脫氮菌株的選育及其處理廢水中的氨氮.pdf

1、氨氮是導致水體污染的一類重要污染物,可引起水體的富營養(yǎng)化等眾多環(huán)境污染問題。生物脫氮是目前污水脫氮處理中最常用也是最有效的方法,而選取具有脫氮功能的菌株是生物脫氮的基礎。本實驗從化肥廠的污泥中分離出五株具有脫氮功能的菌株,選取其中脫氮效果較好的兩株菌,對其進行形態(tài)觀察、生物學特性研究并確定其分類地位,分別命名為菌株M0、M1;研究菌株M0、M1最適生長條件,并優(yōu)化其生長培養(yǎng)基;通過對菌株M0、M1脫氮能力和脫氮性能穩(wěn)定的比較,選取菌株M

2、0作進一步脫氮試驗,同時確定適合菌株M0脫氮的最佳人工模擬氨氮廢水的組分;為了提高菌株M0的脫氮效果,本實驗對其進行誘變并得到一株高性能脫氮菌株3MC31;對脫氮菌株3MC31進行固定化,進一步提高菌株3MC31的脫氮效果,以更好地處理實際廢水中的氨氮。
　　具體研究內(nèi)容與結果如下:
　　(1)脫氮菌株的分離篩選
　　對化肥廠的污泥進行梯度稀釋混合培養(yǎng)于含有氯化銨作為唯一氮源的分離培養(yǎng)基,在培養(yǎng)基表面形成五種不同顏色的

3、好氧菌株,顏色分別為白色、粉紅色、黃綠色、黃褐色以及灰白色菌株。分別對這五株細菌進行擴大培養(yǎng),離心收集菌體,等量投入人工模擬的氮氮廢水,利用氨氮滴定法測定五株菌的脫氮率,分別為白色菌10％、粉紅色菌25％、黃綠菌23％、黃褐色菌15％、灰白色菌11％,選取粉紅色和黃綠色菌作為優(yōu)勢脫氮菌株,并依次命名為菌株M0、M1。
　　(2)脫氮菌株M0、M1生物學特性研究及其菌種鑒定
　　菌株M0經(jīng)過24-72h劃線培養(yǎng)后,在生長培養(yǎng)基

4、表面形成眾多直徑1.0mm左右呈粉紅色的單菌落,菌落呈圓形,中間微突起,表面光滑濕潤無皺褶,邊緣整齊;經(jīng)過電鏡觀察發(fā)現(xiàn),單個細胞形狀為卵圓形或球形,細胞大小為0.6-1.0um×1.5-2.0um;對菌株M0色素進分析,其細胞內(nèi)含有類胡蘿卜素;菌株M0可利用多種的有機和無機碳氮源,生長因子能刺激菌株生長,無機鹽溶液能加深菌落的顏色。
　　菌株M1經(jīng)過24-72h劃線培養(yǎng)后,在生長培養(yǎng)基表面形成眾多直徑2.0mm左右呈黃綠色的單菌落

5、,菌落呈圓形,中間微突起,表面光滑濕潤無皺褶,邊緣整齊;經(jīng)電鏡觀察發(fā)現(xiàn),單個細胞形狀為卵圓形,細胞大小為0.6-1.0um×1.5-2.0um;對菌株M1色素進行分析,其細胞內(nèi)含有葉綠素和類胡蘿卜素;菌株M1可利用多種的有機和無機碳氮源,生長因子能刺激菌株生長。
　　根據(jù)對菌株M0、M1的形態(tài)、生理生化特性以及碳氮源試驗的研究結果,參照《伯杰細菌鑒定手冊(第八版)》,初步推測菌株MO為微球菌屬的玫瑰色微球菌(Micrococcus

6、 roseus),菌株M1為紅假單胞菌屬的綠硫紅假單胞菌
　　(Rhodopseudomonas sulfoviridi)。
　　(3)脫氮菌株M0、M1最適生長條件以及生長培養(yǎng)基的優(yōu)化
　　將菌株M0、M1接種于生長培養(yǎng)基,在不同的pH、溫度、鹽度、搖床轉速、光照強度下培養(yǎng),測定不同時間培養(yǎng)液的OD值,以確定最適生長條件。菌株M0的最適生長條件為:pH7.5、溫度30℃、鹽度0.5％、搖床轉速120r/m、光照對菌株

7、MO的生長沒有明顯的影響,在此條件下,培養(yǎng)72h生物量最高;菌株M1的最適生長條件為:pH7.0、溫度30℃、鹽度1.5％、搖床轉速130r/m、光照對菌株MO的生長沒有明顯的影響,在此條件下,培養(yǎng)48h生物量最大。根據(jù)菌株MO、M1利用碳氮源的情況,選取合適的碳氮化合物,利用均勻設計法分別對其培養(yǎng)基進行組分優(yōu)化以得到最優(yōu)培養(yǎng)基。結果得到菌株M0最優(yōu)培養(yǎng)基為(g.L-1):乙酸鈉6.0、氯化氨2.4、碳酸氫鈉0.1、硫酸鎂0.1、維生素

8、溶液12mL、微量元素1mL,菌株MO在此培養(yǎng)基培養(yǎng)72h后,0D值達到2.753;菌株M1最優(yōu)培養(yǎng)基為(g.L-1):乙酸鈉4.0、氯化氨0.2、碳酸氫鈉1.2、硫酸鎂1.2、維生素溶液9mL、微量元素12mL,菌株M1在此培養(yǎng)基培養(yǎng)72h后,0D值達到5.7947。
　　(4)菌株M0、M1連續(xù)性脫氮試驗以及人工模擬廢水組分優(yōu)化
　　通過對菌株M0、M1連續(xù)培養(yǎng)和脫氮性能比較,選取菌株M0作為最終的脫氮菌株。依據(jù)消耗最少

9、的碳源,且不影響菌株生長的原則,做廢水組分優(yōu)化實驗(一般以1　　(5)脫

10、氮菌株M0的誘變
　　由于菌株M0的脫氮效果并不理想,脫氮率僅為15％左右,需對其人工誘變以提高脫氮率。實驗選用紫外線(UV)、硫酸二乙酯(DES)、氯化鋰(LiCl)作為誘變劑,對出發(fā)菌株進行多輪的單獨和復合誘變處理,并通過納氏試劑法初篩和氨氮滴定法復篩,得到一株脫氮能力較強的菌株3Mc31,脫氮率比出發(fā)菌株提高了36.8％。采用正交設計實驗優(yōu)化菌株3Mc31的脫氮條件,優(yōu)化后脫氮率達到74％,五次傳代實驗表明該菌株遺傳穩(wěn)定性較

11、好。
　　(6)突變株3Mc31的固定化以及處理廢水中的氨氮
　　為了進一步提高突變株3Mc31脫氮效果,以便更好地應用于實際氨氮廢水的處理,有必要對其進行固定化。本實驗分別采用聚乙烯醇(PVA),海藻酸鈉(CA)的單獨固定和PVA、CA復合固定,進行比較以得到最優(yōu)的固定方法。利用正交設計和兩因子實驗發(fā)現(xiàn)復合固定的脫氮效果優(yōu)于單獨固定,CA固定化脫氮率達到29％,PVA固定化脫氮率達到25％,而CA、PVA復合固定化脫氮率達