一株異養(yǎng)硝化好氧反硝化菌的篩選和脫氮性能研究
作者：徐然、黃家鑫 環(huán)境學(xué)院
指導(dǎo)老師：王慧 環(huán)境學(xué)院
關(guān)鍵詞：生物脫氮，異養(yǎng)硝化，好氧反硝化
摘要
微生物原位修復(fù)脫氮是目前重要的修復(fù)技術(shù)，具有見(jiàn)效時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而高效的菌種資源對(duì)脫氮效率的增加至關(guān)重要，因此篩選優(yōu)質(zhì)的微生物菌種并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)具有重要意義。異養(yǎng)硝化好氧反硝化菌由于生長(zhǎng)速率快，能在有氧條件下去除水體中的氨氮和硝態(tài)氮，而受到關(guān)注。本課題組從污水處理廠活性污泥中，以檸檬酸鈉為碳源，分別以氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮為唯一氮源，富集并篩選出了39株菌株，從中篩選出一株同時(shí)具有硝化和反硝化能力且脫氮效果最好的菌株39號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。該菌株為革蘭氏陰性菌，為假單胞菌。該菌株在好氧條件下24h能將100mg/L硝酸鹽氮去除71.3%，16h內(nèi)能將50mg/L硝酸鹽氮去除90%以上。若以氨氮作為單一氮源，當(dāng)氨氮濃度為84.2mg/L時(shí)，處理24小時(shí)后，去除率為58.2%，去除速率達(dá)2.04mg/( L·h)，沒(méi)有硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的大量積累。當(dāng)氨氮濃度為40mg/L時(shí)，處理16小時(shí)后，去除率可達(dá)85.3%。該菌株生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)16h可達(dá)到生長(zhǎng)穩(wěn)定期。上述研究結(jié)果表明，該菌具有異養(yǎng)硝化好氧反硝化能力，有望運(yùn)用于同步硝化反硝化過(guò)程。后續(xù)可對(duì)已有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充，并對(duì)該菌的脫氮條件及其處理實(shí)際污水的脫氮效果進(jìn)行深入研究。
菌株的篩選
取污水處理廠活性污泥，分別用以氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮為唯一氮源的培養(yǎng)液富集三代后，稀釋接種到篩選培養(yǎng)基上。根據(jù)反硝化反應(yīng)顯酸性的特征，通過(guò)光圈大小，選擇菌落50個(gè)，轉(zhuǎn)移到純化培養(yǎng)基中，經(jīng)過(guò)5次劃線純化，得到39株菌株。
圖1 菌株的培養(yǎng)與純化
將39株菌株分別接種到以氨氮為氮源的培養(yǎng)液中，培養(yǎng)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，測(cè)定培養(yǎng)液中氨氮濃度，選擇氨氮去除效果最好的10株，測(cè)定其亞硝酸鹽氮濃度和硝酸鹽氮濃度，確認(rèn)兩種無(wú)機(jī)氮沒(méi)有大量積累，選擇去除率最高的一
株菌，為39號(hào)細(xì)菌，進(jìn)行菌種鑒定。發(fā)現(xiàn)其為假單胞菌，為革蘭氏陰性菌。
圖2 菌株的篩選
圖3 系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)
圖4 細(xì)菌的電鏡照片
定量測(cè)定該菌對(duì)硝酸鹽氮的脫氮效果
令該細(xì)菌在以硝酸鹽氮為唯一氮源的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)。初始硝酸鹽氮濃度為100mg/L左右，培養(yǎng)24小時(shí)后硝酸鹽氮濃度降低28.7mg/L,去除率達(dá)到71.3%，但亞硝酸鹽氮產(chǎn)生了積累，最后沒(méi)有消減，推測(cè)可能為亞硝酸鹽氮積累較多產(chǎn)生毒性。COD值由2358.5mg/L降低至1694mg/L，去除率達(dá)28.2%。
僅將硝酸鹽氮濃度降低一半進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)16小時(shí)后硝酸鹽氮濃度降低至5mg/L以下,去除率達(dá)到90%以上，沒(méi)有產(chǎn)生亞硝酸鹽氮的積累，COD值由2859.5mg/L降低至688.825mg/L，去除率達(dá)75.9%?？梢?jiàn)該細(xì)菌很可能不適于處理高濃度的硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。
圖5 對(duì)高濃度硝酸鹽氮脫除
圖6 對(duì)低濃度硝酸鹽氮脫除
定量測(cè)定該菌對(duì)氨氮的脫氮效果
令該細(xì)菌在以氨氮為唯一氮源的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)。在培養(yǎng)24h后，氨氮濃度從84.2mg/L降低至35.2mg/L，去除率達(dá)到58.2%，沒(méi)有硝酸鹽和亞硝酸鹽的大量積累。COD值從2627mg/L降低至1802.5mg/L，去除率達(dá)到31.4%。將氨氮濃度降低一半進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)16h后氨氮濃度從40mg/L降低至5.86mg/L，去除率達(dá)到85.3%，COD值從3032.5mg/L降低至711.05mg/L，去除率達(dá)到76.6%?？梢?jiàn)該菌株對(duì)氨氮的脫除效果較好，有繼續(xù)研究的價(jià)值。
圖7 對(duì)高濃度氨氮的脫除
圖8 對(duì)低濃度氨氮的脫除
