异养硝化—好氧反硝化菌强化人工湿地脱氮作用的研究

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从活性污泥中筛选出一株异养硝化-好氧反硝化高效菌株N7,经鉴定为Acinetobacter calcoaceticus(醋酸钙不动杆菌)。以硫酸铵为N源、丁二酸钠为C源,菌株N7对N地+-N去除率高达99.2%,TN去除率为67.1%,异养硝化效果较好。分别以硝酸钾和亚硝酸钠为N源,在30-C,150 rpm下培养,其TN去除率分别为62.7%和75.0%,表明N7具有良好的好氧反硝化效果。单因素实验结果表明菌株N7的最佳反硝化条件为:温度30-C、转速230 rpm, C/N为35、pH为8.1。运用组织培养,从芦苇种子成功的获得了芦苇再生苗;选取长势基本一致、健康的驯化后芦苇苗,手工移植入模拟人工湿地系统。通过对模拟人工湿地系统54天的跟踪监测发现,COD、NH4+-N、TN的去除效果较好,有植物系统在初始COD、NH4+-N、TN浓度分别为400 mg/L、30 mg/L、30 mg/L时,去除率分别达到65%-75%、69%76%、50%~60%,模拟人工湿地系统内微生物正在逐渐发挥作用,系统运行良好。实验室规模的模拟人工湿地系统,利用生物强化技术,结合菌株N7、土壤和植物,组成3种不同的系统进行实验比对。菌株、植物与土壤三者结合(S组)COD、NH4+-N、TN显著降低,在第1阶段实验进行到第7天时,出水COD、 NH4+-N、TN分别降低为45.7 mg/L、0.6 mg/L、0.8 mg/L,去除率分别达到88.6%、97.9%、97.2%。实验表明,菌株N7强化模拟人工湿地脱氮效果明显,且可以同时去除有机物,具有良好的应用前景。菌株N7从强化实验开始到强化实验达标阶段一直都存在于湿地系统中,说明菌株N7与芦苇根际的微生物良好的共生,且一起发挥了脱氮作用。序列分析比对结果可以看出,湿地系统中主要微生物种群有Acinetobacter calcoaceticus strain、Acidobacteria bacterium、Clostridium sp.、Spirosoma sp.、Nitrosomonas sp.、 Nitrospiraceae bacterium等。在强化实验开始和强化实验达标两个阶段,芦苇根际有一部分相同的微生物种类,但微生物的数量有区别,芦苇根际微生物种类也有一定变化,说明强化实验没有对模拟人工湿地系统植物根际产生很大影响。
摘要第3-4页
Abstract第4-5页
第一章 引言第9-21页
    1.1 研究背景第9页
    1.2 微生物脱氮的原理第9-14页
        1.2.1 同步硝化反硝化第9-10页
        1.2.2 厌氧氨氧化第10页
        1.2.3 短程硝化-反硝化第10页
        1.2.4 异养硝化第10页
        1.2.5 好氧反硝化第10-11页
        1.2.6 异养硝化-好氧反硝化第11-14页
    1.3 人工湿地第14-16页
        1.3.1 人工湿地及其优缺点第14-15页
        1.3.2 人工湿地的分类第15页
        1.3.3 人工湿地中的氮去除机理第15-16页
        1.3.4 人工湿地的发展与应用第16页
    1.4 湿地植物的作用第16-18页
        1.4.1 直接利用营养物质及吸附和富集重金属等物质第17页
        1.4.2 植物根际泌氧作用第17页
        1.4.3 加强水利传输性能第17-18页
    1.5 生物强化脱氮工艺第18-19页
        1.5.1 生物强化作用第18页
        1.5.2 生物强化作用的研究进展第18-19页
    1.6 研究目的、意义及内容第19-21页
        1.6.1 研究目的第19页
        1.6.2 研究意义第19页
        1.6.3 研究内容第19-20页
        1.6.4 技术路线第20-21页
第二章 异养硝化好氧反硝化菌的分离鉴定及脱氮特性第21-32页
    2.1 材料第21-23页
        2.1.1 菌源第21页
        2.1.2 培养基第21-22页
        2.1.3 试剂第22-23页
    2.2 实验方法第23-24页
        2.2.1 菌株的富集第23页
        2.2.2 好氧反硝化菌的筛选与分离第23页
        2.2.3 菌种鉴定第23页
        2.2.4 菌株性能的测定第23-24页
    2.3 结果与分析第24-31页
        2.3.1 菌种的分离与鉴定第24-25页
        2.3.2 菌株N7异养硝化性能的测定第25-26页
        2.3.3 菌株N7好氧反硝化性能的测定第26-27页
        2.3.4 不同因素对菌株脱氮效果的影响第27-31页
    2.4 小结第31-32页
第三章 模拟人工湿地的构建第32-42页
    3.1 实验材料与方法第32-36页
        3.1.1 实验材料第32-33页
        3.1.2 培养基第33-34页
        3.1.3 实验装置第34-35页
        3.1.4 实验用水的水质第35-36页
        3.1.5 水质检测第36页
    3.2 结果与分析第36-41页
        3.2.1 芦苇组织培养第36-38页
        3.2.2 模拟人工湿地的构建第38-41页
    3.3 小结第41-42页
第四章 菌株N7强化人工湿地脱氮效果第42-49页
    4.1 材料与方法第42-43页
        4.1.1 材料第42页
        4.1.2 实验方法第42-43页
    4.2 结果与分析第43-48页
        4.2.1 COD的去除第44-45页
        4.2.2 氮的去除第45-48页
    4.3 小结第48-49页
第五章 生物强化脱氮工艺根际微生物群落结构分析第49-56页
    5.1 材料与方法第49-52页
        5.1.1 材料第49-50页
        5.1.2 方法第50-52页
    5.2 结果与分析第52-55页
        5.2.1 根际微生物DNA的PCR扩增第52-53页
        5.2.2 DGGE分析第53-55页
    5.3 小结第55-56页
第六章 结论与展望第56-58页
    6.1 结论第56-57页
    6.2 展望第57-58页
致谢第58-59页
参考文献第59-69页
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文第69页
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