有机废水低温菌的筛选及模拟污水处理研究

【摘要】：据统计全国污水处理量中的80%以上所采取的技术是生物活性污泥法及其强化衍生技术,生物法处理污水受环境温度影响较大,生物法处理技术中起主要作用的活性菌株大多为环境中温菌。这类菌株在环境温度10℃以下时,其活性骤降,因此在我国冬季低温环境下,采取生物活性技术处理污水的污水处理设备其效率会受到严重影响。 本研究从冬季4-8℃的环境中筛选出能在4℃C环境下生长的8株低温耐受菌株,在15℃、100rpm的培养条件下研究8株单菌株分别处理高浓度废水的效果,经过6天处理后发现处理效果最好的菌株B2效率达87%、效果最差的菌株Y7达到63.40%。将筛选菌株按污水处理效率高低进行混合,测定混合菌株处理高浓度废水的处理效率,结果发现混合菌处理效率最低的为73.6%,最高为80%。混合菌在处理效率上虽不及部分单菌,在其不同混合菌处理效率之间的波动并不大。 利用分子生物学方法从筛选菌株中扩增出与相关脂肪酸脱氢酶基因,采用生物信息学的手段研究多物种脂肪酸脱氢酶基因在分子进化间的关系,并揭示了嗜冷黄杆菌的铁离子结合活性位点的氨基酸位置His114、Glulll Glu76、 His200、Glu197、Glu164。从筛选菌株扩增出的脂肪酸脱氢酶基因中发现了其存在着HRLWSH、HRRHH、HNFHH的铁离子结合活性组氨酸区,这与多物种保守基序中发现的组氨酸活性区HxxxxH、HxxHH、HxxHH一致。 从筛选菌株应用到实际污水处理的角度,利用自制10L反应池,电磁式空气泵作为鼓气装置,选用聚烯烃类的立体弹性材料及醛化纤维的生物组合填料作为固定化微生物的材料来模拟实际污水的曝气处理过程。环境平均气温15。C条件下经6天处理后发现混合菌3和材料2(醛化纤维组合材料)的COD降解效率达70.9%,苯酚去除率达92%远高于其他混合菌及固定材料组合,后经单因素废水处理效果分析,进一步确定混合菌3和材料2为最优污水处理的组合。最后在环境平均温度20。C条件下,分析混合菌3和材料2组合处理污水过程中的各影响因素,曝气下的混合菌3和材料2在2天处理后COD降解达91%,3天处理后COD降解率几乎达100%,而苯酚处理率也达94.7%,效果远好于非曝气反应池。而只投加材料2的曝气反应池COD和苯酚降解率也较为显著。经上述对于筛选出的混合菌3和材料2组合进行的模拟实际污水处理的过程,发现在20℃环境下其处理效果较好,其在15℃环境下COD和苯酚的降解率分别也能达到70.9%和92%,这也说明筛选出的菌3材料2组合在实际污水处理过程中的应用的可行性。 主要结论：在低温环境下筛选出8株能在4℃下生长的低温耐受菌株,15℃下单菌处理高浓度废水(COD为17763mg/L)最高处理效率达86%,混合菌处理污水效率达80%且相对稳定。筛选并研究了固定化材料2与混合菌3组合在污水处理中的显著效果,为其在污水处理的实际应用中奠定基础。 【关键词】：低温菌 污水处理 脂肪酸脱氢酶 固定化材料 曝气池
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703;X172
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 引言13-15
• 1.2 耐低温微生物的冷适应机制及研究现状15-21
• 1.2.1 耐低温微生物细胞膜的流动性15-16
• 1.2.2 耐低温微生物的冷传导机制16-18
• 1.2.3 耐低温微生物的相关研究进展18-20
• 1.2.4 低温微生物在环境中的应用20-21
• 1.3 固定化生物填料的发展现状21-24
• 1.4 课题的研究意义与内容24-26
• 1.4.1 课题的研究背景24
• 1.4.2 课题的研究内容与目的24-26
• 第二章 冷适应微生物筛选与鉴定26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 材料26-28
• 2.2.1 水样来源26
• 2.2.2 培养基26-27
• 2.2.3 COD测定所需试剂27
• 2.2.4 细菌形态及分子鉴定所需材料27-28
• 2.2.5 主要仪器设备(见附录1)28
• 2.3 方法28-30
• 2.3.1 水样COD测定方法28
• 2.3.2 耐低温菌的筛选28-29
• 2.3.3 筛选污水处理能力较好的低温耐受菌29
• 2.3.4 混合菌株处理污水能力研究29
• 2.3.5 筛选出的优势菌株的形态学及分子生物学鉴定29-30
• 2.4 结果30-39
• 2.4.1 COD测定标准曲线的绘制30-32
• 2.4.2 低温耐受菌分离筛选32-34
• 2.4.3 低温耐受菌降解污水分析34-37
• 2.4.4 筛选菌株的鉴定37-39
• 2.5 小结39-40
• 第三章 脂肪酸脱氢酶的序列及分子进化40-53
• 3.1 引言40-41
• 3.2 材料41-42
• 3.2.1 分子进化分析所需材料41-42
• 3.2.2 PCR扩增脂肪酸脱氢酶材料42
• 3.3 方法42-44
• 3.3.1 脂肪酸脱氢酶分子进化分析方法42-43
• 3.3.2 PCR获取筛选菌株脂肪酸脱氢酶43-44
• 3.5 结果与分析44-51
• 3.5.1 PCR扩增获取△~9-脂肪酸脱氢酶44-45
• 3.5.2 氨基酸序列分析45-46
• 3.5.3 系统发育分析46
• 3.5.4 保守基序分析46-47
• 3.5.5 分子建模47-49
• 3.5.6 分子建模评估49-50
• 3.5.7 活性位点分析50-51
• 3.6 讨论51-52
• 3.7 小结52-53
• 第四章 冷适应微生物污水处理工程实验53-67
• 4.1 引言53
• 4.2 材料53-54
• 4.2.1 重铬酸钾法测化学需氧量COD所需试剂54
• 4.2.2 烘箱消解—分光光度法测定COD所需试剂54
• 4.2.3 紫外分光光度法测定苯酚所需试剂54
• 4.3 方法54-56
• 4.3.1 重铬酸钾测定COD步骤54
• 4.3.2 烘箱消解—分光光度法测定COD步骤54
• 4.3.3 苯酚含量测定54
• 4.3.4 固定化微生物降解模拟污水方法54-55
• 4.3.5 电镜材料的制作方法55-56
• 4.4 结果56-65
• 4.4.1 COD测定标准曲线的绘制56-57
• 4.4.2 苯酚含量测定标准曲线的绘制57-58
• 4.4.3 最优固定化材料与微生物的组合筛选58-59
• 4.4.4 单菌或材料投加反应池的污水处理结果59-61
• 4.4.5 微生物材料组合处理污水的因素研究61-63
• 4.4.6 固定化材料2的电镜扫描结果63-65
• 4.5 讨论65-66
• 4.6 小结66-67
• 总结67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-77
• 附录77-84
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文84

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