一株高效异养硝化-好氧反硝化细菌WZ17的筛选及其脱氮特性研究

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畜禽养殖业是我国农业经济的支柱产业,而由畜禽养殖废水导致的农业面源污染已经成为我国最大的污染源,NH4+-N是畜禽养殖废水的主要污染物,氮素的去除作为环境领域的研究热点,生物脱氮以其处理成本低,效果好,无二次污染等特点被广泛应用。异养硝化-好氧反硝化细菌的出现,打破了反硝化作用只能在厌氧条件下发生的传统生物脱氮理论,使得硝化作用和反硝化作用均可在好氧条件下完成,具有提高脱氮效率和降低处理成本的潜力,异养硝化-好氧反硝化已成为国内外学者积极探索的新型生物脱氮技术。本研究从养猪废水中筛选出一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的菌株,通过16S r DNA对菌株进行鉴定,利用单因素及响应面实验优化脱氮条件;运用动力学模型分析菌株异养硝化和好氧反硝化过程;结合中间产物变化及四种脱氮催化酶的活性确定菌株的脱氮途径;分别利用“活性污泥+菌株”模式和简单投加法对养猪废水进行微生物强化实验。得出主要结论如下:(1)经16S r DNA鉴定,该菌株为琼氏不动杆菌属(Acinetobacter junii),命名为Acinetobacter junii WZ17,优化后的脱氮条件为:碳源为乙酸钠、C/N为26、p H=8.0、温度为26℃和转速为165r/min。(2)以NH4+-N、NO3--N和NO2--N为唯一氮源时,菌株的生长符合Logistic模型,降解过程符合修正的Gompertz模型,最大去除速率分别为8.47、5.76和5.16mg·(L·h)-1,去除率分别为99.31%、91.82%和83.60%。(3)硝化过程中胞内氮含量为26.51mg/L,占初始含氮量的25.89%,NO3--N和NO2--N最大积累量为0.13和0.14mg/L;在酶活性测试中,未检测出氨氮加氧酶(AMO)的活性,羟胺氧化酶(HAO)、周质硝酸盐还原酶(NAP)和亚硝酸盐还原酶(NIR)的比活力分别为0.0313、0.0438和0.0130U/mg protein。HAO催化产物为NO2--N,推测菌株WZ17的脱氮途径为NH4+-N→NH2OH→NO2--N→NO3--N,再进行反硝化作用转化含氮气体排除。(4)在为期10d的微生物强化试验中,菌株WZ17对养猪废水中NH4+-N和COD的去除率为5.84%和26.85%,添加乙酸钠为碳源后,NH4+-N去除率提升至57.65%,出水COD浓度为137.22mg/L。经过滤排除土著微生物的影响后,NH4+-N去除率达到77.38%,出水COD浓度为102.91mg/L。菌株WZ17具有异养硝化-好氧反硝化功能,对NH4+-N、NO3--N和NO2--N均表现出了较高的去除率,具有实现同步硝化反硝化的应用潜力;菌株在实际养猪废水中的净化效率较低与原水低C/N和与土著微生物的生态位竞争有关。
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