微生物胞外聚合物在反硝化厌氧甲烷氧化过程中的作用研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1研究背景

随着氮素在工农业领域使用量的日趋增多，过量氮素释放使得地表水体环境富营养化，已经成为我国当前水体环境面临的重大问题之一。因而传统的污水处理技术必须强化深度处理。城市污水高效脱氮工艺能有效减缓氮素类营养物质排放的总量，是改善水体环境质量的重要步骤。但是我国城市污水c/n比偏低的情况比较常见，因而反硝化碳源不足的问题存在于不少污水处理厂中。在低c/n比污水处理的过程中往往需要投加额外的碳源来满足生物反硝化的需要。普遍使用的外加碳源主要包括甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖等液态碳源，及以植物桔梗、稻壳等为原材料的固态碳源。外加碳源不仅提高了运行的成本，且容易影响出水质量；此外还增加了储存费用及存在安全隐患。因而作为环境工作者最重要的就是寻找既高效又经济的碳源。

反硝化型厌氧甲烷氧化(denitrifying anaerobic methane oxidation，damo)技术是一种低物耗脱氮的新思路。反硝化型甲烷厌氧氧化，也就是厌氧氧化甲烷耦联硝酸盐（或亚硝酸盐）还原。其是在厌氧环境下，以甲烷作为电子供体，no₃^-或no₂^-作为电子受体，利用微生物的作用，将甲烷氧化为二氧化碳，硝态氮及亚硝态氮还原为氮气的过程；即利用唯一的能源和碳源—甲烷，在微生物的催化作用下进行脱氮。在厌氧污水处理工艺过程中会发酵生成甲烷，这些甲烷如果收集起来可以作为电子供体供反硝化脱氮过程使用,由此将显著减少含氮污水的处理费用，并能够控制甲烷气体的排放，使温室效应得到缓解。综上分析，甲烷厌氧氧化耦合反硝化技术是一种经济型的废水脱氮技术，其为低物耗废水处理及节能减排提供了一条可行的途径。

2. 研究内容和预期目标

本研究拟对DAMO菌群中的EPS进行提取，测定其中的多糖、蛋白质、核酸等组分的含量，通过扫描电镜对比观察EPS提取前后微生物形态的变化，通过荧光染色观察EPS提取前后菌群中活菌和死菌的情况，通过三维荧光光谱分析EPS的化学特性，并对其进行电化学表征分析，探索EPS在DAMO微生物胞外电子传递、以及DAMO过程中的潜在作用；并通过构建不同条件下的DAMO体系，找出菌群EPS含量和组成与体系DAMO活性之间的关联。研究结果可以帮助我们从机理上更深入地认识DAMO微生物的生理代谢特性、以期加快DAMO微生物的富集研究；并从工程角度促进对DAMO过程的环境因素调控，提高DAMO反应活性、突破DAMO技术的应用瓶颈，最终推进DAMO脱氮新工艺的开发和应用。

3. 研究的方法与步骤

1. damo菌群eps提取

（1）污泥预处理

取污泥20ml进行浓缩，在8000r/min离心5min，倒掉上清液。向浓缩污泥中加入缓冲溶液（2 mm na3po4 4mm nah2po4 9mm nacl 1mm kcl ,ph=7)使体积恢复到20ml, 在8000rpm离心5min 进行清洗两次。

4. 参考文献

[1] ashnaa. raghoebarsing, arjan pol, et al. a microbial consortium couples anaerobic methane oxidation to denitrification [j]. nature. 2006, 440(7086): 918-921.

[2] 范秋香等. 反硝化型甲烷厌氧氧化的研究进展[j]. 生态学杂志. 2015, 34(6): 1747-1754.

[3] hu, a., cheng, x., wang, c., kang, l., chen, p., he, q., zhang, g., ye, j., zhou, s., extracellular polymeric substances trigger an increase in redox mediators for enhanced sludge methanogenesis [j]. environmental research. 2020, 191: 110197.

5. 计划与进度安排

(1) 2022年3月1日~2022年3月15日接受毕业设计任务书，查阅资料，翻译外文翻译。

(2) 2022年3月16日~2022年3月22日编写开题报告。