论文题目：异养硝化—好氧反硝化功能混合菌HY-1富集驯化及应用
摘要：氨氮废水的有效处理和达标排放是减少水体富营养化的重要保障,相较于物理化学处理技术,生物脱氮技术具有处理成本低、二次污染小及工艺简单等优势。但传统生物脱氮技术在化工、垃圾渗滤液和养殖等高氨氮废水中存在应用瓶颈,主要原因为水体氨氮浓度超过200 mg/L时,释放的大量游离氨会抑制微生物的硝化活性和生长速率,最终导致脱氮效率下降、生物量和生物活性降低。研究表明异养硝化-好氧反硝化（Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,HN-AD）功能微生物可以在好氧条件下实现氨氮、硝态氮的同步去除,而HN-AD功能混合菌的卓殊代谢特性使其具备多胁迫条件的适应机制,有生长速率快、脱氮效率高和环境适应能力强等特点,在高氨氮废水处理中展示出了较大的应用潜力。为了突破传统微生物在高氨氮废水中的应用瓶颈,本文从真实高氨氮废水中富集HN-AD功能混合菌,研究混合菌的最佳培养参数并开展传代驯化,经过中试放大后考察混合菌对真实高氨氮废水的处理效果,以期为新型生物脱氮技术的发展提供理论基础,取得如下结果:1、富集得到了HN-AD功能混合菌HY-1。以重庆某农村化粪池表层粪水和重庆某生猪养殖场废水为菌源,富集驯化得到耐高氨氮功能的脱氮混合菌,命名为HY-1。以氨氮浓度400 mg/L为条件持续驯化25 d后,混合菌HY-1在120 h内氨氮去除率可以达到98%以上。在异养和完全好氧环境下,混合菌HY-1能够将氨氮、硝态氮和亚硝态氮同步去除,具有HN-AD功能。通过多样性分析研究驯化过程中混合菌HY-1的菌群丰度变化,结果表明,驯化后菌群结构更加稳定,优势微生物为不动杆菌属Acinetobacter,丰度超过80%。2、优化了混合菌HY-1的培养参数。以工程应用为导向,综合考虑了氨氮去除率（≥80%）、菌体密度(OD600≥1.5)和培养成本等指标,开展了碳源种类、碳氮比、转速和初始氨氮浓度等关键因素的优化实验,确定混合菌HY-1的最适培养条件为:碳源为乙酸钠,碳氮比为10、转速为150 rpm、初始氨氮浓度为400 mg/L。3、开展了混合菌HY-1的中试放大试验。以最适培养条件为基础设计放大培养基,对混合菌HY-1二次驯化。结果表明,二次驯化30 d后,混合菌HY-1对氨氮（初始浓度为400 mg/L）的去除率达到90%,优势菌属为不动杆菌属Acinetobacter,平均丰度达到70%以上。将锥形瓶内培养的混合菌HY-1接入5 L发酵罐放大后,在初始氨氮浓度为400 mg/L条件下,49 h后氨氮去除率为94.1%,总氮去除率为84.9%。将混合菌HY-1接入1000 L反应器中试放大后,在初始氨氮浓度为400 mg/L条件下,42 h后氨氮去除率为99.3%,总氮去除率为70.9%。分析了混合菌HY-1中试放大过程中菌群结构变化,发现不动杆菌属Acinetobacter始终作为优势菌属,丰度维持在70%以上。4、考察了混合菌HY-1对真实高氨氮废水的处理效果。以中试放大后的混合菌HY-1处理垃圾渗滤液、化工废水和养殖废水。结果显示,混合菌HY-1对垃圾渗滤液中氨氮（194.0 mg/L）和总氮（268.7 mg/L）的去除率分别达93.8%和81.9%;对化工废水中氨氮（573.8 mg/L）和总氮（673.9 mg/L）的去除率分别达88.1%和64.8%;对养殖废水中氨氮（3022.9 mg/L）和总氮（3326.9 mg/L）的去除率分别达79.2%和58.1%。研究结果表明,混合菌HY-1对真实高氨氮废水表现出较强的适应性和脱氮能力,在高氨氮废水处理中具有较大的应用潜力。
关键词：高氨氮;异养硝化-好氧反硝化;混合菌;培养参数;驯化
学科专业：工程硕士（化学工程领域）（专业学位）
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 高氨氮废水处理技术现状
1.1.1 物化处理技术
1.1.2 生物脱氮技术
1.2 混合菌脱氮技术
1.3 HN-AD菌脱氮的影响因素
1.4 混合菌放大培养研究进展
1.5 研究意义及主要研究内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容
1.5.3 技术路线
2 HN-AD功能混合菌富集及培养参数优化
2.1 实验材料
2.1.1 菌种来源
2.1.2 培养基
2.1.3 主要试剂与仪器
2.1.4 检测方法
2.2 实验方法
2.2.1 混合菌富集驯化
2.2.2 混合菌HN-AD功能验证
2.2.3 混合菌的总DNA提取
2.2.4 混合菌的培养参数优化
2.3 结果与分析
2.3.1 混合菌的富集驯化
2.3.2 混合菌的HN-AD功能验证
2.3.3 混合菌的菌群结构分析
2.3.4 混合菌培养参数优化
2.4 本章小结
3 混合菌HY-1的中试放大研究
3.1 实验材料
3.1.1 实验菌源
3.1.2 培养基
3.1.3 主要试剂与仪器
3.2 实验方法
3.2.1 混合菌HY-1的二次驯化
3.2.2 混合菌HY-1的中试放大
3.2.3 放大培养混合菌HY-1的总DNA提取
3.3 结果与分析
3.3.1 混合菌HY-1的二次驯化
3.3.2 混合菌HY-1的中试放大
3.3.3 混合菌HY-1放大过程菌群结构变化
3.4 本章小结
4 混合菌HY-1在真实废水中的应用
4.1 实验材料
4.1.1 实验菌源
4.1.2 废水来源
4.1.3 主要试剂与仪器
4.2 实验方法
4.2.1 混合菌HY-1处理垃圾渗滤液
4.2.2 混合菌HY-1处理化工废水
4.2.3 混合菌处理养殖废水
4.3 结果与分析
4.3.1 混合菌HY-1处理垃圾渗滤液
4.3.2 混合菌HY-1处理化工废水
4.3.3 混合菌HY-1处理养殖废水
4.4 应用经济性分析
4.5 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
致谢
参考文献