溶藻菌同步反硝化抑藻特性研究

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本研究利用已经筛选出的溶藻菌和异养硝化细菌,以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和西安市兴庆公园的富营养化原水作为研究对象。研究了溶藻菌同步溶藻和脱氮特性,以及其在原水中对氮源和藻类等污染物的去除特性。对试验进行分析总结,得出如下结论:1.溶藻菌J25和R11分别为不动杆菌属(Acinetobacter)和乌拉尔菌属(Raoultella)。响应曲面优化结果:第一,溶藻菌J25优化溶藻最优条件试验中,综合三个因素的相互影响,通过SAS软件的岭脊分析,确定最优值是在:温度为30.46℃、铜绿微囊藻密度为960000 cell ml-1和接种量为23.75%(v/v)。根据最优条件下的模型预测,最大的溶藻率为88.06%。第二,溶藻菌R11优化最优反硝化条件中,响应曲面最后优化的最优值是在:接种量为13.02%(v/v)、初始pH值为6.65、C/N比为27.08和温度7.59℃,此时达到最大的硝酸盐去除率为96.06%。2.溶藻菌J25和R11分别和其他菌种复配时,先以氨氮作为唯一氮源时,筛选出JJ25+SYF26、J25+SYF26+ZK2、J25+SYF26+ZK2+WG9、R11+SYF26+ZK2+WG9这四个组合对氨氮具有较高去除率,随后对上述四个组合在以氨氮和硝酸盐混合作为氮源,得到J25+SYF26同时对硝酸盐和氨氮都有很高的去除率,分别为97.56%和96.30%。3.在硝化细菌SYF26在贫营养条件下同步硝化反硝化的动力学试验中,当初始氨氮和硝酸盐的浓度为2mg/L时。在pH值为5、6、7、8和9,C/N为3.0、4.5、6.0、7.5和9.0,温度为15℃、20℃、25℃、30℃和30℃这三个单因素条件下分别进行硝化反硝化的动力学试验。结果得出,在pH=7、30℃和碳氮比为7.5可以达到最优值,其硝化和反硝化的速率最快。硝化细菌SYF26在原水中脱氮试验中,当在贫营养好氧反硝化培养基中活化3d后的菌液投加到原水中去时,细菌SYF26展现出了良好的氨氮、亚硝氮、硝氮、总氮和TOC的去除效率,氨氮由0h的1.92mg/L,经过120h,降低到0.25mg/L,其整个过程去除率和去除效率分别为86.98%和0.014 mg L-1 h-1,硝酸盐在整个过程中的去除率和去除速率分别为98.75%和0.013 mg L-1 h-1,总氮在096h由3.53 mg/L降低到0.29 mg/L,且去除率和去除速率分别为91.78%和0.034 mg L-1 h-1,于此同时有机碳由28.56 mg/L降低到5.03mg/L,去除率和去除速率分别为82.39%和0.245 mg L-1 h-1。三维荧光试验表明,峰1(λex/λem=225/330 nm)、峰2(λex/λem=280/330 nm)和峰3(λex/λem=345/420nm)荧光强度减弱是由细菌SYF26造成的,进一步说明了细菌SYF26可以利用景观水体中的有机物类富里酸、类蛋白和UV富里酸作为有机碳源来进行异养硝化-好氧反硝化。傅里叶红外试验也同样表明,细菌SYF26可以利用景观水体中的可溶性有机物,如类蛋白样和富里酸作为有机碳源来进行异养硝化-好氧反硝化。4.溶藻细菌J25的不同投加方式对富营养化水体的修复中,直接投加J25菌液、固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4对水体中氮源和藻类有着不同的去除效率。在试验初始的4d,固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4分别将水体中的硝酸盐由20.60mg/L降低到到1.75mg/L、20.62mg/L降低到0.21mg/L,随后在第4d到第7d,硝酸盐降解的开始变的缓慢,且固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4最终的硝酸盐去除率和去除速率分别为96%和0.1188 mg L-1h-1、100%和0.2127mg·L-1h-1。在7d的试验里,固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4叶绿素a的去除率分别为88.56%和88.97%。对于试验组直接投加菌液J25,其硝酸盐和叶绿素a分别由最初的20.66 mg/L降低到2.98 mg/L和856.36μg/L降低到296.23μg/L,最终的硝酸盐去除率和去除速率分别是85.80%和0.1052 mg·L-1·h-1,叶绿素a的去除率为65.41%。于此同时,对照组在整个试验过程中的硝酸盐略有下降,而叶绿素a的却浓度明显升高,这可能是由景观水体中硝酸盐被铜绿微囊藻的吸收作为其自身成长。对于亚硝酸盐的去除,直接投加J25菌液、固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4的去除率和去除速率分别为96.32%和0.0037 mg·L-1·h-1、100%和0.0038 mg·L-1·h-1、100%和0.0065 mg·L-1·h-1。在藻细胞SOD的测定中,对照组、直接投加菌液J25、固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4这四组初始的SOD活性分别为5.10 U·mg-1,25.32 U·mg-1,25.03 U·mg-1和25.55 U·mg-1,在经过7d的试验运行,直接投加菌液J25、固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4这三组试验组的SOD活性分别变为43.80 U·mg-1,49.56 U·mg-1,54.43 U·mg-1。同时,对照组中的SOD活性变为28.07 U·mg-1。454高通量焦磷酸测序分析微生物群落结构分析得出,对照组、直接投加菌液J25、固定化J25和固定化J25添加磁性Fe3O4这四组中,不动杆菌属Acinetobacter的存在,且其相对含量分别为1.13%、9.32%、11.56%、27.87%。在铜绿微囊藻藻体作为碳源和氮源的脱氮试验中,在溶藻细菌J25接种到含有铜绿微囊藻藻粉作为碳源的HM培养基中,硝酸盐的浓度在整个试验过程中不断降解。在整个过程中,硝酸盐的去除率和去除速率分别为72.36%和0.0123 mg·L-1·h-1,亚硝酸盐浓度在整个过程中基本保持恒定不变,有机碳的去除率可达到85.56%,pH值从6.66增加到7.22。5.在生物浮床与生物膜组合技术修复景观水体的静态试验中,在028d生物浮床和生物浮床与生物膜组合对硝酸盐都有很好的去除效果,分别从初始的1.59mg/L降低到0.58mg/L和1.58mg/L降低到0.14mg/L,而在28d之后,两组试验组的硝酸盐趋于平衡,整个试验过程,生物浮床和生物浮床和生物膜组合对硝酸盐的去除率分别为63.52%和91.14%。对于亚硝酸盐,生物浮床和生物浮床与生物膜组合的去除率分别为13.75%和50%,同时对照组有大量积累。生物浮床和生物浮床与生物膜组合的氨氮分别从初始的1.99mg/L降低到1.30mg/L和2.06mg/L降低到0.25mg/L,去除率分别为34.67%和87.86%。总氮和总磷在生物浮床和生物浮床与生物膜组合中的去除率分别为47.50%和88.83%,31.31%和33.07%。对照组和生物浮床与生物膜组合中的蓝藻细胞分别由2012cell m L-1增长到2832 cell mL-1、2025 cell m L-1降低到943 cell m L-1,而生物浮床中的蓝藻细胞基本保持不变。最后,对于水体中的TOC,第一,生物浮床和对照组中的TOC有所增加,第二,生物浮床和生物膜组合中的TOC有一个明显的降低,其由初始的15.7mg/L降低到7.23mg/L,去除率为53.95%。454高通量焦磷酸测序分析微生物群落结构分析得出,对照组、生物浮床和生物浮床与生物膜这三组中,不动杆菌属Acinetobacter的存在,且其相对含量分别为0.01%、2.22%和6.25%。
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