一株异养硝化好氧反硝化菌的筛选和脱氮性能研究
作者:徐然、黄家鑫 环境学院
指导老师:王慧 环境学院
关键词:生物脱氮,异养硝化,好氧反硝化
摘要
微生物原位修复脱氮是目前重要的修复技术,具有见效时间短、成本低等优点,而高效的菌种资源对脱氮效率的增加至关重要,因此筛选优质的微生物菌种并对其应用效果进行评价具有重要意义。异养硝化好氧反硝化菌由于生长速率快,能在有氧条件下去除水体中的氨氮和硝态氮,而受到关注。本课题组从污水处理厂活性污泥中,以柠檬酸钠为碳源,分别以氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮为唯一氮源,富集并筛选出了39株菌株,从中筛选出一株同时具有硝化和反硝化能力且脱氮效果最好的菌株39号进行进一步的研究。该菌株为革兰氏阴性菌,为假单胞菌。该菌株在好氧条件下24h能将100mg/L硝酸盐氮去除71.3%,16h内能将50mg/L硝酸盐氮去除90%以上。若以氨氮作为单一氮源,当氨氮浓度为84.2mg/L时,处理24小时后,去除率为58.2%,去除速率达2.04mg/( L·h),没有硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的大量积累。当氨氮浓度为40mg/L时,处理16小时后,去除率可达85.3%。该菌株生长迅速,生长16h可达到生长稳定期。上述研究结果表明,该菌具有异养硝化好氧反硝化能力,有望运用于同步硝化反硝化过程。后续可对已有实验进行补充,并对该菌的脱氮条件及其处理实际污水的脱氮效果进行深入研究。
菌株的筛选
取污水处理厂活性污泥,分别用以氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮为唯一氮源的培养液富集三代后,稀释接种到筛选培养基上。根据反硝化反应显酸性的特征,通过光圈大小,选择菌落50个,转移到纯化培养基中,经过5次划线纯化,得到39株菌株。
图1 菌株的培养与纯化
将39株菌株分别接种到以氨氮为氮源的培养液中,培养足够长的时间,测定培养液中氨氮浓度,选择氨氮去除效果最好的10株,测定其亚硝酸盐氮浓度和硝酸盐氮浓度,确认两种无机氮没有大量积累,选择去除率最高的一
株菌,为39号细菌,进行菌种鉴定。发现其为假单胞菌,为革兰氏阴性菌。
图2 菌株的筛选
图3 系统发育树
图4 细菌的电镜照片
定量测定该菌对硝酸盐氮的脱氮效果
令该细菌在以硝酸盐氮为唯一氮源的培养基中生长。初始硝酸盐氮浓度为100mg/L左右,培养24小时后硝酸盐氮浓度降低28.7mg/L,去除率达到71.3%,但亚硝酸盐氮产生了积累,最后没有消减,推测可能为亚硝酸盐氮积累较多产生毒性。COD值由2358.5mg/L降低至1694mg/L,去除率达28.2%。
仅将硝酸盐氮浓度降低一半进行实验,发现16小时后硝酸盐氮浓度降低至5mg/L以下,去除率达到90%以上,没有产生亚硝酸盐氮的积累,COD值由2859.5mg/L降低至688.825mg/L,去除率达75.9%。可见该细菌很可能不适于处理高浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。
图5 对高浓度硝酸盐氮脱除
图6 对低浓度硝酸盐氮脱除
定量测定该菌对氨氮的脱氮效果
令该细菌在以氨氮为唯一氮源的培养基中生长。在培养24h后,氨氮浓度从84.2mg/L降低至35.2mg/L,去除率达到58.2%,没有硝酸盐和亚硝酸盐的大量积累。COD值从2627mg/L降低至1802.5mg/L,去除率达到31.4%。将氨氮浓度降低一半进行实验,发现在培养16h后氨氮浓度从40mg/L降低至5.86mg/L,去除率达到85.3%,COD值从3032.5mg/L降低至711.05mg/L,去除率达到76.6%。可见该菌株对氨氮的脱除效果较好,有继续研究的价值。
图7 对高浓度氨氮的脱除
图8 对低浓度氨氮的脱除