异养硝化-好氧反硝化菌Psracoccus pantotrophus ATCC 35512的研究进展

近年来发现了一类具有偶联异养硝化-好氧反硝化功能的细菌.Paracoccus pantotrophus ATCC 35512是其中最早发现的细菌.通过对该菌株16S rRNA序列和细胞色素c的氨基酸序列分析,确立其为一个新种Paracoccuspantotrophus,ATCC 35512被确定为模式株.该菌株的异养硝化-好氧反硝化偶联途径假说被提出,其反应途径中涉及的一系列酶和电子传递体也陆续被纯化研究.本文综述了对该菌株系统分类、形态和生理生化特征、硝化-反硝化偶联假说及氮循环酶系等的研究进展,并提出了进一步揭示异养硝化-好氧反硝化现象的研究方向.     

好氧同时硝化-反硝化菌的分离鉴定及系统发育分析

从土壤中分离到一株好氧同时硝化-反硝化菌,编号为SDN,该菌株革兰氏染色呈阳性,球状或杆状,菌落颜色橙红色.该菌株以硝酸钠为氮源时能进行好氧反硝化作用;以乙酸钠和硫酸铵分别为碳源和氮源能进行异养硝化作用,能以乙酰胺为唯一碳源和氮源进行生长.部分长度的16S rDNA序列分析表明,分离菌株SDN与Rhodococcusruber的16SrDNA序列具有99%相似性.并用PHYLIPS程序将该菌株与报道的相关微生物进行了系统发育分析.图4表1参13     

一株贫营养异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及脱氮特性

为了探究并优化菌剂应用于微污染水源水体修复的机制和条件,主要针对水库沉积物内筛选出的贫营养好氧反硝化菌进行了菌种鉴定及脱氮特性研究,考察菌株在不同环境条件下的脱氮效果,明确了该菌株的最适宜生长条件,并基于水库水体中贫营养条件对菌株进行水源水库原水的驯化培养试验研究,以期实现该菌株对微污染水源水库原水中氮源污染物的脱除,为原位投菌技术实际工程应用提供理论依据。从微污染水源水库沉积物中驯化筛分出一株高效异养硝化-好氧反硝化菌A14,通过扫描电镜观察、生理生化特征、16S rRNA基因测序和Biolog GenⅢ鉴定,确定该菌株为革兰氏阴性短杆菌,鉴定为皮特不动杆菌（Acinetobacter pittii）。在好氧条件下,菌株细胞内表达反硝化功能基因napA,以NO3-为唯一氮源进行反硝化作用时,36 h时NO3-去除率为78.89%。以NH4+为唯一氮源时,48 h NH4+去除率为95.25%,TN去除率达80.42%,TOC去除率达98.30%,表明该菌株具有异养硝化-好氧反硝化特性。在改变环境条件过程中,该菌株在以乙酸钠为碳源,温度为30℃,C/N为12,pH为7,接种量为10%时,NO3-去除率最高为86.62%,并且在10℃下脱氮率达到40.18%。在水源水库原水脱氮实验中,接种处理TN去除率为50.95%,NO3-去除率为80.25%。结果表明,菌株A14在微污染水源水体菌剂脱氮修复中具有良好的应用潜力。     

一株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离鉴定及其脱氮性能研究

与传统脱氮菌相比,异养硝化-好氧反硝化菌在脱氮方面具有较大优势并受到广泛关注。以乙酰胺为唯一氮源从活性污泥中分离得到1株脱氮性能较高的异养硝化-好氧反硝化细菌,命名为Y1。经形态观察、生理生化特征和16S rRNA分析后鉴定为Acinetobaterjohnsonii(约氏不动杆菌),革兰氏染色结果为阴性。对Y1菌株进行生理生化鉴定试验,结果显示Y1对吲哚、柠檬酸盐、硫化氢和接触酶的反应呈阳性,表明该菌株能良好的利用以上物质;而甲基红、葡萄糖发酵、蔗糖发酵、明胶液化、淀粉水解、氧化酶、尿素酶试验结果呈阴性,表明该菌株不能很好的利用以上物质。为了检测Y1菌株的脱氮性能,将其分别置于异养硝化培养基和好氧反硝化培养基进行培养,在108 h内,接种Y1菌株的异养硝化培养基中的氨氮去除率约为66.9%,去除速率达0.53 mg.L~(-1)·h~(-1),硝氮去除率约为100%,去除速率达0.10 mg·L~(-1)·h~(-1);在84 h内,接种Y1菌株的好氧反硝化培养基中的硝氮去除率约为69.7%,去除速率达0.74 mg·L~(-1)·h~(-1),上述结果表明Y1菌株的脱氮性能较高。为了进一步研究该菌株的生长需求,保持其它条件不变的情况下,将其分别置于不同碳源和氮源下进行培养,结果表明,菌株Y1在琥珀酸钠为唯一碳源时的生长速率、异养硝化和好氧反硝化性能最好,并且利用无机氮源的能力比有机氮源能力强。     

一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现

利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌,通过形态学特征、生理生化反应及16SrDNA同源性比较对筛得菌株进行鉴定,并对其好氧反硝化相关基因napA进行扩增并测序比较.筛选到一株可以柠檬酸钠为碳源,硝酸钾为氮源,进行好氧反硝化的细菌.在溶解氧(DO)为(9.0±0.5)mg/L的培养基中,该菌株5 d内将硝态氮由282.0 mg L-1降解至149.2 mg L-1,其硝态氮去除率为46.47 ng mg-1min-1,同时亚硝态氮仅有少量的积累.经鉴定,初步判定它为假单胞菌属,命名为Pseudomonas sp.Y2-1-1.从其基因组中扩增出与好氧反硝化相关的周质硝酸盐还原酶(NAR)的亚基napA基因,并与已报道的napA基因进行Blast比较,发现具有较大差别.利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌是非常有效的.初步认为Pseudomonas sp.Y2-1-1是一株新的好氧反硝化菌.图6表3参12     

好氧反硝化菌及其在生物处理与修复中的应用研究进展

好氧反硝化菌因其生长特性与同步异养硝化好氧反硝化功能,为环境生物脱氮提供了崭新的技术思路.综述了已分离获得的好氧反硝化菌类群及其生长特性,重点阐述了好氧反硝化菌生物脱氮性能、影响因素与好氧反硝化机理,探讨了好氧反硝化在环境生物修复领域的应用.已有研究表明,好氧反硝化菌在环境生物脱氮方面具有明显的技术优势,但有关好氧反硝化反应机理、影响因素等仍待解析,以期为好氧反硝化菌固定化、活性持留以及受污染环境水体修复等研究提供理论依据.     

1株贫营养好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

从水库底泥样品中,以硝酸盐为唯一氮源进行驯化、分离筛选出1株能在贫营养及好氧条件下进行高效反硝化的菌株PY8,经过电镜形态学观察、生理生化和16S rDNA序列分析,并基于16SrDNA序列结果,构建了该菌株的系统发育树,最终确定菌株PY8为根瘤菌Rhizobiumsp.。考察了初始pH值、温度、C/N、初始硝酸钠质量浓度、投菌量对菌株PY8硝酸盐还原活性的影响,以及该菌株的异养硝化性能。结果表明,在pH6.0～10.0,温度25～30℃,C/N1.0～9.0,初始硝酸钠质量浓度0.01～0.50g·L-1,投菌量1%～15%时,菌株PY8培养72h后的硝氮去除率可达到95%以上。另外,该菌株具有同时硝化-反硝化作用,在培养过程中氨氮去除率可达到58%左右。实验结果表明,菌株PY8在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力。     

异养硝化微生物菌剂及其好氧颗粒污泥的脱氮试验

在3个相同的反应器(No.1、No.2、No.3)中,向活性污泥中投加异养硝化微生物菌剂,以批次试验和SBR试验的方式,研究了异养硝化微牛物菌剂对模拟废水的处理效果.结果表明,该菌剂可以大幅度提高活性污泥对氨氮和COD的去除率.批次运行试验中,反应器No.1运行3 d,氨氮去除率大于98.11%,COD去除率大于99%.该投加菌剂的活性污泥每克干污泥的脱氮能力为15.77 mg d-1.以SBR方式运行16 d的试验中,可能是由于功能菌株的流失导致3个反应器的脱氮效果有逐步降低的趋势.采用该异养硝化脱氮微生物菌剂培育出的异养硝化好氧颗粒污泥对模拟废水进行了脱氮试验.在较低运行温度(11～13℃)下以SBR方式运行10 d,反应器处理效果稳定,氨氮去除率70.75%～76.42%,COD去除率在90%以上.该异养硝化好氧颗粒污泥每克干颗粒的脱氮能力为372.00 mg d-1.以上试验都没有发现硝酸氮和亚硝酸氮的积累.图5表1参19     

水库贫营养异养硝化-好氧反硝化菌Sxf14的脱氮特性

为利用生物强化法降低微污染源水中的氮素,从水库沉积物中筛选到一株好氧反硝化细菌Sx f14.通过扫描电镜和16S r RNA序列分析,鉴定其为不动杆菌属(Acinetobacter sp.),命名为Acinetobacter sp.Sxf14.同时,对该菌株脱氮特性进行研究,并将其接种到C/N(总有机碳与总氮的比值)为1.2的微污染水库源水中,以探究其对实际源水总氮的去除效果.结果显示:Sxf14能以硝酸盐和亚硝酸盐为唯一氮源进行好氧反硝化.反应48 h后,NO3--N和NO2--N的去除率分别达74.84(±0.86)%和40.52(±1.49)%,TN去除率最高达到65.07(±1.56)%和41.33(±0.98)%;在以NH4Cl为氮源的异养硝化系统内,该菌在48 h内使NH4+-N浓度由3.73(±0.08)mg/L降到1.28(±0.20)mg/L,氨氮去除率达到65.63(±1.39)%.72 h内,微污染水库源水的TN浓度由2.46(±0.02)mg/L降到1.68(±0.01)mg/L,去除率达到31.7(±0.14)%.因此,菌株Acinetobacter sp.Sxf14具有反硝化能力,能承受较低的碳氮比,降低微污染源水中的氮素,本研究可为微污染水体的菌剂修复技术提供科学依据.     

碳源及碳氮比对异养反硝化微生物异养反硝化作用的影响

碳源(甘油和柠檬酸钠)及碳氮比对纯培养的异养反硝化菌HP1 (Pseudomonasalcaligenes)异养反硝化能力影响的试验表明,碳源种类对硝酸还原酶活性没有明显影响,对氧化亚氮还原酶活性有影响。批式培养方式下最适C/N为8,菌株HP1可以利用NO-3 作为唯一氮源进行反硝化作用,证明HP1至少有2种硝酸还原途径。连续培养方式下温度对菌株HP1异养反硝化作用中间产物的积累有影响,不同C/N时均有NH+4 积累,C/N为3时还有NO-2 的积累。     

碳源及碳氮比对异养反硝化微生物异养反硝化作用的影响

碳源(甘油和柠檬酸钠)及碳氮比对纯培养的异养反硝化菌HP1(Pseudomonas alcaligenes)异养反硝化能力影响的试验表明，碳源种类对硝酸还原酶活性没有明显影响，对氧化亚氮还原酶活性有影响。批式培养方式下最适C／N为8，菌株HP1可以利用NO3^-f作为唯一氮源进行反硝化作用，证明HP1至少有2种硝酸还原途径。连续培养方式下温度对菌株HP1异养反硝化作用中间产物的积累有影响，不同C／N时均有NH4^ 积累，C／N为3时还有NO2^-的积累。     

常温SBR厌氧-好氧反应器的短程硝化

短程硝化-反硝化是污水节能脱氮新技术之一,其关键在于实现短程硝化,而水温是控制短程硝化的主要因素。在生活污水氨氮浓度小于100mg/L的水质条件下,采用SBR厌氧-好氧反应器进行了常温短程硝化试验研究。研究结果表明,水温14．5℃～16．5℃的条件下,在好氧段可以实现短程硝化,亚硝化率达到了94．9%。亚硝化的程度还与曝气时间的长短有关,曝气时间短时,可以将氨氧化控制在亚硝化阶段,积累大量的亚硝酸盐,但是氨转化率比较低;曝气时间延长,氨氮去除率增加,同时部分亚硝酸氮会被进一步氧化成硝酸氮。该研究结果打破了只有在中高温条件下才能实现短程硝化的普遍看法,从而为在常温下实现短程硝化提供了新的依据。     

好氧异养硝化菌Acinetobacter sp.YY-5的分离鉴定及脱氮机理

通过异养硝化培养基获得一株高效脱氮细菌,并通过形态学特征、生理生化反应及16S rDNA同源性比较对筛得菌株进行了鉴定;分别以NO3--N和NO2--N为唯一氮源,通过对脱氮过程中各种含氮代谢物的定量及对脱氮相关基因氨单加氧酶基因(amoA)、羟胺氧化酶基因(hao)、周质硝酸盐还原酶亚基基因(napA)的扩增及测序比较,对该菌株的生理途径及脱氮机理进行了研究.结果表明,高效脱氮细菌YY-5不能发生好氧反硝化,但能在3 d内将氨氮由95.23 mg/L降解至1.29 mg/L,降解率达妻98.6%,同时未发现亚硝酸盐氮、硝酸盐氮积累;对该菌主要代谢气体产物进行检测,发现CO2和N2明显增多,无N2O生成;经鉴定,初步判定该菌为不动杆菌属,命名为Acinetobacter sp.YY-5;从该菌基因组中均能扩增出amoA、hao、napA等基因,其中napA与hao基因与已报道的napA与hao基因进行Blaster较,发现具有较大差别.图6表3参15     

高效异养硝化-好氧反硝化菌株TS-1筛选及降解特性

从实验室定向驯化的活性污泥中分离筛选出一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的菌株TS-1.通过生理生化及16S r RNA基因序列鉴定其为脱氮副球菌,通过单因素和正交实验对其去除NH_4~+-N的最佳条件进行优化,并通过对比进一步探究其在不同氮源条件下对各形态无机氮的去除规律.结果表明该菌株最适碳源为丁二酸钠,最佳C/N为15,最佳接种量为5%,最适温度为30℃、p H为8.0.以初始浓度约为100 mg/L的NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N分别为单一氮源时,菌株TS-1对各形态氮的去除率为97.49%、100%和95.94%;维持各形态氮初始浓度不变,将其两两混合时发现混合氮源中若包含NO_2~--N会使菌株OD_(600)值达到最大值所用时间延长,氮源中含有NH_4~+-N会降低菌株对其他形态氮源的去除率,以及NO_3~--N的添加会使菌株对NH_4~+-N的去除能力降低;3种形态氮源同时存在的条件下,该菌对各氮源去除能力由强至弱为NO_2~--NNH_4~+-NNO_3~--N.本研究从活性污泥中分离筛选出一株具有高效异养硝化-好氧反硝化功能的菌株TS-1,通过研究碳源、氮源、温度、p H得到了最佳降解条件,可为废水短程脱氮提供参考.(图9表4参37)     

好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化

采用人工配制的模拟生活污水，通过对运行条件的调控，在序批式反应器(SBR)中培养出了高活性的好氧颗粒污泥，颗粒污泥浓度达到4．55g/L以上，SVI值在32.5左右，反应器对于COD、NH3—N的去除率分别在83.6％—92.8％和82.3％—98.5％之间。实验结果表明：由于好氧颗粒污泥的存在，SBR反应器内发生了同步硝化反硝化(SND)反应，而不是通常所认为的顺序式硝化反硝化(SQND)反应。     

COD与DO对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响

COD和DO浓度对好氧颗粒污泥的同步硝化反硝化反应有明显影响．COD浓度在400～1200mg／L范围内，好氧颗粒污泥去除COD的能力均在85％以上．颗粒污泥能吸附有机物，使废水中COD浓度快速下降．COD浓度小于800mg／L，好氧颗粒污泥具有良好的脱氮能力，氮去除率最高达85．3％．在溶氧浓度为1-4mg／L条件下，颗粒污泥对COD去除率均在90％以上．不同的溶氧浓度对氮的去除率有一定影响，在溶氧浓度3mg／L时，氮去除率最高，达83％．图7参7     

耐盐异养硝化菌驯化方法及分离菌株鉴定

采用高C/N、逐渐降低DO、菌体对数生长期前期转接以及增加培养液中海水比例的方法完成了耐盐异养硝化菌的富集和驯化,并从中分离筛选出两株高效异养硝化菌qy37和gs2.通过对两株菌的形态观察、生理生化试验以及16S rRNA序列分析,确定菌株qy37和菌株gs2分别为假单胞菌属(Pseudomonas)和盐单胞菌属(Halomonas).     

一株好氧反硝化细菌的鉴定及其在废水处理中的应用

从武汉市郊稻田土壤中分离得到一株好氧反硝化细菌HS-03,对其反硝化能力进行了研究.结果表明:细菌HS-03在好氧条件下能有效去除人工废水中的NO3-(10mmol/L),去除率达90%以上,并且在反应过程中没有NO2-的积累.菌株HS-03与Pseudomonasstutzeri的16SrDNA序列具有99.1%的相似性.对该菌株的16SrDNA序列以及生理生化特征分析表明,细菌HS-03是P.stutzeri的一个新分离种.实验采用ClastalW和PHYLIP程序对该菌株与报道菌进行了系统发育进化分析.图5表2参14     

螯台球菌TAD1在高温曝气生物滤池中的异养硝化-反硝化性能

初步实验证实螯台球菌(Chelatococcus daeguensis)TAD1在高温下具有异养硝化-反硝化的能力,为验证其可应用性,采用曝气生物滤池工艺,研究了TAD1在温度为50℃的异养硝化-反硝化性能.结果表明,TAD1在曝气生物滤池中可同时进行好氧反硝化和异养硝化.当分别以硝氮、氨氮及硝氮和氨氮为氮源时,12 h的氮去除率均达到100%,氮的去除能力分别为12.67 mg.L-.1h-1、3.62 mg.L-.1h-1及16.53 mg.L-.1h-1.虽然在脱氮过程中,亚硝盐在6 h迅速积累到76 mg.L-1(硝氮为氮源)和52.6 mg.L-1(硝氮和氨氮为氮源),但在随后的几个小时内又快速降低至0(检测限之外).因而,TAD1具有应用于高温生物脱氮工艺的能力和优势.     

传统生物脱氮反硝化过程的生化机理及动力学

传统生物脱氮是指以硝酸盐为电子受体的一系列生物还原反应过程,该过程是在硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶和一氧化二氮还原酶的作用下完成的.反硝化的生化机理及动力学是生物脱氮技术的理论基础.为促进反硝化生物脱氮技术的进一步发展,理解反硝化一系列复杂的生化反应过程及其电子传递、能量转化模式是十分必要而有意义的.本文通过对反硝化生化反应过程相关机理的论述,系统归纳了一个涉及多种酶及多种中间产物并伴随着电子(能量)传递的复杂反硝化生化反应过程,详细总结分析了反硝化过程电子通过电子传递链从电子供体(NADH)传递到终端电子受体的传递模式,以及借助于Peter提出的化学渗透假说建立的能量产生方式.同时建议采用积分法和微分法来确定反硝化动力参数Vmax,NO3,μDmax,KS,No3-.