单细胞酶系耦合催化氨氧化脱除氨氮的研究

【摘要】：水体中氮含量超标是造成水体富营养化的重要因素之一。生物法是被公认为 更经济、有效、对环境影响小的脱氮方法,也是最有发展前途的污水处理方法, 但目前生物脱氮技术脱氮效果仍有限,其中氨氮的含量远超过自然水体允许的标 准,污水脱氮已成为水体净化工程的瓶颈问题。 本论文在概述了国内外对生物脱氮的研究现状的基础上,提出了本论文的研 究方案。对单细胞细菌的酶系在废水氨氮氧化脱除过程中作用进行了系统的理论 和实践研究。 首先从氧环境变化和能量代谢需求等方面着手从活性污泥水样中采用富集 培养基筛选分离能调节能量代谢途径的兼性氨氧化菌,应用 BIOLOG 微生物鉴定 系统和 PCR 技术、16SrDNA 分子生物学手段两个方面对所筛选菌株进行鉴定。鉴 定结果表明所筛选菌株分别为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas sp);丝状菌 (Hyphomicrobium sp);红假单胞菌(Rhoropseudomonas sp)和根瘤菌(Rhizobium rhizogenes)。所筛选菌株都能在氨氮负荷为 200mg/L 以下、有机碳源缺乏、溶氧 浓度大于 1mg/L、pH 在 7.0 以上的条件下氧化氨氮产生 NO2 。四株菌株适应温 - 度范围在 20-35℃。 作者应用 N 示踪技术,采用气相质谱仪 Thermo Finnigan MAT253 对封闭系 15 统气相的 N2和 N2O 的丰度检测,考察研究所筛选的菌株在缺氧、低碳或无碳源条 件下的兼性氨氧化能量代谢途径。所得实验结果和 Vande Graaf A A 等自养菌 Nitrosomonas europa 在缺氧条件下实验结果相同,所筛选的四株菌株在实验室的 缺氧培养条件下(溶氧0.5mg/L)均能使氨氧化产生氮气;实验结果说明单细胞细 菌缺氧脱氮现象在自然界可能是一较广泛存在的现象。论文对四株菌作了单一缺 氧脱氮和混合缺氧脱氮的对比试验,结果表明在相同条件下混合缺氧脱氮产生氮 气的量远比单一缺氧脱氮的多。这说明在缺氧条件下,具有兼性氨氧化功能的自 养菌和异养菌的酶系耦合催化,加速了氨氧化产氮气的速率。此结果还未见相同 报道。 I WP=4 在微生物学理论研究基础上,作者应用所筛选菌株在 A/O 工艺与生物膜工艺 相结合的新工艺中进行节能脱氮实验,改进的新工艺对氨氮脱除率为 88.3%; 对 CODCr的去除率为 90%以上,而曝气能耗减少了一半。利用本实验所筛选得到 的兼性氨氧化菌株,在控制溶氧环境的生物处理工艺中可以得到较好的耦合脱氨 产氮气的效果。本论文研究成果具有实际的工程推广应用价值。