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脱氮除磷芽孢杆菌菌株的筛选及其应用效果

郑喜春  
【摘要】:随着农业经济的迅速发展,灌溉面积和灌溉用水量不断增加,化肥使用量也不断增加。由于灌溉技术落后和化肥有效利用率低下,农田灌溉退水污染已成为一个迫在眉睫的问题。人工湿地作为一种生态型的新型污水处理工艺,系统中的微生物在氮磷去除方面起着重要的作用。 本研究首先从乌梁素海的底泥中筛选具有脱氮除磷作用的功能菌株。采用钠氏试剂分光光度法筛选氨氮利用菌;利用硝酸盐还原产气试验和反硝化活力定量分析筛选反硝化细菌;通过检测磷含量的变化以及PHB颗粒的染色结果筛选聚磷菌。最终得到高效氨氮利用菌6株,反硝化细菌18株,聚磷菌8株,其中5株菌具有反硝化和聚磷双重功能。 采用平板对峙试验确定了不同脱氮除磷菌株之间的拮抗特征,以此为基础,采用自制水族箱的方式确定了菌剂的最佳组合形式、接菌量和配比。试验结果表明,菌株TGR30、LG1-6、YB1按1:1:1的比例混合,总接菌量为1%时总氮去除率达到95%,磷去除率为17.70%。 经形态特征、生理生化试验以及16S rDNA序列分析,对氨氮利用菌LG1-6和反硝化聚磷菌TGR30进行了种属鉴定,初步鉴定2个功能菌株均为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)。 为进一步提高反硝化细菌TGR30的反硝化效率,通过单因素试验明确了碳源、碳氮比、盐浓度、pH以及溶解氧与反硝化特性的关系。结果表明,该菌在盐度为6%,pH 12时都具有较高的反硝化活性;以可溶性淀粉为唯一碳源,C/N为14,pH 8.0,DO为4 mg·L~(-1)时脱氮效果最佳,脱氮率为92%。 为微生态复合菌剂的中试生产奠定基础,以提高菌株的芽孢形成率和芽孢数量,通过单因素试验和正交试验对菌株LG1-6与TGR30产孢的主要影响因素进行了考察。研究结果表明:菌株LG1-6产芽孢最佳条件为0.5%的玉米粉、1%的蛋白胨、0.01%的CaCl2·2H2O,培养液初始pH 7.0、种龄20 h、接种量4%、装瓶量50 mL/250 mL、发酵时间为48 h、培养温度为37℃、摇床转速为200 r/min,在此条件下,发酵液中LG1-6的芽孢数量达到了1.1×10~9 cfu·mL~(-1),芽孢形成率为98.77%。菌株TGR30的最佳产芽孢条件为:0.5%的玉米粉,2%的黄豆饼粉,0.05% MnSO4·2H2O,培养液初始pH 7.0、种龄20 h、接种量6%、装瓶量50 mL/250 mL、发酵时间为48 h、培养温度为37℃、摇床转速为200 r/min,在此条件下,发酵液中芽孢含量为1.95×109 cfu/mL,芽孢形成率为95.82%。 在地处内蒙古乌拉特前旗的人工湿地对初步研制的脱氮除磷复合菌剂的实际应用效果进行了考察,结果表明该菌剂在人工湿地系统中起到了明显的脱氮效果,尤其在植被良好的样地脱氮率可达86%,较没有施加菌剂的对照组样地高出28%。


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