脫氮菌株的選育及其處理廢水中的氨氮.pdf

1、氨氮是導(dǎo)致水體污染的一類重要污染物,可引起水體的富營(yíng)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(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)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(duì)其進(jìn)行形態(tài)觀察、生物學(xué)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(zhǎng)條件,并優(yōu)化其生長(zhǎng)培養(yǎng)基;通過對(duì)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(jìn)一步脫氮試驗(yàn),同時(shí)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(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行誘變并得到一株高性能脫氮菌株3MC31;對(duì)脫氮菌株3MC31進(jìn)行固定化,進(jìn)一步提高菌株3MC31的脫氮效果,以更好地處理實(shí)際廢水中的氨氮。
　　具體研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:
　　(1)脫氮菌株的分離篩選
　　對(duì)化肥廠的污泥進(jìn)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(duì)這五株細(xì)菌進(jìn)行擴(kuò)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(cè)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(shì)脫氮菌株,并依次命名為菌株M0、M1。
　　(2)脫氮菌株M0、M1生物學(xué)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(zhǎng)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(rùn)無(wú)皺褶,邊緣整齊;經(jīng)過電鏡觀察發(fā)現(xiàn),單個(gè)細(xì)胞形狀為卵圓形或球形,細(xì)胞大小為0.6-1.0um×1.5-2.0um;對(duì)菌株M0色素進(jìn)分析,其細(xì)胞內(nèi)含有類胡蘿卜素;菌株M0可利用多種的有機(jī)和無(wú)機(jī)碳氮源,生長(zhǎng)因子能刺激菌株生長(zhǎng),無(wú)機(jī)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(zhǎng)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(rùn)無(wú)皺褶,邊緣整齊;經(jīng)電鏡觀察發(fā)現(xiàn),單個(gè)細(xì)胞形狀為卵圓形,細(xì)胞大小為0.6-1.0um×1.5-2.0um;對(duì)菌株M1色素進(jìn)行分析,其細(xì)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(jī)和無(wú)機(jī)碳氮源,生長(zhǎng)因子能刺激菌株生長(zhǎng)。
　　根據(jù)對(duì)菌株M0、M1的形態(tài)、生理生化特性以及碳氮源試驗(yàn)的研究結(jié)果,參照《伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)(第八版)》,初步推測(cè)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(zhǎng)條件以及生長(zhǎng)培養(yǎng)基的優(yōu)化
　　將菌株M0、M1接種于生長(zhǎng)培養(yǎng)基,在不同的pH、溫度、鹽度、搖床轉(zhuǎn)速、光照強(qiáng)度下培養(yǎng),測(cè)定不同時(shí)間培養(yǎng)液的OD值,以確定最適生長(zhǎng)條件。菌株M0的最適生長(zhǎng)條件為:pH7.5、溫度30℃、鹽度0.5％、搖床轉(zhuǎn)速120r/m、光照對(duì)菌株

7、MO的生長(zhǎng)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(zhǎng)條件為:pH7.0、溫度30℃、鹽度1.5％、搖床轉(zhuǎn)速130r/m、光照對(duì)菌株MO的生長(zhǎng)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(shè)計(jì)法分別對(duì)其培養(yǎng)基進(jìn)行組分優(yōu)化以得到最優(yōu)培養(yǎng)基。結(jié)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(dá)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(dá)到5.7947。
　　(4)菌株M0、M1連續(xù)性脫氮試驗(yàn)以及人工模擬廢水組分優(yōu)化
　　通過對(duì)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(zhǎng)的原則,做廢水組分優(yōu)化實(shí)驗(yàn)(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(duì)其人工誘變以提高脫氮率。實(shí)驗(yàn)選用紫外線(UV)、硫酸二乙酯(DES)、氯化鋰(LiCl)作為誘變劑,對(duì)出發(fā)菌株進(jìn)行多輪的單獨(dú)和復(fù)合誘變處理,并通過納氏試劑法初篩和氨氮滴定法復(fù)篩,得到一株脫氮能力較強(qiáng)的菌株3Mc31,脫氮率比出發(fā)菌株提高了36.8％。采用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化菌株3Mc31的脫氮條件,優(yōu)化后脫氮率達(dá)到74％,五次傳代實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步提高突變株3Mc31脫氮效果,以便更好地應(yīng)用于實(shí)際氨氮廢水的處理,有必要對(duì)其進(jìn)行固定化。本實(shí)驗(yàn)分別采用聚乙烯醇(PVA),海藻酸鈉(CA)的單獨(dú)固定和PVA、CA復(fù)合固定,進(jìn)行比較以得到最優(yōu)的固定方法。利用正交設(shè)計(jì)和兩因子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)復(fù)合固定的脫氮效果優(yōu)于單獨(dú)固定,CA固定化脫氮率達(dá)到29％,PVA固定化脫氮率達(dá)到25％,而CA、PVA復(fù)合固定化脫氮率達(dá)