耐盐好氧反硝化菌的筛选及其处理海水养殖废水的研究

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随着中国海水养殖业的迅速发展,产生了大量海水养殖废水。若直接排入海洋,极易造成海洋水体富营养化,危及海洋生态环境的可持续发展。快速、高效地去除海水养殖废水的无机氮已成为当前海水养殖废水处理亟待解决的问题。近年来,异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌因其具备同步硝化与反硝化能力而备受关注,但海水养殖废水的高盐度大大限制了HN-AD菌在海水养殖废水处理中的应用。因此,本文驯化、筛选出具有耐盐特性的HN-AD菌,开展了耐盐HN-AD菌处理海水养殖废水的研究。首先,对普通的HN-AD菌进行了盐度梯度驯化,分离、筛选出4株耐盐好氧反硝化菌,经硝化、反硝化能力初步鉴定,选出一株硝化、反硝化能力最好的菌株。结合菌株的菌落、个体形态特征、生理生化特性及16S r RNA测序分析,判定该菌株为弧菌属(Vibrio sp.),将其命名为Vibrio sp.LY1024。其次,对Vibrio sp.LY1024的脱氮特性进行了测定,并推断了Vibrio sp.LY1024的脱氮途径。异养硝化研究结果表明,Vibrio sp.LY1024能在去除氨氮的同时有效去除COD,接种36 h后对NH4+-N和COD的去除率分别为98.8%和90.2%,反应过程中有部分NO3--N和微量NO2--N积累;好氧反硝化结果表明,接种24 h后,Vibrio sp.LY1024几乎将NO3--N和NO2--N全部去除,对COD的去除率均达到90%以上。且Vibrio sp.LY1024具有良好的同步异养硝化-好氧反硝化能力,接种到混合氮源培养基后,NH4+-N、NO3--N及NO2--N同时快速降解。36 h后,NH4+-N去除率达98.16%,NO3--N在27 h时即100%被去除,NO2--N在21 h时100%被去除。推测Vibrio sp.LY1024的脱氮路径为NH4+-N→NH2OH→NO3--N→N2O→N2。然后,探索了Vibrio sp.LY1024脱氮的适宜环境条件。研究结果表明,Vibrio sp.LY1024在初始总氮浓度为20–200 mg/L范围内脱氮效果优良,可处理含氮量范围较宽的废水;C/N大于15、中性或者微碱性环境利于Vibrio sp.LY1024的生长及脱氮处理;20–30℃的温度利于Vibrio sp.LY1024的生长及脱氮处理,但温度低至15℃,NH4+-N的去除率仍然高达97.3%,NO3--N的去除率亦有76.4%;Vibrio sp.LY1024在较宽的盐度范围内(0–8.5%)可生长良好且具备较强的脱氮能力。即菌株LY1024在高含氮量、低温、高盐度条件下都具有较好的脱氮性能。最后,以天然贝壳为载体,使Vibrio sp.LY1024在贝壳表面形成生物膜,制备模拟生物膜反应器处理海水养殖废水,研究结果表明,生物膜反应器对模拟海水养殖废水有良好的脱氮除碳能力。24 h后,COD、NO3--N、NH4+-N和TN的去除率分别为88.5%、97.1%、99.0%和96.9%,出水中无机氮和总氮均满足SC/T 9103-2007《海水养殖水排放要求》和DB43/1952-2020《水产养殖尾水污染物排放标准》的一级标准。综上所述,Vibrio sp.LY1024具有高效的异养硝化-好氧反硝化能力,同时具备较强的耐盐性能,在海水养殖废水处理领域具有巨大的应用潜力。
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