基于芽孢杆菌的生物膜强化脱氮特性研究的任务书.docx

基于芽孢杆菌的生物膜强化脱氮特性研究的任务书
任务书
一、研究背景
氮是生物体发育所必须的元素之一，但是在生活中产生了过量的氮，会影响人类环境和健康。氮源主要来自于化肥、畜禽养殖和工业等生活和生产活动，其中大部分以无机氮的形式排放到水体中。高浓度氮除了会导致水体富营养化进而引起水华，大量含氮废水也会污染土壤和地下水源，严重影响生态环境和人们的健康。
脱氮处理是目前氮污染方面研究的热点，其将氮废水中的氮物质转化成不同形式，达到降低氮污染的目的。传统的脱氮技术主要包括生化法、物化法和生物物理化学结合法。其中，生化法是较为成熟的降低氮源浓度的技术之一，常用的是硝化-反硝化技术，即利用氨氮通过硝化反应转化为亚硝酸盐，并通过反硝化技术将亚硝酸盐转化为N2气体释放到大气中。但是，该技术需要耗费大量的能源和高价值的有机碳基质作为外部供给，造成了较大的经济成本和环境影响，而且在实际操作过程中，可能会出现产噪氧现象，造成二次污染。
为了解决脱氮技术领域内存在的问题，芽孢杆菌是一种新型的有潜力的脱氮微生物，在露天和自然环境中处于休眠状态，在特定条件下可以被激活，对氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等物质具有高效生物转化能力。芽孢杆菌生物膜是一种将微生物聚集成团在多孔载体表面建立起来的一层薄膜，该膜结构有利于芽孢杆菌附着和生长，同时提高了对氮源物质的转化效果。
鉴于此，本研究旨在研究基于芽孢杆菌的生物膜强化脱氮特性，探索生物膜脱氮的机理和调节方法，为新型生物脱氮技术的研究和开发提供科学依据。
二、研究目的
1.建立基于芽孢杆菌的生物膜强化脱氮实验体系，研究pH、温度、氧化还原电位等因素对生物膜脱氮过程的影响。
2.研究芽孢杆菌生物膜对氨氮、亚硝酸盐及硝酸盐的转化特性，分析芽孢杆菌的脱氮机理。
3.研究各种携氧细菌对芽孢杆菌生物膜附着的影响，探讨携氧细菌对芽孢杆菌生物膜的协同脱氮机制。
4.优化生物膜构建条件，提高芽孢杆菌的活性和适应性，增加生物膜脱氮效果。
三、研究内容与方案
1.预备工作
（1）查阅文献，了解芽孢杆菌的基本信息，生物膜脱氮技术的研究现状和发展趋势。
（2）设计实验方案，安排好所需的实验设备和试剂，并制订实验操作规程和安全防护措施。
2.实验运行
（1）建立芽孢杆菌生物膜实验体系，选取适当的载体和培养条件，搭建脱氮实验装置，记录实验数据。
（2）对实验体系中的基质改变pH、温度、氧化还原电位等因素进行干预措施，观察芽孢杆菌生物膜对这些因素的响应。
（3）测定芽孢杆菌生物膜对氨氮、亚硝酸盐及硝酸盐的转化能力，通过化学分析方法定量测定脱氮效果。
（4）加入各种携氧细菌，观察携氧细菌对芽孢杆菌生物膜的协同作用，寻找最优协同体系。
3.数据分析与总结
（1）对脱氮实验结果进行数据处理和统计分析，绘制图表，分析芽孢杆菌生物膜对各种因素的响应特征和脱氮效果。
（2）利用所得实验数据进行预测，估计生物膜脱氮技术的工业化应用效果并分析其应用前景。
（3）撰写研究报告，总结实验结果，提出今后开展该项研究工作的建议和方向。
四、预期成果
（1）建立基于芽孢杆菌的生物膜强化脱氮实验体系，奠定芽孢杆菌生物膜应用于脱氮技术的基础。
（2）完善芽孢杆菌生物膜脱氮机理，探讨携氧细菌与芽孢杆菌生物膜协同脱氮的机制，为脱氮技术的剖析提供理论基础。
（3）对生物膜构建条件进行优化，提高芽孢杆菌的活性和适应性，增加生物膜脱氮效果。
（4）为现代污水处理技术提供新思路和新工艺，为节能、环保、安全的污水处理系统的建设提供理论和技术支持。
五、参考文献
（1）Ma,X.,Chen,X.,Li,B.,&Ren,N.(2014).Nitratereductionbymixedhydrogenotrophicmethanogensenrichedfromsludgeanaerobicdigestionsystem.Bioresourcetechnology,172,192-196.
（2）Shi,V.Y.,Morgenroth,E.,&McCarthy,D.T.(2018).Nitrogenrecoveryfromwastewaterwithaside-streamanammoxreactor.Journalofenvironmentalmanagement,223,426-435.
（3）Sun,X.,He,Y.,Zhou,X.,&Guan,D.(2019).Biologicalnitrateremovalfromwastewaterbyheterotrophicnitrification–denitrificationbiocatalyst.Bioresourcetechnology,295,122275.
（4）Wang,D.,Gao,Y.,Liu,Y.,Zhang,P.,&Zhang,