【摘要】：異養(yǎng)硝化細菌具有生長速度快、底物耐受性高以及同時硝化反硝化等優(yōu)勢,在生物脫氮領(lǐng)域備受關(guān)注。目前異養(yǎng)硝化細菌脫氮的碳源多以無毒的有機小分子物質(zhì)為主,而以苯酚等有害物質(zhì)為底物的研究還比較少。眾所周知一些工業(yè)廢水往往同時含有高濃度的氨氮和苯酚,并且苯酚會對硝化過程產(chǎn)生抑制作用,嚴重阻礙了該類廢水中氮元素的去除。因此,如何高效地去除廢水中的氨氮和苯酚已成為目前生物處理亟需解決的問題。本論文研究的菌株WY-01是從太原鋼鐵有限公司蒸氨廢水中篩選獲得,其能在含苯酚廢水中降解氨氮。首先通過形態(tài)觀察、生理生化特征以及分子生物學(xué)技術(shù)對WY-01進行分類鑒定;然后主要從底物代謝特征、代謝路徑以及影響因素等三個方面分別對WY-01的氨氮和苯酚降解性能與機理進行系統(tǒng)分析;最后通過外施碳源法和構(gòu)建吸附 解吸附 生物降解系統(tǒng)兩種方法成功實現(xiàn)了WY-01對氨氮和苯酚的同步降解,特別是第二種實驗方法為高濃度苯酚廢水中氨氮和苯酚的共降解提供了一種經(jīng)濟有效的借鑒方法。本文所得到的主要研究結(jié)論如下:(1)從蒸氨廢水中篩選獲得一株能夠在含酚廢水中降解氨氮的異養(yǎng)硝化細菌WY-01,并通過形態(tài)觀察、生理生化特征及16SrDNA序列分析對其進行鑒定,結(jié)果表明該異養(yǎng)硝化細菌屬于糞產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes faecalis)。(2)氨氮的降解與菌株WY-01生長密切相關(guān),且主要集中在對數(shù)生長期。當(dāng)氨氮初始濃度約為400mgN/L時,氨氮降解效果較好,但會伴有少量中間產(chǎn)物的積累。此外,還分析了WY-01對硝化中間產(chǎn)物利用情況及產(chǎn)氣性能,結(jié)果表明有氧條件下WY-01可以分別利用氨氮和羥胺作為唯一氮源進行反硝化生成N_2,但不能利用亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮作為唯一氮源進行反硝化。(3)雖然菌株WY-01體內(nèi)沒有檢測到NR和NiR的酶活性,但是檢測到HAO的酶活性,暗示著HAO可能參與了羥胺有氧轉(zhuǎn)化生成氮氣的過程。基因檢測結(jié)果證明WY-01基因組中存在amoA、NirK、NorB和NosZ這四種關(guān)鍵酶基因。綜合分析WY-01的氮源利用情況、酶活力與基因檢測結(jié)果以及產(chǎn)氣性能,推斷WY-01的硝化反硝化路徑可能有兩條:一條是氨氮氧化生成亞硝酸鹽氮,然后亞硝酸鹽氮直接反硝化生成N_2,這一反應(yīng)主要有AMO、HAO、Ni R、NOR和NOS依次催化完成;另一條是氨氮轉(zhuǎn)化為NH_2OH,后者在HAO作用下直接轉(zhuǎn)化生成氮氣。(4)通過單因素實驗分析溫度、鹽度等理化因素對菌株WY-01氨氮降解的影響,結(jié)果表明WY-01在培養(yǎng)溫度低至10°C;鹽度不高于60 g/L;培養(yǎng)液中Cu~(2+)濃度≤8 mmol/L或Zn~(2+)濃度≤0.5 mmol/L或Cu~(2+)和Zn~(2+)共存濃度不高于1 mmol/L;pH5 10;溶解氧濃度不低于4.67 mg/L等培養(yǎng)條件中表現(xiàn)出良好的氨氮降解性能;同時WY-01能夠耐受較高濃度的氨氮,氨氮濃度高達2500 mg/L時仍可生長。(5)苯酚的降解與菌株WY-01的生長密切相關(guān),并且苯酚的存在會影響WY-01氨氮降解過程中中間產(chǎn)物的積累;WY-01對苯酚的最大耐受濃度為1200 mg/L,低于該濃度時可以有效降解苯酚;苯酚的毒性抑制作用直觀反映在WY-01適應(yīng)期長短上,苯酚濃度越高適應(yīng)期越長,并應(yīng)用掃描電鏡證實苯酚對菌體的毒性作用,嚴重時會導(dǎo)致細胞聚集成團,表面皺縮、凹陷。然后結(jié)合關(guān)鍵酶活性、關(guān)鍵酶基因以及代謝產(chǎn)物三個方面綜合分析WY-01的苯酚代謝路徑,表明WY-01主要通過鄰位途徑代謝苯酚,并最終經(jīng)TCA循環(huán)生成CO_2。最后通過單因素實驗對WY-01的苯酚降解性能進行優(yōu)化,結(jié)果表明WY-01降解苯酚的最適條件為培養(yǎng)溫度30 35°C、pH 7 8、DO≥4.79 mg/L和C/N=14。(6)外源施加一定濃度的碳源能夠?qū)崿F(xiàn)菌株WY-01對氨氮和苯酚的同步降解,并會顯著提高氨氮的去除率;但是外施乙酸鈉對苯酚降解的影響卻因苯酚濃度不同而存在顯著差異。當(dāng)苯酚含量為500 mg/L時,外施乙酸鈉會使苯酚的去除速率降低。而當(dāng)苯酚濃度為800 1000 mg/L時,外施乙酸鈉會通過促進菌體生長而使WY-01對高濃度苯酚的適應(yīng)期縮短,進而使苯酚的去除速率顯著提高。盡管通過外施碳源的方法可以促進氨氮和苯酚的共降解,但是該方法仍不能提高WY-01對苯酚的最大耐受濃度。(7)考慮到苯酚在大孔吸附樹脂CAD-40上的吸附特性以及菌株WY-01能夠利用苯酚作為碳源降解氨氮的性能,本文通過建立一種吸附 解吸附 生物降解系統(tǒng)以達到高酚廢水中同時降解氨氮和苯酚的目的。利用該系統(tǒng)最高可將6000 mg/L的苯酚完全降解,同時實現(xiàn)384 mg/L氨氮的高效去除(去除率可達99.03%),而且CAD-40樹脂能夠在生物降解過程中實現(xiàn)再生而不需任何額外操作。所有結(jié)果表明該系統(tǒng)處理苯酚和氨氮的效果良好并具有較好的重復(fù)性,為高濃度含酚廢水中實現(xiàn)氨氮和苯酚的共降解提供了一種經(jīng)濟有效的借鑒方法。隨后通過qRT PCR技術(shù)對菌株WY-01同步脫氮除酚過程中的關(guān)鍵基因進行定量分析,結(jié)果顯示苯酚降解關(guān)鍵基因PH和CatA,以及反硝化關(guān)鍵基因nirK和nosZ都在轉(zhuǎn)錄水平顯著表達。
[Abstract]:寮傚吇紜濆寲緇嗚弻鍏鋒湁鐢熼暱閫熷害蹇，

本文編號：2119318