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反硝化聚磷菌的特性及同步脱氮除磷工艺效能的研究

杨菲菲  
【摘要】:氮和磷的超标排放是造成水体污染和富营养化的主要原因之一。因此,如何高效、经济的脱氮除磷对清洁水体具有重要意义。反硝化除磷理论的提出为脱氮除磷工艺的开发提供了新思路。本文旨在考察高效反硝化聚磷菌的微生物学特性及其脱碳除磷效能。分析了厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)SBR这一新型脱氮除磷工艺在不同进水条件下对氮、磷的去除效率及系统内部的微生物群落演替。以期为反硝化聚磷菌应用于工程实践提供理论依据,为开发新型脱氮除磷工艺提供技术支持。 采用专性培养基,从稳定运行的A/O/A SBR反应器中分离得到6株反硝化聚磷菌,选择1株脱氮除磷效果尤为突出的菌株Q-hrb05进行深入研究。菌株Q-hrb05是一株兼性好氧异养菌。结合菌株的形态观察、生理生化鉴定及16S rDNA序列分析,确定菌株Q-hrb05属于芽孢杆菌。菌株Q-hrb05的16S rDNA序列登录GenBank,登录号为GU214826。菌株Q-hrb05除磷效率高,在12h内除磷率可达到85%。经过厌氧/缺氧培养,发现菌株Q-hrb05的吸磷率与菌株内PHB的变化呈正相关。厌氧段,PHB在菌体内合成,约占细胞干重的12%,释磷率为66%;缺氧段,菌体内PHB含量下降,吸磷率为92%。试验还探讨了pH值、温度及碳源对菌株生长及脱氮除磷效能的影响。当pH值为7,温度为30℃,碳源为乙酸钠时,最利于菌株生长,且同步脱氮除磷效果最佳,此时除磷率为88%,脱氮率为81%。 研究在不同进水条件下,A/O/A SBR工艺对脱氮除磷效能的影响及系统内微生物酶的活性分布。结果表明:当pH值为7.5,碳源为乙酸钠,碳氮比为1.4时,反应器运行效果最佳,系统对PO_4~(3-)-P,NH_4~+-N的去除率分别达到92.48%,99.5%。反应器运行效果最佳时,系统内脱氢酶含量23.17μg·ml~(-1)、ATP含量32μg·ml~(-1)、脲酶含量35.36μg·ml~(-1)·24h~(-1)、硝酸盐还原酶含量10μg·ml~(-1)·24h~(-1)、亚硝酸盐还原酶含量12.72μg·ml~(-1)·24h~(-1)。 利用分子生物学技术研究A/O/ASBR反应器内部微生物群落演替,发现随着水质条件的改变,系统内微生物种群丰度变化较小,而微生物种群结构出现动态的演替现象,不同水质与微生物的种群结构具有一定的映射关系。当反应器运行效果最佳时,Uncultured Chlorobi bacterium在系统内被富集,成为A/O/A SBR反应器内具有反硝化除磷功能的优势菌种。利用FISH技术定性的分析反应器内功能微生物种群动态,发现随着驯化时间的延长,反应器运行趋于稳定,系统内聚磷菌和硝化菌从数量上有明显增加,说明反应器的运行条件适合该功能菌的生长与代谢。


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