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固体碳源富集HN-AD菌体系碳代谢与氮转化机制研究

固体碳源富集HN-AD菌体系碳代谢与氮转化机制研究

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作者：刘欢重庆理工大学

学位级别：硕士

传统生物脱氮技术在城镇污水处理中被广泛应用,但近年来,湖泊富营养化、河道黑臭和地下水污染问题仍然突出。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）对氮排放提出更高要求,而传统技术受到低温硝化和低碳源反硝化瓶颈的制约... 详细信息

传统生物脱氮技术在城镇污水处理中被广泛应用,但近年来,湖泊富营养化、河道黑臭和地下水污染问题仍然突出。《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）对氮排放提出更高要求,而传统技术受到低温硝化和低碳源反硝化瓶颈的制约。低温影响硝化菌活性,低碳源导致反硝化受限。因此,寻求新的脱氮微生物及技术至关重要。本研究将异养硝化好氧反硝化（HN-AD）菌与固体碳源进行实验,首先进行固体碳源类型优选和分子量优选,通过脱氮性能评估筛选出了最佳脱氮效果的固体碳源及其分子量,并进一步探究了HN-AD菌利用最优固体碳源的碳代谢机制以及氮转化途径。为基于HN-AD菌的固体碳源新型脱氮工艺的构建提供理论指导和科学依据。主要的结论如下:（1）分别采用PBS、PCL、PLA、PHA、PBSA、PHBV作为HN-AD菌生长代谢的后续补充碳源。当培养基中液体碳源耗尽,固体碳源开始缓慢释放碳源,仅固体碳源PHBV和PCL能够被HN-AD菌有效利用,而HN-AD菌表现出对PHBV的持续有效利用,最终降解完氨氮与总氮(对应最大降解速率分别为1.97 mg·L·h、1.95mg·L·h)。因此最优固体碳源为PHBV。（2）采用不同分子量（20 000、40 000、60 000、80 000、100 000、120 000）的PHBV作为HN-AD菌生长代谢的后续补充碳源。当培养基中液体碳源耗尽,固体碳源开始缓慢释放碳源,仅分子量为100 000和120 000的PHBV能够被HN-AD菌有效利用,而分子量为100 000的PHBV能够被HN-AD菌持续有效利用,最终降解完氨氮与总氮(对应最大降解速率分别为2.06 mg·L·h、2.30 mg·L·h)。因此最优分子量为100 000。（3）全基因测序分析确认了TAC-1菌株的碳代谢相关酶,预测了其可能的碳代谢通路。非靶向代谢分析揭示了中间产物的存在,包括葡萄糖酸盐和关键酶Acetyl-Co A。这些结果证实了TAC-1菌利用PHBV的碳代谢途径:PHBV大分子（通过PPP途径）→葡萄糖酸盐（通过EMP途径）→Acetyl-Co A（进入TCA循环）→CO+HO（产生电子供体并释放能量）。（4）将碳源优选实验中的微生物样本进行高通量测序,获取了反应体系的微生物组成情况,其中Stappia在PHBV与PHBV（100 000）体系中发挥关键脱氮作用。宏基因分析表明实验组PHBV与PHBV（100 000）的氮代谢酶和基因的表达量在其平行组内为最高,其体系中的氨氮通过以下路径进行了转换降解:NH-N→NHOH→NO-N→NO-N→NO-N→NO→NO→N。（5）研究表明,与PBS、PCL、PLA、PHA和PBSA相比,HN-AD菌在利用PHBV（100 000）时上调了氮代谢酶和基因的表达丰度。因此HN-AD菌可以更有效的利用PHBV（100 000）。（6）本研究还表明,HN-AD菌利用不同类型的碳源进行生长代谢可能导致不同的碳代谢路径,而氮代谢路径是一致的。

关键词： HN-AD菌固体碳源碳源优选碳代谢机制氮转化机制

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