亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        同步硝化反硝化菌處理高氨氮污水脫氮研究

        2023-11-02 14:01:48唐素琴郭婷婷李一鑫薛亞平
        工業(yè)微生物 2023年5期
        關(guān)鍵詞:工段硝化氨氮

        唐素琴,郭婷婷,李一鑫,柯 霞*,薛亞平

        1.杭州環(huán)境集團(tuán),浙江 杭州 310022;2.浙江工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院,浙江 杭州 310014

        隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,地下水和地表水受到來(lái)自多種途徑的氮污染[1]。含有高濃度氮的廢水排放到水體中,包括湖泊和河流在內(nèi),造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題[2]。生物法是一種高效、經(jīng)濟(jì)的脫氮方法,已廣泛應(yīng)用于實(shí)際的污水處理中[3]。微生物技術(shù)本質(zhì)上是借助微生物的代謝過(guò)程,強(qiáng)化對(duì)有機(jī)物質(zhì)的高效率分解,促使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)物,提高污水處理的質(zhì)量和效率[4]。

        作為首個(gè)被鑒定的同步硝化反硝化(Simultaneous nitrification aerobic denitrification,SND)細(xì)菌,Thiosphaera pantotropha(現(xiàn)命名為Paracoccus denitricans),為微生物連續(xù)脫氮工藝提供了新思路[5]。研究表明,隨著時(shí)間推移,反硝化菌在好氧培養(yǎng)中會(huì)失去反硝化能力,異養(yǎng)硝化-反硝化組合是不同氧可利用度下的適應(yīng)機(jī)制[6]。目前已經(jīng)分離出大量能夠進(jìn)行SND 的細(xì)菌種屬,如Acinetobacter sp.[7-8],Aeromonas sp.[9],Pseudomonas sp.[10-12],Bacillus sp.[13-15],Halomonas sp.[16-17],Ochrobactrum anthropi[18],Rhodococcus sp.[19]等。

        高通量測(cè)序技術(shù)能夠客觀(guān)揭示環(huán)境微生物的群落結(jié)構(gòu)、多樣性及其進(jìn)化關(guān)系。隨著技術(shù)日趨成熟,利用該技術(shù)可以探索出污水處理系統(tǒng)覆蓋功能菌篩選的新方法,極大地拓展功能微生物工程的應(yīng)用前景[20]。

        本研究基于高通量測(cè)序技術(shù),分析了某污水廠(chǎng)處理系統(tǒng)不同工段物種豐富度和微生物多樣性,為研究污水系統(tǒng)功能菌群提供了理論基礎(chǔ)。從活性污泥中篩選得到一株具有同步硝化反硝化功能的菌株,命名為康德拉氏副球菌并對(duì)該菌株進(jìn)行16S rDNA 分析、系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)分類(lèi)鑒定和脫氮功能表征,最后將菌株應(yīng)用于污水并驗(yàn)證實(shí)際污水處理效果。本研究的開(kāi)展豐富了微生物菌種資源,為含氮廢水的高效生物脫氮提供了思路借鑒和參考。

        1 材料和方法

        1.1 材料

        1.1.1 樣品來(lái)源及培養(yǎng)基制備

        樣品取自杭州某污水處理場(chǎng),保存于-80 ℃冰箱。污水處理工段取樣及其編號(hào)見(jiàn)下表1。

        表1 污水處理工段取樣及其編號(hào)

        培養(yǎng)基的制備:

        篩選分離培養(yǎng)基:(NH4)2SO40.47 g,K2HPO4·3H2O 6.5 g,NaH2PO41.5 g,MnSO4·4H2O 0.01 g,CaCO35 g,MgSO4·7H2O 0.03 g,H2O 1 000 mL;

        同步硝化反硝化培養(yǎng)基(Simultaneous nitrification aerobic denitrification medium,SND):(NH4)2SO42.35 g,C4H4Na2O433.76 g,MgSO40.1 g,KH2PO41.5 g,K2HPO4·3H2O 6.5 g,微量元素溶液20 mL,H2O 1 000 mL;

        LB 培養(yǎng)基:酵母提取物5 g,蛋白胨10 g,NaCl 10 g,H2O 1 000 mL。

        其中微量元素溶液包括:EDTA 50 g,ZnSO44.4 g,CaCl25.0 g,MnCl2·4H2O 10.2 g,F(xiàn)eSO4·7H2O 10.0 g,(NH4)6Mo7O24·4H2O 2.2 g,CuSO4·5H2O 3.2 g,CoCl2·6H2O 3.2 g,H2O 1 000 mL。

        上述兩種培養(yǎng)基的固體培養(yǎng)基需加入20 g 瓊脂粉,H2O 1 000 mL,pH 為7.0。所有培養(yǎng)基均121℃,20 min 滅菌后備用。

        1.2 方法

        1.2.1 菌株的分離與篩選

        從杭州某污水處理廠(chǎng)的活性污泥中取樣,用倍比稀釋法制成濃度梯度分別為10-1,10-2,10-3,10-4,10-5,10-6的混合液;取不同濃度梯度的混合液100 μL 通過(guò)涂布棒接種在篩選培養(yǎng)基平板上,30 ℃培養(yǎng)數(shù)天;通過(guò)菌落顏色、大小、形狀來(lái)判斷并進(jìn)行單菌劃線(xiàn)分離,平板劃線(xiàn)3 次以獲得純種菌落;將菌液接入到甘油管,-80 ℃保藏。

        1.2.2 Illumina Hiseq DNA 測(cè)序

        對(duì)不同工段污水全基因DNA 進(jìn)行提取。PCR反應(yīng)體系50 μL:25 μL 采用的高保真酶為Phusion High-Fidelity PCR Master Mix with HF Buffer。各3 μL(10 μM)前后F/R 引物。10 μL DNA 模板6μL ddH2O 。配置好的PCR 體系按照如下反應(yīng)條件進(jìn)行PCR 擴(kuò)增:預(yù)變性98 °C 30s,進(jìn)行25 個(gè)循環(huán):變性98 °C 15 s 退火58 °C 15 s 延伸72 °C 15 s。終延伸72 °C 1 min。PCR 產(chǎn)物用AMPure XP Beads(Beckman Coulter,Indianapolis,IN)純化,并且使用PicoGreen dsDNAAssay Kit (Invitrogen,Carlsbad,CA,USA)進(jìn)行量化。

        在Illumina HiSeq 2500 上進(jìn)行測(cè)序,對(duì)兩端測(cè)序進(jìn)行組合,利用Overlap 將數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控、嵌合體過(guò)濾,獲得高質(zhì)量的Clean Data。構(gòu)建類(lèi)OTU(Operational Taxonomic Units),并進(jìn)行分類(lèi)注釋。利用QIIME2 軟件計(jì)算物種豐富度指數(shù)(Chao1)和多樣性指數(shù)(Shannon 和Simpson)。測(cè)序由杭州擎科生物公司進(jìn)行。

        1.2.3 菌株的形態(tài)和生理生化鑒定

        SEM 觀(guān)察:將菌株在LB 培養(yǎng)基中擴(kuò)大培養(yǎng)36 h,取1.5 mL 菌液,于6 000 r/min 離心5 min,倒掉上清液。加入2 mL 在4 ℃下預(yù)冷的2.5%戊二醛溶液,固定24 h 之后通過(guò)掃描電鏡(HATACHI SU 8010,Japan)觀(guān)察菌株細(xì)胞形態(tài)。

        1.2.4 16S rDNA 同源性比較

        采用常規(guī)細(xì)菌總DNA 提取法,以基因組DNA為模板擴(kuò)增16S rDNA,擴(kuò)增采用的引物為通用引物。正向引物27F 5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’,反向引物1492R 5’-GGTTACCTTGTTACGACTT-3’,引物由北京擎科生物科技有限公司(杭州)提供。采用50 μL 反應(yīng)體系,程序如下:94 ℃5 min,94 ℃1 min,55 ℃40 s,72 ℃2 min,循環(huán)35 次;72 ℃15 min。測(cè)序由北京擎科生物科技有限公司(杭州)完成,測(cè)序結(jié)果提交NCBI,并進(jìn)行BLAST 分析。

        1.2.5 菌株ZJB21134 的脫氮曲線(xiàn)及生長(zhǎng)趨勢(shì)測(cè)定

        將菌株以10%的接種量分別接種于裝有100 mL 液體異養(yǎng)硝化培養(yǎng)基和同步硝化好氧反硝化培養(yǎng)基的250 mL 錐形瓶中,設(shè)置初始氨氮質(zhì)量濃度為500 mg/L,30 ℃,160 r/min 恒溫?fù)u床培養(yǎng),每隔一定時(shí)間取樣,檢測(cè)培養(yǎng)液中氨氮、亞硝氮、硝氮的含量及菌體細(xì)胞密度(OD600),得到菌株脫氮曲線(xiàn)和細(xì)菌濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖。

        1.2.6 菌株在實(shí)際污水中的應(yīng)用

        為了檢測(cè)菌株的實(shí)際脫氮應(yīng)用效果,從杭州某污水處理廠(chǎng)采集污水水樣作為供試水樣,污水相關(guān)指標(biāo)如表2 所示。將采集的污水水樣離心后采用絮凝沉淀法進(jìn)行水樣預(yù)處理,具體步驟為向水樣中加入適量硫酸鋅并加入氫氧化鈉,生成氫氧化鋅,過(guò)濾去除顏色和渾濁。按照接種量為2%,碳源為蔗糖,C/N 為15,pH 為7.0 的條件于30 ℃,160 r/min 搖床震蕩培養(yǎng),測(cè)定不同時(shí)間段氨氮、硝氮、亞硝氮、總氮的含量。取不加菌株的污水樣品為對(duì)照組。

        表2 污水相關(guān)指標(biāo)

        1.2.7 分析方法及計(jì)算

        圖形的繪制使用GraphPad Prism 8.0。

        硝酸鹽測(cè)定:鹽酸紫外分光光度法[21]。

        亞硝酸鹽測(cè)定:N-(1-萘基)-乙二胺光度法[22]。

        氨氮測(cè)定:水楊酸-次氯酸鹽分光光度法[23-24]。

        pH:用pH 計(jì)(梅特勒托利多,中國(guó))測(cè)定。

        2 結(jié)果和分析

        2.1 不同處理工段微生物群落結(jié)構(gòu)分析

        2.1.1 所有樣本細(xì)菌多樣性測(cè)序分析

        經(jīng)過(guò)16s rDNA 擴(kuò)增子焦磷酸測(cè)序,10 個(gè)樣本共獲得1 271 782 個(gè)有效序列,各樣本分析結(jié)果見(jiàn)表3。不同樣品測(cè)序結(jié)果存在差異:序列數(shù)量最大值為A 樣品(132 316 條),最小值為F 樣品(119 224條)。Ace 指數(shù)、Chao 指數(shù)用來(lái)估計(jì)群落中含OTU 數(shù)目的指數(shù),常用以估計(jì)物種總數(shù)。Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)用來(lái)估算樣品中微生物的多樣性指數(shù)。Alpha 分析結(jié)果顯示,ATBC 生物轉(zhuǎn)盤(pán)相比曝氣池和沉淀池具有較高水平的OTUs、Ace 指數(shù)、Chao1指數(shù)和Shannon 指數(shù),表明其群落豐富度較高。

        表3 不同處理工段微生物細(xì)菌群落Alpha 分析結(jié)果表

        2.2.2 不同處理工段樣本門(mén)水平菌群結(jié)構(gòu)分析

        如圖1 所示,所有樣本門(mén)水平菌群結(jié)構(gòu)中,變形桿菌門(mén)(Proteobacteria)相對(duì)豐度最高,其次為厚壁門(mén)(Firmicutes),擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)和暖發(fā)菌門(mén)(Caldithrix), 此外還有少量浮霉菌門(mén)(Planctomycetes),放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria),綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)和疣微菌門(mén)(Verrucomicrobia)。

        圖1 所有樣本門(mén)水平菌群構(gòu)成比例

        一期A(yíng)TBC 出水、ATBC/B 和D 轉(zhuǎn)樣品門(mén)水平菌群比例見(jiàn)圖2,其中均含有較高水平的變形桿菌門(mén)。此外,一期A(yíng)TBC 出水樣品具有少量的綠彎菌門(mén);ATBC/B 區(qū)樣品中具有少量擬桿菌門(mén);D 轉(zhuǎn)樣品中具有少量的暖發(fā)菌門(mén)及綠彎菌門(mén),還存在極少量厚壁門(mén)。一期進(jìn)水樣品中,厚壁門(mén)相對(duì)豐度最高,擬桿菌門(mén)次之,此外還有部分變形桿菌門(mén);曝氣池和沉淀池樣品門(mén)水平菌群比例見(jiàn)圖3、圖4,其中都具有較高豐度的變形桿菌門(mén)。處理系統(tǒng)從進(jìn)水的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)厚壁門(mén)轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃螚U菌門(mén),從進(jìn)水到出水,厚壁門(mén)的相對(duì)豐度降低了31.3%。變形桿菌門(mén)在污水處理系統(tǒng)中最為常見(jiàn),一些能夠降解有機(jī)物、氮和芳香烴的功能屬于變形菌門(mén)[25]。擬桿菌門(mén)參與聚合物和復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)的降解,可以將包含多糖和蛋白質(zhì)的死細(xì)胞分解為簡(jiǎn)單的有機(jī)分子(如乙醇和乳酸),這些簡(jiǎn)單的分子可以被其他物種代謝。綠彎菌門(mén)可以合成胞外多糖,對(duì)污泥團(tuán)聚體的形成起著重要作用,并可通過(guò)絲狀網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)生物膜的結(jié)構(gòu)[26]。

        圖2 ATBC 生物轉(zhuǎn)盤(pán)樣品門(mén)水平菌群比例

        圖3 生化曝氣池樣品門(mén)水平菌群比例

        圖4 沉淀池樣品門(mén)水平菌群比例

        2.2.3 不同工段屬水平菌群組成

        不同工段屬水平菌群相對(duì)豐度圖見(jiàn)圖5 所示,可見(jiàn)ATBC 生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生化曝氣池、沉淀池處理工段的優(yōu)勢(shì)菌屬為陶厄氏菌屬(Thauera sp.),說(shuō)明陶厄氏菌屬更容易在高氨氮體系中生存并富集。陶厄氏菌屬是污水處理系統(tǒng)中檢測(cè)到的主要反硝化細(xì)菌。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),Thauera aminoaromatica 是消耗乙酸鹽、積累聚羥基丁酸酯和硝酸鹽還原的主要菌株,通過(guò)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的能量,主要用于內(nèi)源聚β-羥基丁酸酯合成和硝酸鹽還原[27]。

        圖5 不同工段屬水平菌群相對(duì)豐度圖

        2.2.4 菌株的篩選

        分離得到35 株菌株,經(jīng)脫氮培養(yǎng)基進(jìn)行功能表征后,確定菌株ZJB21134 為本研究篩選出的高效反硝化菌株。

        2.2.5 菌株的形態(tài)鑒定和生理生化鑒定

        菌株ZJB21134 的菌落(見(jiàn)圖6)形態(tài)特征為圓形、粉紅色、較小、表面濕潤(rùn)光滑、邊緣整齊、緊貼在培養(yǎng)基表面、易挑取,且該菌株為橢圓棒狀細(xì)菌,無(wú)鞭毛和芽孢。通過(guò)稀釋涂布法得知,菌株在對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期的菌落數(shù)為7.5×108CFU(Colony-Forming Unit),表明菌株生長(zhǎng)狀態(tài)良好,生物活性高。

        圖6 菌株ZJB21134 的培養(yǎng)皿照片(a)、掃描電鏡(SEM)照片(b)

        將測(cè)得菌株ZJB21134 的16S rDNA 序列在NCBI-nucleotide 數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行比對(duì),發(fā)現(xiàn)菌株ZJB21134 與康德拉氏副球菌(Paracoccus kondratievae)的同源性為99%。采用MEGA7.0 軟件進(jìn)行多重序列比對(duì)后,構(gòu)建鄰接法(N-J 法)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),Bootstrap 自展檢測(cè)1000,構(gòu)建出的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)如圖7 所示,菌株ZJB21134 與康德拉氏副球菌(Paracoccus kondratievae)的親緣關(guān)系最為接近,推測(cè)菌株ZJB21134 屬于副球菌屬(Paracoccus sp.),為康德拉氏副球菌(Paracoccus kondratievae)。

        圖7 利用Neighbor-Joining 構(gòu)建的16S rDNA 系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(shù)

        2.2.6 菌株ZJB21134 異養(yǎng)硝化好氧反硝化試驗(yàn)

        在好氧條件下,以丁二酸鈉為唯一碳源,C/N=10,菌液初始投加量為10%(V/V),初始氨氮質(zhì)量濃度為500 mg/L 時(shí),培養(yǎng)液中氨氮、硝氮、亞硝氮的含量變化及菌株在培養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)情況,如圖8 顯示。隨著菌株生長(zhǎng)量的增加,24 h 內(nèi)氨氮基本降解,終質(zhì)量濃度為20.38 mg/L,脫除率達(dá)到99.91%;同時(shí)未產(chǎn)生硝氮和亞硝氮積累,可以看到,整個(gè)脫氮過(guò)程處于菌體生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期,說(shuō)明菌體是在自身生長(zhǎng)和代謝的過(guò)程中脫除氮素,不產(chǎn)生二次污染。總氮在24 h 時(shí)降到最低值,為63.32mg/L,總氮去除率為86.74%。

        圖8 脫氮處理進(jìn)程菌株ZJB21134 生長(zhǎng)量(OD600)、氨氮濃度、硝氮濃度和亞硝氮濃度的變化

        2.2.7 菌株ZJB21134 對(duì)實(shí)際污水的處理效果

        圖9 為菌株ZJB21134 實(shí)際污水的處理效果,對(duì)照組為不加菌液的污水水樣,在整個(gè)過(guò)程中,總氮、氨氮的含量都略有降低,但是降解效果不明顯。期間具有一定的降解效果,可能是由于污水本身自帶的菌能夠進(jìn)行同化作用去除氮素。添加了菌ZJB21134 的實(shí)驗(yàn)組處理后氨氮質(zhì)量濃度從226.50 mg/L 降低到25.44 mg/L,氮的去除率為88.77%;硝氮質(zhì)量濃度從78.35 mg/L 降低到10.70 mg/L,氮的去除率為86.35%;總氮質(zhì)量濃度從565.12 mg/L 降低到222.04 mg/L,氮的去除率為60.70%;且未生成亞硝酸鹽的積累。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,菌株ZJB21134 的添加(2%接種量)能夠在一定程度上提高污水中的氮素降解效果。

        圖9 菌株ZJB21134 在實(shí)際污水中的脫氮效果

        3 結(jié)論

        本研究基于高通量測(cè)序技術(shù)分析了污水處理系統(tǒng)中的微生物多樣性,對(duì)未來(lái)進(jìn)一步探討脫氮機(jī)理有很大的參考價(jià)值。結(jié)果顯示,脫氮系統(tǒng)具有豐富的群落多樣性,污水處理系統(tǒng)從進(jìn)水的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)厚壁門(mén)(Firmicutes)轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃螚U菌門(mén)(Proteobacteria),主要優(yōu)勢(shì)菌屬為陶厄氏菌屬(Thauera)。變形桿菌門(mén)是污水處理廠(chǎng)中最主要的微生物群,對(duì)于高氮含量的垃圾滲濾液來(lái)說(shuō),該菌門(mén)在碳氮去除方面發(fā)揮著重要的作用[28]。

        本文從活性污泥中篩選得到1 株同步硝化好氧反硝化細(xì)菌ZJB21134,對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)表征,鑒定為康德拉氏副球菌(Paracoccus kondratievae)。該菌株具有較強(qiáng)的脫氮能力,24 h 內(nèi)對(duì)初始質(zhì)量濃度為500 mg/L 氨氮的去除率為99.91%,且未產(chǎn)生硝氮和亞硝氮的積累。利用菌株處理氨氮質(zhì)量濃度為100 mg/L 的實(shí)際污水,總氮、氨氮、硝氮脫除率分別為60.70%,88.77%和86.35%。以上結(jié)果表明,菌株ZJB21134 是一種高效的同步硝化反硝化細(xì)菌,在城市高氨氮廢水生物處理工藝中具有良好的應(yīng)用前景。

        猜你喜歡
        工段硝化氨氮
        造氣爐改造后對(duì)系統(tǒng)的影響
        山西化工(2023年12期)2024-01-12 01:51:40
        懸浮物對(duì)水質(zhì)氨氮測(cè)定的影響
        化工管理(2022年14期)2022-12-02 11:43:52
        不同分選工段瘦精煤煤質(zhì)分析與配伍性研究
        改進(jìn)型T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出水氨氮預(yù)測(cè)
        云南化工(2021年8期)2021-12-21 06:37:36
        打造“多面手”班組
        北方人(2019年10期)2019-06-17 03:22:06
        減壓蒸餾應(yīng)用于粗苯工段的可行性分析
        山東冶金(2018年6期)2019-01-28 08:14:52
        MBBR中進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷對(duì)短程硝化反硝化的影響
        氧化絮凝技術(shù)處理高鹽高氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)研究
        厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮除碳研究Ⅰ:
        間位芳綸生產(chǎn)廢水氨氮的強(qiáng)化處理及工程實(shí)踐
        亚洲午夜无码久久久久软件| 欧美一性一乱一交一视频| 色播久久人人爽人人爽人人片av| 久久久精品国产亚洲AV蜜| 中文字幕精品乱码一区| 白白在线视频免费观看嘛| 大肉大捧一进一出视频| 国产精品无需播放器| 国产精品亚洲av国产| 99国产精品久久一区二区三区| 人妻体内射精一区二区三四| 暖暖免费 高清 日本社区在线观看| 国产精品人成在线观看| 一本久久精品久久综合| 国产亚洲一本大道中文在线| 国内精品久久久影院| 精品人妻一区二区蜜臀av| 91自拍视频国产精品| 伊人久久大香线蕉亚洲五月天| 亚洲久无码中文字幕热| 丰满人妻无套内射视频| 国产高清成人在线观看视频| 国产真实伦在线观看| 一区二区三区婷婷在线| 日本一区二区三区爱爱视频| a级毛片免费观看在线播放| 亚洲人成无码网www| 国产一区二区三区亚洲精品| 亚洲精品一品区二品区三区| 无码人妻一区二区三区在线视频| 日韩精品网| 久久久大少妇免费高潮特黄| 国产乱人伦av在线a麻豆| 婷婷四房播播| 精品女同一区二区三区在线播放器| 人妻少妇中文字幕在线| 欧美最猛黑人xxxx黑人表情 | 妺妺窝人体色www聚色窝| 一区二区日韩国产精品| 亚洲饱满人妻视频| 亚洲妇女av一区二区|