低温反硝化细菌的筛选分离及其除氮能力研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人类经济发展速度的加快，水污染问题越来越严重。据2015年国家环境保护总局发布公报显示，我国十大水系的iv-v类和劣v类水质的断面比例分别为19.8%和9.0%，而氮和磷的超标排放是造成水体污染的主要原因^[1-2]。因此，如何高效、经济的脱氮除磷已经成为水污染防治领域的热点^[3]。

目前，对营养富集化和污染的水体的处理方法主要有物理吸附法、化学吸附法、微生物处理法等几种方法。其中，物理吸附法主要通过使用碳化树脂、活性炭等活性物质对污染物进行吸附^[4]，但此方法仅仅是转移了污染物的位置，并不能有效的处理污染物，存在后续处理的问题。化学吸附法是使用纳米级重金属离子制成的吸附材料，对水体中的污染物进行吸附沉降。但由于重金属离子本身就属于污染物，使用化学吸附法处理污水易造成水体周围土壤的重金属污染，得不偿失^[5,6]。并且这些常规的物理化学处理工艺对污水中同时存在的n、p等营养物只能去除10%~20%^[7]，使污染物处理不彻底。

由于通过常规的物理化学方法很难彻底去除污染物，于是，采用生物化学方法对水体进行脱氮除磷是目前最为经济有效的方法^[8,9]。根据污染物的主要元素，可以得知反硝化和聚磷是其主要生物化学反应，随着脱氮除磷技术在微生物领域不断深入地研究，反硝化菌(denitrifiers)和除磷菌(poly phosphate accumulating organisms,paos)也逐渐被人们所认识和了解^[10,11]。其反应机理为，厌氧条件下，除磷菌将菌体内的聚磷水解成po₄^3--p释放到菌体外，并在此过程中获取能量，将环境中的有机碳源转化到微生物体内合成贮能物质pha(poly- hydroxy-alkanoate)；好氧条件下，除磷菌能以氧为电子受体分解菌体细胞内的pha产生能量，大部分用来供给自身细胞的合成及维持生命活动，另外一部分则用于过量摄取环境中的无机磷酸盐，并作为能量以聚磷的形式贮存于菌体细胞内。与此除磷机制相似，dpaos利用no₃^-而非o^2-作为电子受体，在缺氧条件下通过氧化内碳源phb(poly-β-hydroxybutyrate，pha的一类)过量吸磷，同时将no₃^-还原，使得吸磷和反硝化这两个原本对立的过程得到了统一^[12]。

然而，在低温情况下，使用该方法对水体进行脱氮处理的效率并不高。造成这种现象的主要原因是普通的反硝化菌在温度下降到10℃以下时，其生长和代谢受到抑制，降解能力大幅下降，在这种情况下起降解作用的是耐低温反硝化菌^[13,14]。但在常温情况下，耐低温反硝化菌由于数量较少，代谢较慢，很难形成优势菌群，因此，需要靠人工培养筛选，以得到性能良好的耐低温反硝化菌。大量研究表明^[15,16]，通过适当的驯化策略，经历一定的时间，脱氮工艺在低温下可以实现稳定运行。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 试验材料和方法

2.1.1 试验材料

菌种来源：武汉市某污水处理厂厌氧段底泥

2.1.2 试验仪器

3. 研究计划与安排

1-2周：资料检索、收集，文献查阅、整理；确定实验方案，撰写开题报告；

3-4周：准备实验仪器与药品；

5-13周：完成反硝化菌株的筛选与分离，优化分离的细菌的生长条件，测定在低温条件下的脱氮能力；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]gill o,hades o r a,post a f,et al.phosphorus and nitrogen in a monomitic freshwater lake:employing cyan bacterial bore porter to gain new insight theoretical bio availability[j].freshwater biology,2010,55(6):1182-1190.

[2]shields jr f d,testa Ⅲ s,cooper c m.nitrogen and phosphorus levels in the yazoo.river basin,mississippi[j].ecohydrology,2009,3(2):207-208.

[3]马放,李昂,崔潇,等.一株高效反硝化聚磷菌的生物学特性研究[j].环境科学,2011,32(9):2710-2714.