生物膜反应器和一株代尔夫特菌脱氮特性研究

【摘要】在高密度精养模式下,氨氮超标是水产养殖行业面临的一个严峻问题。本课题以水体氮素去除为出发点,通过单一反应器内短程硝化反硝化过程的启动,探索开发符合国内工厂化养殖需求的新型生物脱氮工艺,同时拟通过微生物技术手段得到能快速降水体氨氮浓度的菌株来达到应急使用的目的,研究结果如下。1在两个不同溶氧(DissolvedOxygen,DO)条件的自制生物膜反应器中接种精养鱼塘底泥进行富集培养,以期启动同步短程硝化反硝化过程。富集过程中记录不同低DO反应器(反应器1:0.8mg/L<DO<1.0mg/L和反应器2:0.4mg/L<DO<0.6mg/L)的出水NH4+-N\NO2ˉN和NO3ˉ-N变化。经过179d运行后,两反应器NH4+-N去除率达80%以上,出水NO2ˉ-N低至检测限以下。运行过程中反应器1中有N03-积累,最高浓度达6mg/L；反应器2中没有N03-积累。利用荧光定量PCR技术定量了富集培养前后氨氧化细菌、反硝化细菌密度和厌氧氨氧化细菌数量。两反应器中均未检出厌氧氨氧化菌；反应器1中的氨氧化细菌和反硝化细菌浓度分别增加了12倍和12.3倍；反应器2中的氨氧化细菌和反硝化细菌浓度分别增加了53.4倍和8.3倍。综合上述结果判断反应器1启动了全程硝化反硝化过程,而反应器2启动了同步短程硝化反硝化过程。2从武汉张毕湖藕池及养殖区采集表层底泥,采用逐级稀释和划线分离法,以亚硝化无机盐培养液体及琼脂培养基分离和筛选微生物菌株。分离得到20株菌,有一株能高效脱氮；当菌液使用浓度OD600为0.425±0.04时,对氨氮浓度为14mg/L的体系而言,17h后氨氮去除率达到85%,此时100℃加热体系2min后氨氮恢复到初始水平,认为该菌株对氨氮的去除机理为吸附絮凝。生理生化鉴定表明此菌株为革兰氏阴性菌,不产芽胞,Blast同源性检索结果表明,该菌株16SrDNA部分序列与Genbank中的代尔夫特模式菌株DelftialacustriDSM21246T(Accession62759)16SrDNA部分序列同源性为100%,可以认为该菌株为代尔夫特菌,将其命名为DF10,对其絮凝剂产生和活性因素进行了研究,结果如下：1)培养基组分决定菌株氨氮絮凝能力。在基础无机盐液体培养基中菌体不生长。当菌液使用浓度OD600为0.425±0.04时,对氨氮浓度为14mg/L的体系而言,基础无机盐固体培养基上培养的菌株最高氨氮絮凝率为85%,添加0.1g/L乙酰胺的平板上菌株最高氨氮絮凝率为63%,添加0.1g/L柠檬酸的平板上的菌株最高氨氮絮凝率为27%；缺乏碳酸钠的平板培养基上菌株不能生长,缺乏硫酸铵的平板培养基上菌株能生长但对氨氮无絮凝效果,LB固体培养基上菌株生长快速,在液体培养基中向外界释放氨氮。2)不同的菌体使用浓度会影响絮凝效果。当制备的菌悬液浓度OD600为(0.798±0.03)×5时,以氨氮浓度为14mg/L的无机盐培养体系为例,投加菌液占体系总体积的40%时,氨氮絮凝效果最好,在17h内达到96%的去除效果；投加菌液占体系总体积的20%时,氨氮最高去除率为85%；投加菌液占体系总体积的10%和5%时,氨氮最高去除率分别为62%和20%。3)摇床转速对菌株DF10的絮凝效果没有显著性影响。4)温度对DF10的絮凝效果有显著影响,30℃-36℃时絮凝效果最好。5)起始氨浓度对菌株DF10的絮凝效果有显著影响。初始氨氮浓度为28mg/L时氨氮絮凝浓度最高,可达15.42±0.03mg/L,初始氨氮浓度为7mg/L、14mg/L和42mg/L时最高氨氮去除浓度为别为6.88±0.03mg/L.11.92±0.03mg/L.11.76±0.03mg/L。6)菌株絮凝效果在5-11的pH范围内保持稳定,在pH<3或pH>13时,絮凝率下降23%左右。
【作者】何露露；
【导师】谢从新；
【作者基本信息】华中农业大学，渔业资源，2014，硕士
【关键词】生物膜单一反应器；短程硝化反硝化；代尔夫特菌；微生物絮凝剂；微生物絮凝剂产生菌；氨氮；

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