兼具脱氮除磷功能异养硝化细菌Pseudomonas putida strain NP5的代谢机制研究

论文摘要

随着社会经济的发展,含氮、磷等营养物质的污废水排放量大幅增加。过量的营养物质导致水体出现富营养现象,水生态系统遭到破坏,如何有效控制水体中的氮、磷元素已成为环境保护与社会可持续发展亟待解决的问题。传统脱氮除磷工艺将脱氮和除磷过程分开进行,存在工艺流程复杂、能耗高、反应条件苛刻等不足。近年来,研究者们发现部分异养菌不仅能实现同步硝化反硝化作用,还能在脱氮的过程中将磷去除。这类兼具脱氮除磷功能的异养菌的发现为生物脱氮除磷提供了新思路。本研究从实验室长期处理高氨氮有机废水的SBR反应器中筛得一株可实现同步硝化反硝化和聚磷功能的异养硝化细菌（heterotrophic nitrification bacteria,HNB）。本研究以此菌株为切入点,考察了其异养硝化、好氧反硝化和聚磷特性,并对其脱氮除磷作用机制进行探究。主要研究结果如下:（1）从SBR反应器中筛得一株HNB,命名为NP5,经过生理生化和16S rRNA鉴定,确定其为恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）。环境因子试验表明,菌株NP5氮、磷去除的最佳反应条件为:琥珀酸钠为碳源、C/N=10、P/N=0.2,温度T=30℃、转速r=160 r/min,pH 7.0,盐度为0%。（2）菌株NP5能耐受高氨环境,在初始NH4+-N为50～200 mg/L时,48 h内NH4+-N基本完全去除。当初始NH4+-N浓度提升至500～1000 mg/L时,NP5仍能去除60%左右的NH4+-N,具有处理高氨废水的潜能。在NH4+-N浓度为100mg/L、PO43--P浓度为20 mg/L的初始条件下连续培养48 h,NP5的最大比生长速率为0.41 h-1。NH4+-N和TN的最大去除率分别为99.16%和98.32%,最大降解速率分别为10.47 mg/L/h和10.33 mg/L/h。（3）菌株NP5可分别利用NO2--N和NO3--N作为唯一氮源进行好氧反硝化脱氮,氮的去除过程伴随菌株的同步生长。在初始氮浓度为100 mg/L的条件下,24 h内去除了99.44%的NO2--N和99.63%的NO3--N,最大去除速率分别为8.59mg/L/h和7.96 mg/L/h。（4）NP5能够利用NH4+-N、NO2--N和NO3--N为唯一氮源进行除磷,且在NH4+-N作为氮源时的磷降解速率最快,48 h内去除约91.72%的PO43--P,最大降解速率为1.71 mg/L/h。在好氧反硝化去除NO2--N和NO3--N的过程中,48 h内PO43--P的去除率为87.9%和83.9%,对应最大磷转化速率分别为1.59 mg/L/h、1.42mg/L/h。（5）异养硝化过程添加ATU并未抑制NP5的氨氧化过程,却显著抑制了其反硝化作用。NaClO3的加入对NP5的脱氮除磷过程无显著影响,推测NP5可直接将NH2OH或NO2--N转变为气态氮去除。厌氧/好氧诱导试验表明菌株具有厌氧释磷、好氧过量吸磷的性能。单次诱导对NP5的脱氮除磷性能无明显影响,反复诱导后NP5的脱氮除磷效率显著增加。（6）HAO、NiR、NAR的成功表达,表明菌株具有完整的脱氮途径。而PPX和PPK的成功表达,证实NP5具有厌氧释磷、好氧吸磷的能力。上述脱氮除磷功能酶的成功表达,确证了菌株NP5的同步硝化反硝化聚磷能力。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖倩

导师: 任勇翔

关键词: 异养硝化好氧反硝化,恶臭假单胞菌,筛选鉴定,脱氮除磷,代谢机制

来源: 西安建筑科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 西安建筑科技大学

基金: 陕西省自然科学基础研究计划项目(2018JQ5157),陕西省教育厅重点科研计划项目(17JS079)

分类号: X172;X703

DOI: 10.27393/d.cnki.gxazu.2019.001278

总页数: 71

文件大小: 8610K

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