摘要
水体中硝酸盐氮浓度超标会对生态环境及人体健康造成巨大威胁，因此硝酸盐氮去除是目前地表水处理和污水处理厂出水亟待解决的难题。为改善传统脱氮过程存在的成本高、效率低、氮元素终浓度偏高等问题，本研究从活性污泥中筛选出一株高效好氧反硝化菌，对其脱氮条件进行优化，并通过真实废水测试其反硝化性能。此外，对其进行菌株固定化，测试其固定化前后的脱氮性能，在连续脱氮反应器中测试效果，并将固定化菌株投入不同种类的真实废水中测试其反硝化能力，发掘菌株在实际脱氮工艺中的应用潜力。 本研究主要结论如下: (1)筛选出一株斯图氏假单胞菌:从某污水处理厂活性污泥中筛选出一株高效反硝化菌，对其进行反硝化能力和关键功能基因验证后，通过16SrRNA鉴定、多相分类学鉴定、全基因组测序方法，确定其为一株斯图氏假单胞菌(Pseudomonasstutzeri),并命名为KJ3; (2)获得KJ3在脱氮工艺中的最佳条件:对温度、pH、转速、盐浓度、碳氮比五个因素进行优化，确定KJ3菌株反硝化的最优条件为温度35℃、pH为8、转速为100r/min、盐浓度为10g/L、碳氮比为9，16h的硝酸盐氮去除率能达到97％以上，同时亚硝酸盐氮的积累量≤0.9mg/L; (3)KJ3投加后使水中反硝化相关功能基因显著增加:KJ3在最优的反应条件下进行反硝化作用，可使废水中的硝酸盐氮初始浓度为60mg/L时，经12h最终降低到5.1mg/L,去除率达到91.5％;同时亚硝酸盐氮积累量仅为1mg/L。 对真实废水进行细菌16S多样性、宏基因组测序得到废水中的微生物群落多样性、功能基因丰度变化及氮代谢通路的研究结果，表明投入KJ3后其能迅速生长成为优势菌群，同时氮代谢中反硝化路径和反硝化相关功能基因丰度的显著性增加也进一步验证了上述结果以及KJ3的反硝化能力。 (4)对菌株成功进行固定化:对固定化方法及材料进行比选后采用2％的SA+6％的PVA混合材料对KJ3菌株进行包埋固定化，固定化后的KJ3菌株对硝酸盐氮去除率由游离状态下的94.25％增加到96.74％;并对上述固定化小球进行初步连续批次实验测定脱氮效果，结果发现其由第一批到第三批时脱氮效率明显增强;随着批次增加，固定化细胞出现流失，脱氮效果有缓慢减弱。 (5)KJ3菌株能在多类真实废水中发挥反硝化作用:上述固定化菌株投放实验结果表明，菌株KJ3可能适应多种废水的脱硝。实验结果证明其对实验室处理水出水、牛蛙养殖废水净化段出水、养殖场废水都具有较好的处理效果，分别为96％、88％、98％，对后续研究及产业化应用奠定了更广泛、高效的基础，具有很大的应用潜力及现实意义。 本实验筛选得到一株对多类真实废水有较强的反硝化能力的好氧反硝化菌，最优脱氮条件下能在16h内将硝酸盐氮降到1mg/L,且亚硝酸盐氮积累量≤0.9mg/L。
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