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(guò)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(yùn)行成本高，易造成二次污染，而自養(yǎng)型生物過(guò)濾法則具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗小、處理費(fèi)用低、效果好等優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)。 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(duì)其進(jìn)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(yán)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(guò)對(duì)該菌的生長(zhǎng)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(zhǎng)最快。該菌生長(zhǎng)比較緩慢，沒(méi)有明顯的穩(wěn)定期，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期階段的反硝化能力最強(qiáng)，反硝化速率最快，達(dá)到了2.245.mg·(L·h)-1，在培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)基pH值明顯下降。

3、較高鹽度對(duì)該菌株的反硝化活性有抑制作用。該菌株的急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，脫氮硫桿菌對(duì)健康魚(yú)體幾乎無(wú)毒，屬于無(wú)毒性菌株。 將Thiobacillus denitrificans接種于硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)35天的馴化達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)水負(fù)荷為0.354 kg NO3--N·(m3·d)-1，可確保達(dá)到最大硝酸鹽氮去除效率且出水未見(jiàn)亞硝酸鹽氮積累，進(jìn)水負(fù)荷為0.708 kg NO3--N·(m3·d)-1時(shí)達(dá)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(yùn)行的1：1反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)具備較強(qiáng)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(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)組成和脫氮的微生物學(xué)機(jī)理，為工藝改進(jìn)提供依據(jù)

5、，從穩(wěn)定運(yùn)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(kuò)增出目標(biāo)16S rDNA片斷，再對(duì)擴(kuò)增的16SrDNA進(jìn)行DGGE分析，對(duì)凝膠染色并進(jìn)行條帶統(tǒng)計(jì)分析和切膠測(cè)序，使用序列數(shù)據(jù)進(jìn)行同源性分析并建立了系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。結(jié)果表明，馴化后的各組反應(yīng)器均具有比較豐富的細(xì)菌多樣性，除了脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)以外，還檢測(cè)到其它7種細(xì)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(cè)到的8種細(xì)菌均屬于proteobacteria門(mén)(β、γ、δ和ε)。從細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)方式來(lái)看，本研究構(gòu)建的反應(yīng)器中自養(yǎng)細(xì)菌只有3種，而異養(yǎng)菌的數(shù)量多于自養(yǎng)菌，多達(dá)5種。隨著硫元素體積比例的增加，反應(yīng)器中自養(yǎng)型細(xì)菌和具有反硝化功能的細(xì)菌的比例也會(huì)相應(yīng)的增加。這些知識(shí)增