脫氮硫桿菌的反硝化特性和自養(yǎng)反硝化工藝研究.pdf

1、循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中過高的硝酸鹽濃度危害水生生物的健康，傳統(tǒng)的治理方法投資大，運行成本高，易造成二次污染，而自養(yǎng)型生物過濾法則具有工藝設(shè)備簡單、能耗小、處理費用低、效果好等優(yōu)點。因此，自養(yǎng)型生物法降解硝酸鹽氮正日趨成為人們研究的熱點。 用KNO3作為唯一的氮源，從土壤中分離到1株高活性自養(yǎng)反硝化菌TD，并對其進行了鑒定和硝酸鹽還原特性研究。該菌株為革蘭氏陰性短桿菌，嚴格自養(yǎng)。16S rDNA序列分析表明，該菌株與Thiobacill

2、us denitrificans相似性為99.85％。結(jié)合生理生化特性和16S rDNA序列分析，確定菌株TD為脫氮硫桿菌。通過對該菌的生長特性和反硝化特性的研究表明，該菌在初始pH為6.85，32.8℃培養(yǎng)條件下脫氮效果最顯著；在初始pH為6.90，29.5℃培養(yǎng)條件下生長最快。該菌生長比較緩慢，沒有明顯的穩(wěn)定期，對數(shù)生長期階段的反硝化能力最強，反硝化速率最快，達到了2.245.mg·(L·h)-1，在培養(yǎng)過程中培養(yǎng)基pH值明顯下降。

3、較高鹽度對該菌株的反硝化活性有抑制作用。該菌株的急性毒性實驗結(jié)果顯示，脫氮硫桿菌對健康魚體幾乎無毒，屬于無毒性菌株。 將Thiobacillus denitrificans接種于硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器，經(jīng)過35天的馴化達到穩(wěn)定運行。本研究按硫和珊瑚石的不同體積配比構(gòu)建了硫：珊瑚石(v／v)分別為1：1、1：2和1：4的反應(yīng)器。結(jié)果表明，硫／珊瑚石組合填料自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的反硝化性能，1：1反應(yīng)器的反硝化效率最高，在溫度為28

4、±1℃條件下，最適進水負荷為0.354 kg NO3--N·(m3·d)-1，可確保達到最大硝酸鹽氮去除效率且出水未見亞硝酸鹽氮積累，進水負荷為0.708 kg NO3--N·(m3·d)-1時達最大反硝化能力，為0.566 kg NO3--N·(m3·d)-1。鹽度沖擊穩(wěn)態(tài)運行的1：1反應(yīng)器的實驗結(jié)果顯示，硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)具備較強的抗鹽度沖擊能力。為了研究硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中的細菌的群落結(jié)構(gòu)組成和脫氮的微生物學機理，為工藝改進提供依據(jù)

5、，從穩(wěn)定運行的各組反應(yīng)器的濾料中采集微生物樣品，并提取微生物總DNA，采用引物(8f，1492r)從總DNA中成功擴增出目標16S rDNA片斷，再對擴增的16SrDNA進行DGGE分析，對凝膠染色并進行條帶統(tǒng)計分析和切膠測序，使用序列數(shù)據(jù)進行同源性分析并建立了系統(tǒng)發(fā)育樹。結(jié)果表明，馴化后的各組反應(yīng)器均具有比較豐富的細菌多樣性，除了脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)以外，還檢測到其它7種細菌。其中Thio

6、bacillus neapolitanus和Thiobacillus denitrificans一樣也屬于硫桿菌屬(Thiobacillus)，同樣具有自養(yǎng)反硝化活性。本研究檢測到的8種細菌均屬于proteobacteria門(β、γ、δ和ε)。從細菌的營養(yǎng)方式來看，本研究構(gòu)建的反應(yīng)器中自養(yǎng)細菌只有3種，而異養(yǎng)菌的數(shù)量多于自養(yǎng)菌，多達5種。隨著硫元素體積比例的增加，反應(yīng)器中自養(yǎng)型細菌和具有反硝化功能的細菌的比例也會相應(yīng)的增加。這些知識增