alcaligenes faecalis strain nr异养脱氮性能及其代谢途径初探word格式论文.docxVIP

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2018-05-18 发布于上海
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alcaligenes faecalis strain nr异养脱氮性能及其代谢途径初探word格式论文

摘要异养脱氮是指异养微生物在好氧情况下将氨氮(NH4+-N)转化成气态氮的生物脱氮过程。Alcaligenes faecalisstrainNR 从具有高效同步硝化反硝化脱氮效率的膜生物反应器中分离纯化得到。前期的研究已证实菌株NR 具有异养脱氮这一特殊性能。本文首先对影响Alcaligenes faecalis strainNR 脱氮效果的因素进行了研究，利用响应面法(RSM)对菌种的培养条件进行优化；在此基础上，建立实验室规模的连续流反应器，研究该菌株对不同负荷人工配水的脱氮效果，进一步研究该菌株对养猪废水的处理效果；最后利用稳定同位素技术对菌株NR 的脱氮途径进行了探讨。在Alcaligenes faecalisstrain NR 脱氮培养条件的优化实验中，利用响应面法的Box-Behnken方法，对实验进行实验设计和分析，将29组实验的响应值与各自的影响因素(温度，pH，转速和C/N)建立起模型关系，利用3D响应面图和二维平面等值线图分析各个因素的优化区间，在此基础上通过构建的二次模型分析得到菌株NR 的优化培养条件:转速121.6 rpm，温度29.6 °C，pH 7.2，C/N 9.7。在此条件下菌株NR 对NH4+-N去除率可达到72.7%。在建立的连续流反应器中，进水为NH4+-N浓度为150mg/L 的人工配水时，NH4+-N去除率可达到77.0%左右，同时期反应器的总氮(TN)去除率与NH4+-N去除率持平，大约在75.0%左右。进水为NH4+-N浓度为200mg/L的人工配水时，NH4+-N去除率也可达到75.0%左右，同时期TN去除率也可达到70.0%左右。改变人工配水NH4+-N浓度为90mg/L，提高C/N为20后NH4+-N去除率最高可达85.1%，TN去除率最高为76.4%。总有机碳(TOC)浓度在反应器运行初期逐渐降低，随着反应器的运行，TOC 的去除率可高达90%以上。人工配水作为反应器的进水运行94 天后，换成养猪废水作为反应器的进水。由于养猪废水成分复杂，首先利用摇瓶实验检测菌株NR 对养猪废水的脱氮效果。其中，60小时内对去了悬浮固体(SS)的养猪废水有76.8%的NH4+-N去除率和64.3% 的TN去除率；60小时内对不进行SS去除的养猪废水有78.3%的NH4+-N去除率和65.1%的TN去除率。为避免反应器堵塞，选用去除SS的养猪废水作为反应器进水，考察反应器对养猪废水的运行情况。结果表明，设置水力停留时间为4d，C/N为10，曝气速率为100~200mL/min时，反应器对养猪废水的NH4+-N去除率和TN去除率分别为70.0%和71.0%。本文最后根据异养脱氮的假想途径，分别以氨氮及其代谢中间产物(亚硝酸盐氮和硝酸盐氮)作为唯一氮，并对分别对其进行同位素标记，利用同位素气体质谱仪(GC-IRMS)测试气态产物氮气和氧化亚氮的15N千分差(δ15N)，结果证实了N2O和N2的存在。最后推测出菌株NR的代谢途径：NR将NH4+-N氧化为NH2OH，再由NH2OH氧化为NO2--N，再由菌种的硝化作用生成NO3--N，NO3--N在好氧条件下反硝化生成N2O，进而生成终产物N2。关键词：异养脱氮，响应面，连续流反应器，养猪废水，同位素ABSTRACTHeterotrophicdenitrificationwasdefinedas:someheterotrophicmicroorganisms cancompletethetransformationfromammonium(NH4+-N)togaseousnitrogenin aerobiccondition.AlcaligenesfaecalisstrainNRwasseparatedfromamembrane bioreactorwhichowedahighsimultaneousnitrificationanddenitrificationnitrogen removalefficiency.Previousstudieshaveconfirmedtheheterotrophicdenitrification performanceofthesrainNR.Inthispaper,theheterotrophic denitrification performanceofAlcaligenesfaecalisstrainNRandtheinfluencefactorsofitwere studied.Byusingtheresponsesurfacemethod(RSM),thebacterialcultureconditionsareoptimized.Thenalaboratory scalecontinuousflow