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高效好氧反硝化聚磷菌的分离鉴定及脱氮除磷影响因素分析

靳茹  
【摘要】:近年来,水体富营养化已成为我国水污染控制的环境焦点问题。其中,过量地排放氮、磷等植物性营养物质进入水体是引起富营养化现象的重要原因。因此,如何对污废水进行高效、经济的资源化处理以及解决传统生物脱氮除磷系统中的固有矛盾,对治理富营养化水体具有重要的现实意义。本研究以好氧生化池中的普通活性污泥为种泥,以富氮富磷培养基为模拟废水来提供碳源和能源,通过稀释涂布法、平板划线法以及蓝白斑筛选实验,进行高效好氧反硝化聚磷菌的分离鉴定;对优势菌株的生长特性及其脱氮除磷效率的影响因素进行考察,设计建立正交试验探究该菌株脱氮除磷的最佳因素水平组合;并将优势菌株应用于模拟富营养化废水的生物修复。获得的研究结果如下:(1)通过特定化方法筛选分离得到一株高效地好氧反硝化聚磷菌J16,观察记录其生长特性,菌株J16的生长适应期是0~3 h,3~20 h是生长对数期,生长繁殖速率明显加快,并在20 h时达到最大细胞浓度,之后开始进入生长稳定期。采用先进的现代PCR技术对菌株J16进行16S rDNA序列扩增,并进行系统发育分析比对,鉴定菌株J16为大肠埃希氏菌Escherichia coli,GenBank登录号为MF667015,菌种保藏号是CGMCC No.15044。(2)菌株J16脱氮除磷效率影响的单因素实验结果表明,该菌株的最适脱氮除磷温度为30~35℃,在此温度范围内菌株J16的生长状态良好,脱氮除磷率可达90%以上;最适脱氮除磷pH值为7.2~8,即菌株J16适合生活在中性偏弱碱性环境中,在此环境中可以进行高效的脱氮除磷;最适菌体接种量为3%左右;最适初始PO_4~(3-)-P浓度是8.9mg/L,在此浓度下菌株J16的脱氮除磷效率均可达到最高。(3)通过建立4因素3水平正交试验,来优化菌株J16进行脱氮除磷的最佳运行条件,结果发现:当NO_3~--N的浓度为定值69.31 mg/L时,各单因素对J16菌株脱氮效率的影响大小分别是:温度接种量pHPO_4~(3-)-P初始浓度,最适宜脱氮的因素水平条件为:温度为35℃,pH为7.5,接种量为3%,初始PO_4~(3-)-P浓度为8.9 mg/L;各单因素对菌株J16除磷效率的影响大小分别是:温度pH接种量PO_4~(3-)-P初始浓度,最适宜除磷的因素水平条件为:温度为35℃,pH为7.5,接种量为3%,初始PO_4~(3-)-P浓度为8.9 mg/L。(4)在上述最佳因素水平条件下,研究了菌株J16的脱氮除磷能力特性,好氧培养24 h后,富氮富磷培养基中上清液的NO_3~--N浓度从69.31 mg/L降低到了4.08 mg/L,脱氮率可达94.11%;上清液的PO_4~(3-)-P浓度从8.9 mg/L降低到了0.35 mg/L,除磷率可达96.06%。(5)菌株J16应用于富营养化水体的生物修复实验表明:由菌株J16和单污泥组成的不同质量比的强化污泥对模拟废水的脱氮除磷效果均有促进作用。其中,菌泥质量比为2:1的强化污泥具有最高的脱氮除磷效率,在培养18 h后其脱氮率最高可达77.06%,除磷率最高可达94.34%,较单污泥处理时分别提高了15.73%和13.32%。本研究结果给富营养化水体的治理提供了有效的菌种资源,为好氧反硝化聚磷菌的工程化应用提供了一定的理论和数据支持。


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