，易造成 水体二次污染。 物化法操作简便，见效快，但多数物化法均存在用药量大、需要酸碱中和、易 造成二次污染、不宜用于大规模工业化处理等缺点，今后物化法的研究应注重于经 济高效沉淀剂的研发、加强吸附剂性能的优化，并结合传统物理、化学方法的优点， 发展多工艺结合的综合工艺。 1 2
13、 2 传统生物脱氮技术 传统生物脱氮技术认为微生物的硝化作用和反硝化作用是两个完全独立的主 体。好氧条件下，污水中的氨氮经自养硝化菌转变为硝酸盐和亚硝酸盐，然后在厌 氧条件下通过反硝化作用还原成氮气【1 4 1 。 1 2 2 I 硝化作用 传统的硝化理论中，硝化作用是由亚硝酸细菌和硝酸细菌这两类自养菌共同完 成。硝酸细菌的作用主要为将铵根氧化为亚硝酸根，参与硝化反应的硝酸菌主要有 亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化毛杆菌属、亚硝化囊杆菌属、亚硝化枝杆菌 l 文献综述 属5 个属。后亚硝酸根经硝酸菌氧化为硝酸根。参与这部分反应的硝酸菌主要有硝 酸球菌属、硝酸刺菌属和硝酸螺菌属。参与硝化的细菌多
14、为严格需氧菌。其主要特 性是自养性、生长速率低、好氧性、依附性和产酸性。由于硝化细菌的世代时间长 ( 平均在1 0 h 以上) ，致使繁殖速度快的伴生异养细菌超过硝化菌。且硝化细菌具 有生长在固体表面的习性，这给分离工作带来许多不便。 1 1 2 1 2 2 反硝化作用 反硝化是微生物在厌氧或缺氧条件下将N 0 3 - N 还原成N 2 0 或N 2 的过程。参与 反硝化作用的细菌大多为异养型兼性厌氧细菌【15 1 ，主要菌属分布为产碱杆菌属和假 单胞菌属。少数反硝化菌( 如脱氮硫杆菌) 为自养型，该菌类一般不以有机物作为 氮源和能源，而以氧化硫或硝酸盐来获得能量，不适于高C O D 含氮废水
15、的降解。 工程运用中，传统生物脱氮技术也存在诸多不足：1 ) 由于硝化茵与反硝化菌 对需氧要求的不同，且世代时间不一样，使两者很难共存；2 ) 硝化过程中产生的 酸度会影响后续反硝化反应的进行，工程实践中常运用中和法进行处理，增加了运 行费用；3 ) 鉴于自养硝化菌生长较为缓慢，多数污水处理厂通过增加H R T 来提高 生物浓度，这势必造成运行费用的增加。 1 2 3 新型生物脱氮技术 近年来，随着科技的发展及水体氮污染问题的日益突出，越来越多的学者开始 致力于新型高效脱氮技术的研发，并取得了一定的成果。主要的新型脱氮技术有异 养硝化、好氧反硝化、厌氧氨氧化、同步硝化反硝化等。 1 2 3 1
16、 异养硝化 异养硝化是微生物在利用有机底物的同时将氨氮转化为羟胺、亚硝酸盐和硝酸 盐的过程【l6 1 。与传统自养型硝化菌相比，异养硝化菌的分解效率偏低，但异养菌具 有生长速率快、细胞产量高、要求溶解氧浓度低等优点( 1 7 】，在自然环境中的数量远 大于自养硝化菌，从而有效解决了传统生物硝化处理启动时间长，条件要求苛刻等 问题，在工艺上扩大了自养硝化菌所不能处理的水质范围【1 8 - 2 0 1 。因此，近年来，异 养硝化菌的研究及其应用成为了国内外的热点 2 1 - 2 3 】。 早于2 0 世纪初，异养硝化现象被发现在土壤中。近年来，有学者相继从活性 污泥【2 4 1 、旋转生物电流接触器R B C C 2 5 】等不同水处理系统中分离得到异养硝化菌， 并对其脱氮效率进行了研究。结果发现，经异养硝化菌强化的水处理系统，其耐冲 击负荷能力更强，脱氮能力有所提高。樊杰等【2 6 】从活性污泥中分离得一
