1株好氧脱氮菌的筛选与脱氮特性研究

研究好氧反硝化菌的筛选、生物脱氮机制及代谢特征.采用极限稀释及平板划线法对好氧条件下能同步硝化/反硝化的细菌进行广泛筛选,分离到6株具有好氧脱氮效果的异养菌,其中YY-5菌具有高效的好氧脱氮能力.对该菌株好氧脱氮过程气相和液相中可能生成的气态产物以及硝态氮等形式的含氮产物变化进行定量检测分析,探讨脱氮过程氮素的去向及其...     

耐冷好氧反硝化菌脱氮技术研究进展

耐冷好氧反硝化菌因其独特的生长特性与同步异养硝化好氧反硝化的功能,为解决天然水体中氮素的去除提供了新的技术思路。综述了好氧反硝化作用机理研究进展,包括耐冷好氧反硝化菌的富集-驯化-筛选方法,已分离的耐冷好氧反硝化菌的类群及其生长特性,耐冷好氧反硝化菌的生物脱氮影响因素及其应用领域。耐冷好氧反硝化菌在低温环境生物脱氮方面具有明显的优势。因此,对耐冷好氧反硝化菌的脱氮作用机理和实际工程应用进行展望。     

水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌脱氮的影响

本研究以水源水库热分层期沉积物中有机物为研究对象,在分析其相对分子质量分布和有机物荧光特性的基础上,探究了沉积物中有机物为碳源时,好氧反硝化细菌的脱氮效能、细菌生长及碳去除性能.结果表明：①水源水库在热分层期,沉积物中相对分子质量>100×10³的有机物所占比例较高;同时相比于不同月有机物的相对分子质量分布,7月时沉积物中相对分子质量大的有机物所占的比例最低（44.62%）,显示出较小的相对分子质量;②水源水库沉积物中有机物由陆地类腐殖质组分C1（250 nm,425 nm）、类色氨酸和氨基酸物质C2（230 nm/280 nm,322 nm）和传统微生物类腐殖质混合物C3（250 nm,340 nm）所组成,其中色氨酸和氨基酸类的物质（组分C2）所占比例较高,同时在7月时显示出较大的总荧光强度;③好氧反硝化过程中,5月有机物显示出较好的作为电子供体的特征,而7月的有机物却表现出较好的作为能源物质的性能,同时使得好氧反硝化细菌WGX-9显示出较高的氮去除特性;④相比于天然有机物、藻类有机物和实际水源水库水,沉积物中有机物作为碳源时可以较好地促进菌株WGX-9的好氧反硝化脱氮效能.本文阐明了水源水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌的影响,将为微污染水体氮污染控制工程提供依据.     

红树林湿地中好氧-厌氧反硝化菌脱氮特性及其种群结构分析

随着沿岸水体氮素富营养化的加剧,生物脱氮作用越来越受重视,位于海陆交界的湿地红树林生态系统作为一个自然脱氮体系备受关注.本研究以典型亚热带湿地红树林(香港Mai Po)作为对象,结合传统的富集筛选和分子生物学方法--建立nosZ基因克隆文库和RFLP分析技术对红树林沉积物中反硝化细菌脱氮能力、种群结构和丰度进行研究.从Mai Po红树林沉积物中共筛选到12株好氧反硝化菌和8株厌氧反硝化菌,其中好氧反硝化菌包括Pseudomonas(4株)、Comamonas(2株)和Acinetobacter(2株)等7个菌属,厌氧反硝化菌属于Pseudomonas、Agrobacterium和Uncultured Betaproteobacteria bacterium(2株)等7个菌属.筛选到的好氧和厌氧反硝化菌均具有较高的脱氮能力,大部分在2d内NO3--N去除率达到98%以上.建立Mai Po红树林湿地反硝化细菌的nosZ基因克隆文库的结果表明,反硝化细菌的50个克隆子中有26个克隆子分属于11个未知类群,其余克隆子属于Pennisetum类群(26%),β-proteobacterium类群(10%),Entandrophragma类群(4%),Pseudomonas类群(4%)和denitrifying bacterium类群(4%).可见Mai Po红树林中反硝化细菌具有很高的生物多样性.     

河北平原潮土中微生物对氮降解特征

了解土壤中微生物对氮素降解规律,对于土壤氮污染修复具有重要现实意义.从河北平原潮土中筛选出8种高效氨化细菌、硝化细菌、异养硝化好氧反硝化细菌,对所筛菌种进行16S r DNA分析,选出最适菌株通过固定化载体将菌种制成菌剂.探讨了用加入所筛菌种及拮抗菌的菌液和地表水分别滴灌小白菜对土壤中的氮降解产生的影响,并测定土样磷脂脂肪酸(PLFA)的值.结果表明:以硅藻土为载体硝化细菌的氨氮降解率达到38%,硝态氮合成率为205%;以硅藻土为载体的氨化细菌氨氮合成率为1 711%,异养硝化好氧反硝化细菌的硝态氮降解率达到367%.加所筛菌液滴灌对土壤总氮和氨氮的降解效果较好,硝化作用也较强,加菌后土壤中微生物量明显增加,且更快到达峰值.对不同土样不同时间磷脂脂肪酸数据分析发现,在白菜生长过程中,土壤中的微生物含量均产生了1次峰值,且加入所筛菌的先到达峰值.对于任丘和阜城土样来说,加入所筛菌后,土壤中微生物种类相应增多,对土壤微生物环境有所改善,微生物也比较活跃.     

贫营养好氧反硝化菌株的脱氮特性及氮/碳平衡分析

针对生物法处理贫营养水源水存在脱氮效率不高,脱氮过程电子转移不清楚等问题,以具有高效脱氮功能的贫营养好氧反硝化菌Acinetobacter junii ZMF5为研究对象,探究了菌株脱氮性能、环境适应性及反硝化过程中的电子转移.结果表明:①菌株ZMF5具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,氨氮和硝氮去除速率分别为0.211 mg·(L·h)~(-1)和0.236 mg·(L·h)~(-1),并且在反应过程中无中间产物的累积;②通过氮素去除率以及菌株生长动力学分析,菌株ZMF5对不同类型的碳源均有一定的利用效果,在低C/N、低pH、低温的条件下仍表现出较好的氮去除性能;③氮平衡分析可知,比起碳水化合物羧酸盐化合物更能促进好氧反硝化过程的发生,使菌株脱氮途径发生变化,转化为气态氮(38.81%)的比例大于同化作用的氮(29.81%);④碳平衡分析可得,在反硝化过程中大部分碳源用于电子供体,而用于硝氮还原的电子较少,不同类型的碳源通过不同的还原势、电子供体的丰度和分子量来调节电子向硝酸盐呼吸链的转移.琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii ZMF5)将为微污染水源水体氮污染控制工程提供一定的菌源保障.     

贫营养好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

为了分离贫营养好氧反硝化菌,研究其系统发育地位和脱氮特性,以期为微污染水库水体生物修复提供依据.从水库底层沉积物中,采用改良的富集驯化方法分离好氧反硝化菌,通过N-J法进行系统发育分析以及选择培养基研究其脱氮特性.初筛分离出196株好氧反硝化菌,其中14株为高效菌株(ZHF2、ZHF3、ZHF5、ZHF6、ZHF8、ZMF2、ZMF5、ZMF6、N299、G107、81Y、SF9、SF18和SXF14).经形态学,生理生化,和16S rRNA基因序列分析,ZHF3、ZHF5、ZHF6、ZMF2、G107、81Y、SF18和SXF14为不动杆菌(Acinetobacter sp.),ZHF2和ZHF8为新鞘脂菌属(Novosphingobium sp.),ZMF5为水杆菌属(Aquabacterium sp.),ZMF6为鞘脂单胞菌属(Sphingomonas sp.),N299为动胶杆菌属(Zoogloea sp.),SF9为代尔夫特菌属(Delftia sp.).其中菌株G107和81Y的反硝化效果最好,72h的硝氮去除率达到98.88% 和99.44%.并以G107和81Y为代表进行一系列的脱氮实验,结果显示出良好的短程反硝化、硝化和源水脱氮能力.贫营养好氧反硝化菌的分离,补充和丰富了好氧反硝化菌的种类,其高效的脱氮特性为低氮微污染水体的生物修复提供了技术支撑.     

雄安新区-白洋淀冬季冰封期水体好氧反硝化菌群落空间分布特征及驱动因素

为了定向精准地完成适于白洋淀低温期水体水质的好氧反硝化菌的筛选和分离,本文结合水质调查和好氧反硝化功能基因(napA)高通量测序技术,进行了水体水质、微生物群落α多样性、β多样性分析以及微生物网络分析.结果表明,该时期白洋淀不同采样点的水体水质存在显著差异,入淀河口区的氮素最高;各采样点α多样性存在显著差异(P0.05),藻苲淀(ZZD)和瀑河(BH)的菌群丰富度和多样性最低;与此同时,该时期水体的OTU主要属于变形菌门(Protebacteria)中的α-Proteobacteria纲、β-Proteobacteria纲和γ-Proteobacteria纲;韦恩图分析(Venn)表明各采样点水体好氧反硝化菌群组成存在明显差异;膨胀因子分析(VIF)和RDA分析显示,温度、溶解氧、氨氮、硝氮、溶解性总磷以及氧化还原电位是影响菌群组成的主要环境因子;网络分析表明,该时期微生物网络中物种间以共生关系为主;Mantel test分析得出温度、氧化还原电位、硝氮、氨氮、溶解性总磷以及铁锰是影响模块群落结构演变的关键环境因子.综上可知,基于好氧反硝化功能基因(napA)进行高通量测序来研究白洋淀冬季冰封期水体好氧反硝化菌群落特征和环境驱动因素可行,为实现适于该时期水体水质的好氧反硝化菌"定向-精准-高效"的筛选提供技术支撑.     

一株耐高温好氧反硝化菌的筛选及特性研究

从燃煤电厂生物滴滤系统填料的生物膜上筛选分离出一株高效好氧反硝化细菌JH8。经生理生化鉴定和16S r DNA序列分析,鉴定该菌为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。对菌株JH8进行反硝化特性研究,发现该菌可以分别以硝酸盐和亚硝酸盐为氮源,在50℃条件下进行好氧反硝化,24 h内的脱氮率高达86.96%和97.63%。通过单因素实验得到该菌最优脱氮条件:以柠檬酸钠为碳源、转速为160 r/min、C/N为16,优化后该菌24 h内脱氮率可达99%。该菌的分离对于研究高温环境下的好氧反硝化机理具有重要意义。     

好/厌氧条件下反硝化细菌脱氮特性与功能基因

从西安市金盆水库沉积物中分离筛选出1株高效反硝化细菌,经形态学观察和16S r DNA测序鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),命名为KK99.探究了该菌株在好/厌氧条件下的脱氮特性以及nar G、nir S和nos Z功能基因的表达水平.结果表明,KK99菌株在好/厌氧条件下,均能进行反硝化作用,且在两种不同的条件下均具有高效的脱氮效率.经过24h的培养,其总氮(TN)去除率分别为85.08%和89.05%.胞内功能基因nos Z和nir S的表达量较高,nos Z在好氧条件下的反硝化发挥主要作用,nir S在厌氧条件下的反硝化发挥主要作用,nar G在两种条件下的表达均较低.同时该菌株还具有同步硝化反硝化性能,在好氧条件下,能同时去除硝酸盐氮和氨氮,24 h时,TN去除率为76%.施氏假单胞菌(P.stutzeri KK99)将为微污染水体富营养化控制和总氮削减工程应用提供菌源保障.     

石家庄市春季景观水体nirS型反硝化细菌群落特征分析

选取石家庄市主城区4个典型景观水体作为研究对象,在对水体水质特征分析的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nir S型反硝化细菌种群结构和多样性进行测定,探究春季景观水体水质与nir S型反硝化细菌群落的相互关系.结果表明,4个景观水体中氮素含量为4. 43～13. 83 mg·L-1,氮素污染较严重;基于三维荧光光谱的特征指数分析,4个景观水体均呈现出较强的自生源及弱腐殖质特征; Illumina高通量测序结果表明,不同景观水体中nir S型反硝化细菌大多为变形菌门,在优势菌属上差异显著; unclassified_Bacteria(53. 52%)、假单胞菌(Pseudomonas)(60. 48%)和红杆菌属(Rhodobacter)(46. 94%)分别为裕西、水上和长安公园水体中的优势菌属,unclassified_Bacteria(36. 19%)和unclassified_Proteobacteria(23. 44%)为世纪公园水体中的优势菌属;冗余分析(RDA)结果表明,裕西公园反硝化细菌主要受硝氮、总氮和溶解氧的影响,水上公园反硝化细菌受总磷的影响较大,长安公园反硝化细菌主要受氨氮和亚硝氮的影响,世纪公园反硝化受总磷、亚硝氮和氨氮的影响较大.综上表明,春季不同景观水体的水质以及nir S型反硝化细菌的群落结构差异显著,通过开展景观水体水质、反硝化群落以及影响因素的研究,有助于对城市水系的水质特征以及反硝化群落结构的认识,对基于该水质特征的高效反硝化菌剂的研发具有指导意义.     

电流对MEC-3DBER-S脱氮除磷效果的影响及机理分析

针对低C/N污水处理厂二级处理出水中氮、磷去除问题,基于三维电极生物膜工艺（3DBER）反硝化脱氮碳源消耗量少的特点,构建了微电凝聚-三维电极生物膜耦合硫自养强化脱氮除磷工艺（MEC-3DBER-S）.对比研究了3DBER与MEC-3DBER-S在不同电流强度条件下的运行特性,并结合基于nirS基因的克隆文库技术分析了MEC-3DBER-S中反硝化微生物的构成.运行结果表明,MEC-3DBER-S有效强化了氮、磷的去除效果,特别是提高了低电流条件下的脱氮效率;同时电流作用能够促进海绵铁腐蚀,提高除磷效果.当C/N=1.5、HRT=8h、I=300mA条件下,其TN和TP去除率分别达到75%和78%,分别比3DBER高10%和28%左右.基于nirS基因的克隆文库结果表明,MEC-3DBER-S中同时存在与具有异养、氢自养、硫自养和铁自养反硝化功能的菌属相似的细菌.该体系中有机碳源、H2、单质硫和Fe²⁺等电子供体可相互补充,强化了脱氮;同时,体系中还存在物化联合生物除磷的作用,强化了除磷.因而,MEC-3DBER-S复合反硝化体系保证了较高的脱氮除磷效果.     

固定化细胞单级生物脱氮研究

利用硝化菌和反硝化菌混合固定的方法,研究了好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用的单级生物脱氮技术.结果表明,反硝化菌被固定后,在好氧条件下仍具有反硝化功能.硝化菌和反硝化菌被混合固定后,可以在好氧条件下同时进行硝化和反硝化作用,并且其氨氧化速率约为硝化菌单独固定时的1.4倍.硝化菌和反硝化菌混合固定构成的单级生物脱氮系统其脱氮速率是分别固定构成的单级生物脱氮系统的2.6倍.     

地下水生物反硝化的纤维素碳源选择研究

硝酸盐污染已迅速发展为重要的环境问题,硝酸盐污染的现有传统治理和去除技术目前主要有物理法、化学法和生物法,本文利用纤维素作为固态有机碳能满足反硝化细菌所需的碳源,综述利用固态纤维素作为反硝化碳源的研究现状,从而选取5种合适的天然纤维素作为反硝化细菌碳源来研究在缺氧状态下对20mg／LNO3--N的地下水的降解效果。结果表明,利用固态香樟叶纤维素作为碳源去除NO3--N的效果较明显,其次为稻草;并且纤维素作为生物反硝化碳源具有成本低廉、易获取、不需经常补充的优点。     

Diaphorobacter sp.PDB3菌好氧反硝化脱氮特性

研究了Diaphorobactersp.PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化特性.经过分析比较确定柠檬酸钠是好氧反硝化最佳碳源,采用响应面法对影响好氧反硝化的条件（温度、pH值、发酵罐转速、碳氮比）进行优化,构建出好氧反硝化数学模型.本模型预测值与实测值相关性非常好,预测PDB3菌发酵罐内好氧反硝化最佳条件：pH值、碳氮比、温度、转速分别为7.3、8.1、30.1℃、299.9r/min,最佳好氧反硝化比速率为2.25h^-1.验证实验表明,PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化比速率为2.12h^-1,误差仅为5.8%.通过氮平衡分析表明,29.0%的总氮去除量转化为胞内氮,氮损失占总氮去除量的67.3%,细胞主要通过好氧反硝化作用和细胞同化作用脱氮.荧光定量PCR分析测定好氧反硝化过程中脱氮基因（napA,nirS,cnorB,nosZ）的表达水平以进一步解释脱氮特征,为Diaphorobacter sp.PDB3菌的实际应用提供一定的理论依据.     

不同碳源下硫还原地杆菌对反硝化过程的影响机制探讨

硝酸盐是废水中常见的污染物,其具有较高的氧化还原电位,在水中的去除主要依靠微生物的反硝化作用.目前的初步研究表明,电活性细菌能够和反硝化细菌通过互营生长加速反硝化过程.为探究在不同外加碳源下电活性细菌对反硝化过程的影响,选取不能够利用硝态氮作为电子受体的模式电活性细菌硫还原地杆菌(G.sulfurreducens PCA)与不同碳源(乙醇、丙酸或葡萄糖)驯化得到的反硝化细菌进行共培养.结果表明,改变碳源为乙酸盐后,不同体系中硝态氮的去除效率达到了94%.碳源的改变造成了不同程度的反硝化滞后现象,在当以乙醇为外加碳源时,G.sulfurreducens PCA的加入能够将迟滞时间缩短3 h,其反硝化速率可达到186 g·m~(-3)·d~(-1),同时产生的亚硝氮含量也相对最低.但以葡萄糖作为反硝化外加碳源时,迟滞时间最短,但加入G.sulfurreducens PCA后会延长反硝化所需的时间,这可能是与反硝化细菌同G.sulfurreducens PCA竞争体系中的乙酸盐碳源有关.分析微生物群落结构变化发现,G.sulfurreducens PCA的加入提高了反硝化细菌的相对丰度,使其能够适应因碳源改变而产生的对反硝化细菌的生长抑制现象.     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的脱氮菌群研究

为探明准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的生物脱氮机理,采用最大或然数计数法以及一系列的生化试验和镜检照片,研究了床层不同高度脱氮菌的数量和菌群结构.结果表明:床内亚硝化菌、硝化菌、厌氧反硝化菌和好氧反硝化菌的平均数量分别为5.3×106,7.5×106,6.9×103和2.5×105 g-1,亚硝化菌、硝化菌和好氧反硝化菌主要富集于反应床的表层和底部,厌氧反硝化菌主要富集于反应床的中部;从床内共分离出3株亚硝化菌,6株硝化菌,5株厌氧反硝化菌和6株好氧反硝化菌.准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的生物脱氮机理为同步硝化反硝化,主要发生在反应床的表层和底部.      

OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验

针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒（OPCRP）-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温（6.5±1）℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR （R1）的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR （R2）的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%;R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种总相对丰度分别为7.37%、10.47%,优势硝化反硝化菌种总相对丰度分别为28.65%、43.32%,为低温污水中生物脱氮提供了良好的细菌环境。     

洛美沙星对水中反硝化过程的影响模拟试验

水环境中硝酸盐的去除依赖于微生物在厌氧条件下进行的反硝化作用,已有研究发现,抗生素的存在会对反硝化细菌和反硝化酶活性产生一定影响,进而影响反硝化作用,但目前在水体中对于这三者之间关系的研究较少,作用的机理尚未完全明确.据此,本文以洛美沙星（Lomefloxacin,LOM）为典型抗生素,乙酸钠为碳源开展模拟实验,对反硝化过程、反硝化细菌和反硝化酶活性的影响进行探讨.实验结果表明,含有0,1,10,100 μg/L LOM的反应体系反硝化速率分别为10.42,8.83,8.50,6.62mg/（L·d）,脱氮率分别为79.5%,71.1%,70.0%,66.8%,LOM初始浓度为100μg/L时对反硝化细菌生长的抑制率高达30.5%.推测含有一定浓度LOM会对反硝化细菌的生长发育以及反硝化酶活性产生影响,导致反硝化过程中NO₃^--N的转化受到抑制,进而引起反硝化速率和总氮去除率降低,且LOM初始浓度越大,抑制作用越显著（P<0.05）.进一步分析结果表明,LOM影响反硝化作用主要表现在NO₃^--N还原至NO₂^--N这一过程,LOM初始浓度越高会使细菌生长速率和最大增长量减少,微生物的细胞膜完整性遭破坏程度增大.NO₃^--N和NO₂^--N的转化与反硝化酶活性有关,其中LOM浓度对硝酸盐还原酶活性的影响明显,浓度越大受到抑制程度也越大,但对亚硝酸盐还原酶活性几乎不产生影响.以上模拟试验条件虽距实际条件有所差异,但在一定程度上表明环境水体中低浓度抗生素影响反硝化作用的机理表现为抑制微生物生长和活性以及反硝化酶活性,降低脱氮率,导致硝酸盐污染的积累.