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吡啶降解菌的筛选及其在好氧颗粒污泥生物强化体系中的应用

作　者: 张鑫
导　师: 沈锦优
学　校: 南京理工大学
专　业: 环境科学
关键词: 吡啶 根瘤杆菌 生物降解 动力学 好氧颗粒污泥
分类号: X172
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 22次
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内容摘要


吡啶是一种应用十分广泛的杂环污染物。该物质的生产和使用过程中产生了大量含吡啶的工业废水。由于吡啶废水生物毒性大、可生化性差,常规生化处理系统(如活性污泥法)难以奏效。本课题研究即以实现吡啶废水经济无害化生物治理为目标,探讨吡啶废水生物强化处理系统的构建和应用方法。本研究从受吡啶污染的土壤中,筛选得到一株能够降解毗啶的新菌株NJUST18,鉴定为根瘤杆菌(Rhizobium sp.)。实验表明,NJUST18菌可以利用吡啶为唯一碳源、氮源进行生长。最高可处理的吡啶浓度高达2600mg/L。降解过程中吡啶浓度降低、生物量增加、TOC减少、pH变大以及水中NH4+的释放等一系列实验现象表明,吡啶可被Rhizobiumsp.NJUST18完全降解。Rhizobium sp.NJUST18降解毗啶的最佳pH条件为中性至弱碱性。在高初始吡啶浓度和高初始pH条件下,降解过程与反应体系pH和NH4+浓度显著相关。在碱性条件下,NH4+释放至反应体系,产生游离氨(NH3),导致吡啶降解延滞。研究发现吡啶对微生物的生长和吡啶的降解具有显著地抑制作用。采用Haldane模型能够较好的拟合生长动力学,动力学常量为：μ=0.1473h-1,Ks,=793.97mg/L, K1=268.60mg/L,Sm=461.80mg/L。真实最大比生长速率(μmax)计算为0.0332h-1。产率系数(YX/S)在吡啶浓度为589.9mg/L时,达到最大值0.51g/g。吡啶降解动力学可用Haldane方程进行拟合,得至(?)qSmax=0.1212g/g/h, Sm’=507.83mg/L, q*=0.3874g/g/h,Ks’=558.03mg/L, K1’=462.15mg/L。与其他毗啶降解菌相比,NJUST18菌株的μmax和Sm是最高的,表明NJUST18菌株在处理高浓度吡啶废水时具有巨大优势。高的Ki和Ki’值,以及极其高的Ks和Ks’值说明,NJUST18菌能够在大范围吡啶浓度中生长,尤其在高浓度下生长。以Rhizobium sp.NJUST18纯菌株作为接种污泥,在SBR反应器中成功培养出可降解吡啶的好氧颗粒污泥,粒径为0.5-1mm左右。反应器内MLSS由0.88g/L升高至5.2g/LMLVSS由0.847g/L升高至4.61g/L,污泥体积指数(SVI)降低至25.6mL/g。在好氧颗粒污泥反应器中,好氧颗粒污泥可在7.5小时内实现浓度高达4000mg/L的吡啶的完全降解；相比纯菌株体系,好氧颗粒污泥系统降解吡啶的效率及耐受浓度显著提高。PCR-DGGE指纹图分析表明,经过六个月的启动运行,SBR反应器内存在多种微生物群落,其中占主导地位的菌不再是Rhizobium sp.NJUST18。但是,反应器启动阶段Rhizobium sp.NJUST18的接种必不可少。本研究的结果表明,Rhizobium sp.NJUST18及其好氧颗粒污泥生物强化体系在高浓度毗啶废水的处理领域具有广阔的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-20
  1.1 前言  11
  1.2 吡啶的污染来源、性质和危害  11-12
  1.3 吡啶类污染的处理方法  12-14
    1.3.1 物理化学处理法  12-13
    1.3.2 生化处理法  13-14
  1.4 好氧颗粒污泥的概述  14-18
    1.4.1 好氧颗粒污泥的定义  14
    1.4.2 好氧颗粒污泥的优点  14-15
    1.4.3 形成好氧颗粒污泥的影响因素  15-16
    1.4.4 好氧颗粒污泥形成机理分析  16-17
    1.4.5 好氧颗粒污泥的应用前景  17-18
    1.4.6 好氧颗粒污泥在吡啶废水处理领域的应用  18
  1.5 本课题研究背景及主要研究内容  18-20
    1.5.1 研究背景  18-19
    1.5.2 研究内容  19-20
2 吡啶降解菌株的筛选、鉴定及性能评价  20-38
  2.1 实验材料与方法  20-26
    2.1.1 实验仪器  20-21
    2.1.2 实验所需药品  21-22
    2.1.3 培养基组成  22-23
    2.1.4 实验方法  23-25
    2.1.5 分析方法  25-26
  2.2 结果与分析  26-36
    2.2.1 吡啶降解高效菌的筛选及鉴定  26-27
    2.2.2 NJUST18菌降解吡啶的性能  27-28
    2.2.3 不同初始吡啶浓度条件下降解情况  28-29
    2.2.4 不同初始吡啶浓度降解过程中生物量的变化情况  29-30
    2.2.5 不同初始吡啶浓度降解过程中氨氮值的变化情况  30-31
    2.2.6 不同初始吡啶浓度降解过程中TOC的变化情况  31-32
    2.2.7 pH值对吡啶降解速率的影响  32
    2.2.8 外加碳源(葡糖糖)对吡啶降解速率的影响  32-33
    2.2.9 外加NH_4~+(NH_4Cl)对吡啶降解速率的影响  33-34
    2.2.10 NH_3的形成对吡啶降解的抑制作用  34-36
  2.3 本章小结  36-38
3 Rhizobium sp.NJUST18对吡啶的降解动力学  38-46
  3.1 实验材料与药品  38
    3.1.1 实验仪器和所需药品  38
    3.1.2 培养基成分  38
  3.2 实验方法  38-40
    3.2.1 名词术语及符号  38-39
    3.2.2 动力学模型建立  39-40
    3.2.3 分析方法  40
  3.3 结果与分析  40-45
    3.3.1 Rhizobium sp.NJUST18降解吡啶特性研究  40-41
    3.3.2 生长动力学  41-43
    3.3.3 降解动力学  43-44
    3.3.4 产率系数分析  44-45
  3.4 本章小结  45-46
4 好氧颗粒污泥的培养与性质研究  46-61
  4.1 实验装置与药品  46-48
    4.1.1 实验装置  46-48
    4.1.2 实验仪器  48
    4.1.3 实验所需药品  48
  4.2 实验方法  48-51
    4.2.1 SBR反应器接种污泥与底物  48-49
    4.2.2 好氧颗粒污泥的培养  49-50
    4.2.3 成熟好氧颗粒污泥对吡啶的降解应用  50
    4.2.4 SBR反应器内微生物种群结构分析  50
    4.2.5 分析方法  50-51
  4.3 结果与分析  51-60
    4.3.1 颗粒污泥培养阶段好氧颗粒污泥形态变化图  51-52
    4.3.2 成熟好氧颗粒污泥的形态  52-53
    4.3.3 好氧颗粒污泥形成机理  53-54
    4.3.4 好氧颗粒污泥形成过程参数变化  54-57
    4.3.5 成熟好氧颗粒污泥对吡啶的降解性能  57-58
    4.3.6 好氧颗粒污泥系统与纯菌株降解吡啶的比较  58
    4.3.7 反应器中微生物种群结构分析  58-60
  4.4 本章小结  60-61
5 结论与建议  61-63
  5.1 本文结论  61-62
  5.2 建议  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-71
附录Ⅰ  71-72
附录Ⅱ  72

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境微生物学
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