异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及脱氮性能的实验研究

通过极限稀释和显色培养基相结合筛选的方法,从畜禽养殖废水样品中筛选到1株同时具有异养硝化-好氧反硝化双重功能的细菌CPZ24.该菌株革兰氏染色呈阳性,杆状,菌落颜色为橙红色.经形态、生理生化特性,16S rDNA序列分析,初步鉴定该菌为嗜吡啶红球菌(Rhodococuus pyridinivorans).对该菌进行异养硝化功能和好氧反硝化功能进行研究,结果表明,在异养硝化过程中,该菌可将培养基中的氨氮全部去除,其中对总氮的去除率可达98.70%;在好氧反硝化过程中,该菌对硝酸盐氮的去除率可达到66.74%,总氮的去除率达到64.27%.此高效脱氮降解菌可实现自身同步硝化-反硝化脱氮功能,能够独立完成生物脱氮的全过程.     

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。     

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.     

SBAR中同步脱氮好氧颗粒污泥的菌种特性

采用气提式内循环间歇反应器进行好氧颗粒污泥培养,用分批培养法对好氧颗粒污泥中具有脱氮作用的菌种进行分离纯化.对各菌种进行了鉴别,通过培养过程中对氧气条件的控制,考察了各菌种反硝化生长特性和需氧性.结果表明,好氧颗粒污泥纯化培养可得到异养硝化-好氧反硝化菌以及兼性亚硝化菌和硝化菌,分离得到的反硝化菌在有氧反硝化条件下能够生长,因此好氧颗粒污泥中微生物具有多样性和较强的适应性,从侧面体现出好氧颗粒污泥微观结构的复杂性.     

固定化微生物在好氧条件下同时硝化和反硝化

研究了将硝化菌和反硝化菌混合包埋 ,利用载体对氧产生的扩散阻力在颗粒内部形成好氧区、缺氧区和厌氧区 ,使硝化和反硝化两个过程有机的结合在一起 ,在好氧条件下同时进行硝化和反硝化的新型生物脱氮技术。试验结果表明 :固定化后细胞的活力回收率≥ 70 % ;混合固定的硝化菌和反硝化菌在好氧条件下进行间歇生物脱氮时至少可稳定操作 2 2d ,其间脱氮速率约为 0 1 1kg/m3·d ;单级生物脱氮的最适 pH和温度分别是 8 2和 30℃。     

一株好氧反硝化菌的分离鉴定及脱氮特性研究

好氧反硝化菌在生物脱氮中具有较好的应用前景。首先从好氧颗粒污泥中初步分离出9株具有好氧反硝化特性的单菌株,通过测定其脱氮性能,筛选出一株具有较强好氧反硝化能力的高效菌株Y8;然后应用16S rDNA测序结果并结合形态和性能分析,确定该菌株为盐单胞菌(Halomonas sp.);最后在不同的碳源、温度、pH值下探讨菌株Y8的脱氮性能,并确定该菌株最佳的好氧反硝化条件。试验结果表明:该菌株适宜的生长条件为最佳碳源为丁二酸钠、最适合的温度为25℃、最适合的pH值为6.5,且在pH值为6.5～8.0时均具有较好的脱氮性能,表明菌株Y8可作为耐碱的高效好氧反硝化备选菌。     

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.     

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.     

1株耐冷兼性嗜碱好氧反硝化菌的分离鉴定及反硝化特性

以传统微生物富集分离方法,从垃圾渗滤液活性污泥中筛选到1株高效好氧反硝化菌,通过形态观察、生理生化特征及16S rDNA序列分析,对菌株进行了鉴定,同时对其好氧反硝化特性和异养硝化功能进行了研究.结果表明,筛选到的好氧反硝化菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.),命名为GL19,GenBank登录号为(KC710974).碳源、C/N、pH及温度对菌株反硝化活性影响较大.在柠檬酸钠为碳源、C/N不低于15、pH 6~10、溶解氧(DO)4.8~7.7 mg·L-1及温度为15~34℃,硝酸盐氮负荷为140 mg·L-1的条件下,硝酸盐去除率均达100%,总氮(TN)平均去除率为96.5%,最终无亚硝酸盐积累;菌株能以亚硝酸盐氮、氨氮为底物进行高效脱氮,20 h内可将140 mg·L-1的亚硝酸盐氮完全去除,28 h内可将280 mg·L-1的氨氮降至3.11 mg·L-1,氨氮去除率达98.9%.显示该菌具有耐冷、高效脱氮特性,可实现同步硝化反硝化,这对南方地区冬季废水处理具有潜在应用价值.     

一株好氧反硝化菌的反硝化性能研究

从长期运行的生物滤塔中筛选出一株好氧反硝化菌株A1,经鉴定为恶臭假单胞菌Pseudomonas putida。文章目的是对A1的反硝化特性进行研究,结果表明A1菌株在好氧条件下能有效去除培养液中的硝酸盐氮,24h脱氮率可达到94.84%。C/N对菌株A1的好氧反硝化能力有很大影响,当C/N>5时,基本能够进行完全的反硝化。和其他已报道的好氧反硝化菌相比,A1菌株有着更高的氧耐受浓度。菌株A1能够以硝酸盐或亚硝酸盐和氧气为电子受体进行协同呼吸,硝酸盐呼吸和亚硝酸盐呼吸都具有较高的脱氮效率,并且亚硝酸盐呼吸要较硝酸盐呼吸更容易进行。以丁二酸盐、葡萄糖和乙酸盐作为碳源时,其脱氮效果均要明显好于乙醇作为碳源。     

高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征

采用稳定运行在高盐高碱环境厌氧/好氧/缺氧(A_n/O/A)模式下的序批式生物膜反应器(SBBR),考察在不同碳氮比(C/N)条件下,硝化反硝化过程及N_2O产生特征.结果表明,在C/N为5、2和对照组(C/N=0)时,总氮去除率分别为(98. 17±0. 42)%、(65. 78±2. 47)%和(44. 08±0. 27)%; N_2O的产生量分别为(32. 07±2. 03)、(21. 81±0. 85)和(17. 32±0. 95) mg·L~(-1); N_2O转化率(N_2O产生量在去除总氮中的比例)分别为(29. 75±0. 93)%、(30. 04±2. 17)%和(41. 69±0. 80)%.高盐高碱条件下,亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到很强的抑制作用,硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段.由于高盐高碱环境对N_2O还原酶活性的抑制,使得异养反硝化过程产生了大量N_2O,随着碳氮比的增大,有更多的碳源用于反硝化过程,因而总氮去除率和N_2O产生量均随之增加.随着碳氮比的增大,N_2O转化率随之降低,这可能是由于异养反硝化过程氮素还原酶对电子的竞争所形成的,碳氮比越高,电子竞争越弱.高通量测序表明:在SBBR中,氨氧化细菌(AOB)被富集,而几乎不存在NOB;优势异养反硝化菌属主要是Thauera、Azoarcus和Gemmobacter.     

两株异养硝化细菌的氨氮去除特性

从生物陶粒反应器中分离得到2株异养硝化细菌ZW2和ZW5,对2菌株的生理生化实验以及16S rDNA序列分析,确定菌株ZW2和ZW5分别为假单胞菌(Pseudomonas sp.)和粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis),并对其硝化性能和脱氮能力进行了研究.结果表明,2株细菌能在利用有机物的同时进行硝化和脱氮作用.经过60h的培养,ZW2和ZW5对氮素的去除率可以分别达到43.90%和48.52%,对COD的去除率分别为67.48%和78.21%.在此过程中,亚硝酸盐浓度一直保持在微量水平,硝酸盐稍有积累,说明2株异养硝化细菌同时也具有好氧反硝化功能.     

菌株qy37的异养硝化/好氧反硝化机制比较及氨氮加速降解特性研究

筛选出1株耐盐异养硝化-好氧反硝化菌qy37,通过形态观察、生理生化试验和16S rDNA序列分析,确定其为假单胞菌属(Pseudomonas).研究了异养硝化-好氧反硝化菌qy37的脱氮特性.在以NH4Cl为氮源的异养硝化系统内,该菌32 h内使NH 4+-N由138.52 mg/L降至7.88 mg/L,COD由2 408.39 mg/L降至1 177.49 mg/L,NH2 OH最大积累量为9.42 mg/L,NO 2--N最大积累量仅为0.02 mg/L,推测该菌将NH2OH直接转化为N2O和N2从系统中脱除.在以NaNO2为氮源的好氧反硝化系统内,该菌24 h内使NO 2--N由109.25 mg/L降至2.59 mg/L,NH2OH最大积累量为3.28 mg/L.好氧反硝化系统与异养硝化系统相比菌体生长量高,TN去除率低,COD消耗量低,NH2OH积累量低,并且检测到NO 3--N的积累.认为好氧反硝化在菌体生长和能量利用方面比异养硝化更有效率.在异养硝化-好氧反硝化混合系统内,16 h NH 4+-N去除速率比异养硝化系统提高了37.31%.混合系统的NH2 OH积累量低于异养硝化系统和好氧反硝化系统,但N2 O产出量高于二者.     

放牧对草原土壤N2O产生及微生物的影响

利用AIM乙炔抑制法,首次测试了我国内蒙古放牧和非放牧羊草草原土壤N₂O产生的微生物过程;通过分析不同类型草原土壤N₂O产生的微生物过程和相关微生物菌群的季节变化,研究了放牧行为对于草原土壤N₂O微生物产生过程的影响.放牧行为改变了土壤结构,有利于土壤微生物反硝化作用的发生,在一定程度上降低了草原土壤N₂O的排放.揭示了内蒙古草原土壤N₂O产生是以异养硝化作用过程为主的微生物过程,解释了内蒙古典型草原土壤N₂O通量较低和其季节变化的微生物学机理.     

湖库沉积物好氧反硝化菌群脱氮特性及种群结构

好氧反硝化菌是水环境生物修复的热点研究领域,本研究从西安市金盆水库、兴庆公园和长乐公园采集沉积物,在运用传统的间歇曝气富集和选择培养基筛选好氧反硝化菌的基础上,引入超声波预处理沉积物-水悬液,成功筛选出3组高效好氧反硝化菌群H-30、X-10和C-30,并对其反硝化能力进行研究.结果表明,该3组混合好氧反硝化菌群具有高效的脱氮能力,在溶解氧为(7.2±0.6)mg·L-1的培养基中,好氧反硝化菌群H-30、X-10和C-30总氮(TN)去除率分别达到83.04%,83.40%和82.68%,仅有少量亚硝氮(NO-2-N)积累.Illumina高通量DNA测序结果表明,3组nir S型好氧反硝化优势混合菌群种群结构差异显著,H-30,X-10和C-30菌群的优势菌种分别是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),Paracoccus pantotrophus和斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),其中斯氏假单胞菌(P.stutzeri)在H-30、X-10菌群中所占比例差异不显著,Pseudomonas xiamenensis仅存在于H-30.本研究筛选的3组高效好氧反硝化菌群将为城市内湖污染水体的微生物修复工程提供菌源保障.     

催化铁强化低碳废水生物反硝化过程的探讨

研究了低碳氮比条件下催化铁耦合生物反硝化的脱氮效率以及N2O产生.结果表明,相对常规低碳氮比反硝化,催化铁耦合组能大大提高硝酸根的转化率,但产生亚硝态氮积累,总氮去除率变化不大.耦合组N2O释放量高于常规生物对照组,源于亚铁氧化物与亚硝酸根的化学反应,但最高累积量小于8%,且可继续生物还原为N2.催化铁可以消除体系的溶解氧和降低氧化还原电位,对维持缺氧反硝化环境有利.     

亚硝酸盐积累对A~2O工艺生物除磷的影响

常温条件下,通过控制好氧区DO浓度为0.3～0.5 mg/L,同时增大系统内回流比以降低系统好氧实际水力停留时间(actual hydraulic retention time,AHRT),在处理低C/N比实际生活污水的A2O工艺中成功启动并维持了短程硝化反硝化.但随着系统出水亚硝酸盐含量的升高,系统对磷的去除效果逐渐恶化.当好氧区亚硝酸盐浓度19 mg/L时,系统出水磷浓度大于进水磷浓度,系统处于净释磷状态.通过对原水COD浓度、反应区温度、pH值、游离亚硝酸浓度(free nitrous acid,FNA)等分析,表明碳源不足及短程硝化引起的亚硝酸盐积累影响了聚磷菌厌氧释磷和好氧吸磷;尤其是好氧区较高的FNA浓度(HNO2-N 0.002～0.003 mg/L)对聚磷菌好氧吸磷的抑制是导致系统除磷效果恶化的直接原因.通过外投碳源提高原水COD浓度,提高了聚磷菌厌氧释磷合成PHA的能力;同时增强了系统的反硝化能力,降低好氧区亚硝酸盐浓度,从而降低FNA对聚磷菌好氧吸磷的抑制程度,系统的除磷性能可迅速恢复;系统对磷的去除率可达96%以上.     

Nitrifying population dynamics in a redox stratified membrane biofilm reactor (RSMBR) for treating ammonium-rich wastewater

Nitrogen removal performance and nitrifying population dynamics were investigated in a redox stratified membrane biofilm reactor (RSMBR) under oxygen limited condition to treat ammonium-rich wastewater. When the NHt₄⁺-N loading rate increased from 11.1±1.0 to 37:2 ± 3:2 gNHt₄⁺-N·m⁻²·d⁻¹, the nitrogen removal in the RSMBR system increased from 18.0±9.6 mgN·d⁻¹ to 128.9±61.7 mgN·d⁻¹. Shortcut nitrogen removal was achieved with nitrite accumulation of about 22:3 ± 5:3 mgNO₂⁻-N·L⁻¹. Confocal micrographs showed the stratified distributions of nitrifiers and denitrifiers in the membrane aerated biofilms (MABs) at day 120, i.e., ammonia and nitrite oxidizing bacteria (AOB and NOB) were dominant in the region adjacent to the membrane, while heterotrophic bacteria propagated at the top of the biofilm. Real-time qPCR results showed that the abundance of amoA gene was two orders of magnitude higher than the abundance of nxrA gene in the MABs. However, the nxrA gene was always detected during the operation time, which indicates the difficulty of complete washout of NOB in MABs. The growth of heterotrophic bacteria compromised the dominance of nitrifiers in biofilm communities, but it enhanced the denitrification performance of the RSMBR system. Applying a high ammonia loading together with oxygen limitation was found to be an effective way to start nitrite accumulation in MABs, but other approaches were needed to sustain or improve the extent of nitritation in nitrogen conversion in MABs.     

异养与硫自养反硝化协同处理高硝氮废水特性研究

在异养反硝化反应器中添加单质硫,实现硫自养与异养反硝化联合处理NO_3~-废水,探讨异养和硫自养反硝化协同过程中的p H恒定及污泥减量化的特性.结果表明,硫自养反硝化菌在异养反硝化反应器内能够实现快速生长.经过65d的运行,控制进水TOC/N为0.65~0.75时,协同反硝化在无额外碱添加的情况下,厌氧反硝化产生的碱度满足自养反硝化的需求;运行至116d时,协同反硝化的总氮去除率为85%以上,脱氮效能稳定在2.5 kg·(m~3·d)~(-1).通过与完全异养反硝化相比,协同反硝化的污泥产量仅为完全异养反硝化的60%,极大地降低了污泥产量.但是利用协同自养反硝化处理高浓度NO_3~--N废水时,存在NO_2~--N累积的现象,即使是最终稳定期也有20 mg·L~(-1),需进行深度处理.