水源水庫(kù)中好氧反硝化菌的篩選及脫氮性能研究——以周村水庫(kù)為例.pdf

1、近年來(lái)，隨著好氧反硝化菌的發(fā)現(xiàn)，顛覆了人們對(duì)生物反硝化脫氮過(guò)程的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，生物好氧反硝化脫氮也成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。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(qiáng)，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(duì)于天然水體，特別是水源水庫(kù)的脫氮研究報(bào)道很少。本文針對(duì)水源水庫(kù)氮污染以及內(nèi)源污染厭氧釋放問(wèn)題，將生物凈化和揚(yáng)水曝氣充氧技

2、術(shù)有機(jī)結(jié)合，從周村水源水庫(kù)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(kù)原水脫氮實(shí)驗(yàn)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(yáng)水曝氣供氧技術(shù)，在控制內(nèi)源污染厭氧釋放的同時(shí)，有效強(qiáng)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(kù)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(cè)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(bào)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(bào)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(kù)發(fā)現(xiàn)并首次報(bào)道的具有好氧反硝化特性的2類新菌屬。⑵優(yōu)勢(shì)菌株的脫氮特性及機(jī)理分析。結(jié)合周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因（napA）的PCR擴(kuò)增檢測(cè)，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(kuò)增檢測(cè)、好氧反硝化過(guò)程氮平衡計(jì)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(cè)定等方面對(duì)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(shì)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(shuō)明菌株對(duì)氧氣耐受范圍較廣。菌株WP1、WP27、WP278同時(shí)具有異養(yǎng)硝化-好氧反硝化特性。菌株ZF31基因組可以擴(kuò)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(jì)算結(jié)果表明ZF31

6、在好氧反硝化過(guò)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(cè)，最大的總氮脫除率為90.96%。模型預(yù)測(cè)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(yíng)養(yǎng)脫氮功能菌群的構(gòu)建。為應(yīng)對(duì)微污染水源水庫(kù)復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題，根據(jù)生態(tài)重組策略，利用8株優(yōu)勢(shì)菌株構(gòu)建了26組功能菌群，考察各菌群在貧營(yíng)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(kù)原水脫氮實(shí)驗(yàn)。⑷復(fù)合菌劑在微污染水源水庫(kù)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(kù)原水反