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优选高效脱氮功能菌株及复合脱氮菌群构建研究

尹明锐  
【摘要】:现今作为新生物脱氮理论之一的异养硝化—好氧反硝化已成为人们的研究热点并逐渐深入,但涉及脱氮产物研究的报道不多见,关于脱氮菌群构建的研究就更不多见。本论文从实验室反应器及莲花味精厂活性污泥系统中筛选异养硝化-好氧反硝化菌株,对筛选出的异养硝化-好氧反硝化菌株采用正交实验法进行优选,并进一步对脱氮产物N_2O采用GC-ECD方法进行跟踪测定,筛选出具有N_2O控逸特殊功能的菌株;同时,选取性能优良的异养硝化-好氧反硝化菌株按照生长适应性互补、硝化性能和反硝化性能互补的方式进行两两组合,进行菌群构建研究,构建出环境适应性强的复合菌群。 本实验从实验室A和B两个反应器以及莲花味精厂的污泥中共分离筛选出53株菌,其中好氧反硝化菌25株、亚硝化菌8株、硝化菌12株、生化菌8株。25株好氧反硝化菌经硝化性能、反硝化性能测定, 10株硝基氮去除率和氨氮去除率均在50%以上的菌株,分别为WYLW1-2、WYLW1-3、WYLW1-4、WYLW1-6、WYLW1-9、WYLW1-10、WYLW2-4、LH1-1、LH2-1、LH2-3,确定这10株菌为异养硝化-好氧反硝化菌。除WYLW1-9外,其余九株异养硝化-好氧反硝化菌的硝化速度很快;其脱氮模式与传统脱氮模式不同,存在硝化过程中直接脱氮的现象。 设计正交实验,对10株异养硝化-好氧反硝化菌进行培养条件优选,其中对WYLW1-6、LH1-1进行两轮的培养条件优选的正交实验,以期缩小实验范围、选出菌株的更为精确的培养条件,对其余8株异养硝化-好氧反硝化菌进行一轮L_4(2~3)正交实验。优选后除WYLW1-9之外其余9株菌氨氮最大去除率、总氮去除率均可达到90%以上。值得指出的是,LH1-1的氨氮去除率高达99.87%。10株菌在优选条件下都能达到同时去除NH_4~+-N、COD、TN的效果。 WYLW1-2、WYLW1-6两株菌有强适应性,培养一开始就迅速进入对数生长期。值得一提的是,WYLW1-2在培养第32h时生长量已经达到最大,氨氮去除率97.08%,最大氨氮去除速度3.54mg/L·h,是一株极具应用价值的实用型菌株。 最大氨氮去除速度的菌株为WYLW2-4,速度为4.71 mg/L·h,同时其COD去除率为91.20%。与文献中仅是异养硝化菌的Bacillus sp. LY相比,本论文所研究的10株菌均为异养硝化-好氧反硝化菌,而且除WYLW1-9之外,其余9株菌无论是氨氮去除率、总氮去除率还是达最大生长量所需时间,均比Bacillus sp. LY具有环境优势。与文献值中同为异养硝化-好氧反硝化菌的A. faecalis No.4相比,WYLW2-4的最大氨氮去除速度和A. faecalis No.4几乎一样,但是WYLW2-4的最大生长量时间更短,仅为75h,比A. faecalis No.4缩短了18h,WYLW2-4比A. faecalis No.4更具环境竞争优势。 选取适应性最强的WYLW1-2、WYLW1-6两株菌经脱氮产物N_2O跟踪测试,证明这两株菌具有N_2O控逸特殊功能。发酵罐扩大培养后,这两株菌的氨氮去除率分别从摇瓶培养的92.40%、95.21%提高到94.56%、97.19%。N_2O-N产量占TIN去除量仅为0.424%和0.598%。 将WYLW1-2、6、10,WYLW2-4,LH1-1,LH2-1,LH2-3这7株菌以两两组合的方式进行菌群构建,得到17种组合菌群。其中复合1(WYLW1-10,WYLW2-4)、4(WYLW1-10,LH2-3)、6(WYLW2-4,LH2-1)、11(WYLW 1-2,WYLW 1-6)、12(WYLW 1-2,LH 1-1)、15(WYLW 1-6,LH 1-1)仍能保持较高的氨氮和总氮去除率,均在90%以上。菌群中的两株菌之间无冲突现象,并能够相互促进,发挥其最大群体优势。复合菌群较单一菌株启动更加迅速,最快的启动时间缩短了一半。菌群12可耐受盐度高达3.5%的废水,在氨氮浓度80、120、160mg/L的条件下,可以达到65%以上的氨氮去除率。该菌群可耐受高盐度、高氨氮浓度,适宜工程上示范推广应用。


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