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污水脱氮处理工艺研究

在污水脱氮处理研究中,以微生物为主的活性污泥法一直占主导地位.传统的脱氮工艺是先依靠硝化细菌的硝化作用将污水中的NH4+-N氧化为NO2--N或NO3--N,然后再利用反硝化菌将它们反硝化为N2;近年来利用异养硝化-好氧反硝化菌的同步硝化反硝化功能等新型脱氮方式现在也备受关注.国内外学者近来筛选出多种异养硝化-好氧反硝化菌.异养硝化是指微生物利用有机物作为碳源同时将NH4+-N转化为NH2OH、NO2--N、NO3--N等的过程;好氧反硝化是指微生物在有氧气和碳源存在的条件下,利用氧气和NO2--N或NO3--N作为电子受体的呼吸作用,这与反硝化作用只能在缺氧或厌氧条件下进行这一传统观点不同,也使NH4+-N在好氧条件下直接转化为气体即同步硝化反硝化作用成为可能.

迄今为止关于异养硝化-好氧反硝化菌的报道大多数都将重点放在菌株的最适生长条件如温度、pH、C/N上,或将异养硝化作用和好氧反硝化作用分开研究;而将二者同时研究或与缺氧反硝化相比较的报道较少.本实验从缺氧污泥中筛选出1株具有异养硝化-好氧反硝化和厌氧反硝化功能的菌株进行鉴定,并深入探究了其脱氮性能,以期为异养硝化-好氧反硝化脱氮技术及其在污水生物处理工程中的应用提供理论支持.

1材料与方法1.1培养基

基础培养液(g·L-1)：NaCl1.0,MgCl2·6H2O0.5,KH2PO40.2,KCl0.3,CaCl2·2H2O0.015,TES2.292,Na2S·9H2O0.012,NaHCO32.52.微量元素溶液1mL,Se/W溶液1mL,Vitamin溶液5mL.其中微量元素溶液(g·L-1)：HCl(1:4)10mL,FeCl2·4H2O1.5,CoCl2·6H2O0.19,MnCl2·4H2O0.1,ZnCl20.07,H3BO30.006,Na2MoO4·2H2O0.036,NiCl2·6H2O0.024,CuCl2·2H2O0.002;Se/W溶液(g·L-1):Na2SeO3·5H2O0.006,Na2WO4·2H2O0.008,NaOH0.5.Vitamin溶液(mg·L-1)：维生素H0.02,维生素B0.02,维生素B60.10,维生素B20.05,维生素B10.05,维生素B30.05,维生素B50.05,对氨基苯甲酸0.05,硫辛酸0.05,维生素B120.001.碳源和氮源根据实验要求进行调整,如表1所示.

表1不同培养基中碳源、氮源投加量/mmol·L-1

菌株分离固体培养基：基础培养液10mL,0.3g·L-1NH4Cl,琼脂5g.

1.2分析方法

NH4+-N、NO2--N、NO3--N浓度采用美国DIONEXICS-0离子色谱仪进行定量分析,离子交换柱为DionexIonPacAS18-4μm,柱温30℃,流速1.0mL·min-1;葡萄糖浓度采用美国Agilent公司HPLC1260Inifinty高效液相色谱仪进行定量分析,所用色谱柱为BIO-RADAmenixHP76X,RID检测器(50℃),柱温80℃,流速0.8mL·min-1;菌体生长用DNA浓度(μg·mL-1)表示,用美国Thermo公司NanodropSpectrophotometer1000分光光度计测量.

1.3菌株的分离和鉴定

菌株的分离：取1mL缺氧反应器中的污泥样品加入至装有45mL基础培养液的血清瓶内,并加入6mmol·L-1NaNO3和15mmol·L-1琥珀酸钠制成筛选培养液,使目的菌群逐渐成为优势菌群.当筛选培养液中NO3--N降为0时,取5mL菌液到新的筛选培养液中,如此重复5个周期.5个周期后取1mL菌液从10-1~10-7进行梯度稀释,分别注入琼脂待凝固的分离固体培养基中,缓慢摇匀至琼脂凝固,约一星期后生长出若干单一菌落.用经灭菌后的注射器将单一菌落从培养基中吸出,经数次梯度稀释后得到纯菌株.

生态学鉴定：对菌体进行革兰氏染色,在NIKONECLIPSEE显微镜下观察染色结果并拍照;以及通过HitachiS-4300扫描电子显微镜拍摄照片来观察菌株DK1的形态.

分子生物学鉴定：菌株DNA提取方法参照QIAGEN公司DNeasyBloodTissue试剂盒,16SrDNA的PCR扩增采用细菌通用引物(27f:5′-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3′,1492r：5′-GGYTACCTTGTTACGACTT-3′).PCR反应