【摘 要】
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传统生物处理工艺中硝化与反硝化分别在不同环境下完成,碳源不足、水温过低以及溶解氧变化等均会影响其脱氮效果。筛选出高效好氧反硝化菌株并探究其脱氮特性,有助于优化活性污泥种群结构,实现同步硝化反硝化,提高污水处理效能。研究从长期运行的生物膜污水处理反应器中筛选出一株好氧反硝化菌株,进行了形态学分析,通过PCR扩增技术获得其16S r RNA序列,鉴定其种属。通过生长脱氮特性试验和生长动力学拟合,研究菌
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传统生物处理工艺中硝化与反硝化分别在不同环境下完成,碳源不足、水温过低以及溶解氧变化等均会影响其脱氮效果。筛选出高效好氧反硝化菌株并探究其脱氮特性,有助于优化活性污泥种群结构,实现同步硝化反硝化,提高污水处理效能。研究从长期运行的生物膜污水处理反应器中筛选出一株好氧反硝化菌株,进行了形态学分析,通过PCR扩增技术获得其16S r RNA序列,鉴定其种属。通过生长脱氮特性试验和生长动力学拟合,研究菌株对不同形态氮的去除效果并确定菌株的世代时长。对影响脱氮效果的因素进行单因素探究,并通过响应面对主要影响因素进行优化。基于全基因组测序结果,结合氮平衡分析推测菌株的氮代谢路径。以某污水处理厂实际混合污水为处理对象,进行菌株协同活性污泥处理试验,通过高通量测序分析菌株对活性污泥系统生物多样性及种群结构的影响。试验结果显示:该菌株为革兰氏阴性菌,鉴定为草螺菌属(Herbaspirillum sp.),命名为XDT-1。该菌株在以NO3--N为唯一氮源的条件下,菌株比生长速率μ为0.518h-1,世代时间为1.34 h;18 h内菌株TN、NO3--N和TOC的去除率分别约为80%、93%和83%。在以NH4+-N为唯一氮源的条件下,菌株比生长速率μ为0.515 h-1,世代时间为1.34 h。18 h内菌株TN、NH4+-N和TOC的去除率分别为86%、93%和80%。在以NO2--N为唯一氮源的条件下,菌株比生长速率μ为0.450 h-1,世代时间为1.54h。18 h内,菌株TN、NO2--N和TOC的去除率分别为59%、70%和79%。根据单因素试验结果,该菌株脱氮时,最佳碳源、接种量和摇床转速分别为葡萄糖、1%和50 rpm。根据响应面优化试验,TN去除率(R)关于温度(A)、p H(B)、C/N(C)的三元二次回归模型为:R=17.5940×A+866.4775×B+117.9725×C-0.4892×AB+0.1117×AC-7.2500×BC-0.2363×A~2-54.4800×B~2-5.2225×C~2-3769.7650菌株Herbaspirillum sp.XDT-1以NH4+-N为唯一氮源时,气态氮损失量极少,且基因组中缺失Amo和Hao编码基因;以NO3--N、NO2--N为唯一氮源的情况下,气态氮损失量分别为21.54%和17.80%,但未检出Nir、Nor及Nos编码基因。菌株协同活性污泥处理实际污水NO3--N与TN去除率分别提高了3.3%~7.6%和0.4%~4.6%,NH4+-N的去除率下降了0.2%~5.1%。菌株投加对活性污泥系统微生物多样性影响较小,各组Herbaspirillum属细菌相对丰度由大至小分别为:CN3≈CN4>CN2>CN1>对照组。研究表明:菌株Herbaspirillum sp.XDT-1在好氧条件下,对不同形态的氮均有较好的去除效果;脱氮的主要影响因素由大到小的顺序为p H>C/N>温度,当p H为7.38、温度为31.1°C、C/N为6.5时,取得最佳TN去除率84.06%;该菌株在较宽的溶解氧、温度及p H范围内,仍能保持一定的脱氮效果;同化作用是该菌株去除NH4+-N和NO3--N的主要代谢路径,其反硝化过程仍存在未知的代谢路径;该菌株对低营养、低碳氮比的实际污水具有一定的脱氮效果,可以提高活性污泥系统的反硝化脱氮能力,具有较好的实际应用前景。
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