具有N_2O控逸能力的异养硝化-好氧反硝化菌株的筛选鉴定

利用BTB平板培养基以及硝化-反硝化性能测定,从实验室驯化成熟的SBR反应器中筛选出3株异养硝化-好氧反硝化菌.其中WYLW1-6菌株的硝化-反硝化性能尤为突出,经16S rDNA基因序列分析和Biolog测定,该菌株属于蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus).在摇瓶培养时,对该菌株设计L4(23)的正交试验,结果发现,菌株WYLW1-6投加到水中后启动迅速,且生长适应性强,优选条件下,其氨氮最大去除率可达95.21%.用发酵罐对其扩大培养测定N2O逸出量,表明该菌脱氮效果良好,NH4+-N去除率达到97.19%,TN去除率为96.63%,N2O逸出量为1.849 2 mg,其中N2O-N量为1.176 8 mg,N2O-N量占水中脱除TN量的0.598%.菌株WYLW1-6能够独立完成生物脱氮的全过程,高效脱氮的同时N2O逸出量低.该菌可用于构建一个低NO逸出的高效脱氮菌系,从而实现NO生物控逸.     

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.     

异养硝化/好氧反硝化菌的分离鉴定及其在不同培养条件下产N_2O研究

以乙酰胺为唯一碳氮源分离纯化出2株既能异养硝化又能好氧反硝化的菌株XM1和HX2,革兰氏阴性,分别为链状杆菌和球状菌.在富集培养基中,菌株HX2产N2O量为XM1的76倍;两菌株均能分别以葡萄糖、甘露醇、酒石酸钠为唯一碳源进行生长;也可分别以硝酸钠和硫酸铵为唯一氮源进行硝化和反硝化作用,但菌株XM1生长速率快于HX2,且有较多的NO2-积累.部分长度的16S rDNA序列分析表明,菌株XM1与HX2的序列与Pseudomonas sp.具有99%的相似性,定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.).两菌株27d反接种培养实验结果表明,在添加外源N的条件下,HX2菌株更适合在30%的土壤水分(WFPS)条件下生长,N2O产生量为(36.01±2.48)ng/g,为60%WFPS条件下N2O产生量的1.9倍;而菌株HX1则适合在60%的水分条件下生长,在该条件下几乎不产生N2O.     

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.     

含水层介质中1株异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定与脱氮性能

从受氮污染浅层含水层介质中分离纯化得到1株高效异养硝化-好氧反硝化细菌XK51,经过菌落形态、生理生化特性及16S rDNA基因序列分析,鉴定该菌株为假单胞菌属恶臭假单胞菌(Pseudomonas Putida)。脱氮性能结果表明:XK51为兼性反硝化细菌,能在好氧或缺厌氧条件下高效反硝化脱氮,最大和平均反硝化速率分别为27.3,4.4 mg/(L·h),硝酸盐脱除率为95.3%;该菌株同时具有较高异养硝化能力,最大和平均硝化速率分别为4.2,1.4 mg/(L·h),氨氮脱除率为98.5%。XK51最佳碳源为柠檬酸三钠,适宜生长温度为28~35 ℃,最适温度为30 ℃;适宜生长pH为6.5~8.0,最适pH为7.0。XK51可同时进行异养硝化及同步硝化-反硝化,培养期间未出现明显亚硝酸盐和硝酸盐累积,在含氮污废水处理和地下水氮污染修复方面具有潜在工程应用价值。     

好氧反硝化脱氮气态中间产物的研究分析

对好氧反硝化处理硝氮废水产生的中间气态产物进行了研究。结果发现系统的好氧反硝化会产生一定量的中间气态产物NO、N2O,但逸出量相对较少,在进水COD/N=10时,NO逸出0.43mg,占总脱氮量的0.17%,N2O逸出9.17mg,占总脱氮量的3.55%;进水COD/N=20时,NO逸出0.23mg,占总脱氮量的0.05%,N2O为0.78mg,占总脱氮量的0.17%。同时发现碳源是影响好氧反硝化进程的主要因素。     

异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL的脱氮过程及N2O产生特性

由于含氮废水的大量排放,水体富营养化日趋严重,如何高效去除废水中的氮素仍是亟待解决的问题.针对传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、抗冲击能力弱以及释放温室气体N_2O等缺陷,本文基于高效异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL,通过探讨其生理生化特征、异养硝化-好氧反硝化脱氮过程和N_2O产生特性,进一步解析异养硝化脱氮理论.结果表明,菌株YL具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,24 h培养期100 mg·L~(-1)的NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N能够完全去除;异养硝化过程几乎无中间产物生成,但以NO_3~--N作为氮源时,NO_2--N累积量高达25. 55 mg·L~(-1).同时,反硝化功能基因nap A、nir K和nos Z基因的成功表达,进一步证实菌株YL具有好氧反硝化能力.菌株YL异养硝化-好氧反硝化过程气态氮产物约占去除TN的30%～40%,脱氮产物主要为N2,当NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N分别为唯一氮源时,N2生成量分别为3. 46、3. 49和3. 36 mg.相比较,菌株YL脱氮过程仅生成微量的中间产物N_2O,以NH_4~+-N为唯一氮源时的最终生成总量为6. 63μg,低于以NO_2--N和NO_3~--N为唯一氮源时N_2O的生成量.此外,高C/N、低pH、高温以及高NH_4~+-N和NO_2--N环境均会导致N_2O的大量生成,但大多数环境因素对菌株YL的N_2O生成量影响较小,且其最高生成量显著低于短程硝化系统和自养硝化系统.以上研究结果表明菌株YL具有优异的脱氮、N_2O控逸和环境耐受能力,可有效避免水处理过程对大气的二次污染.     

同步硝化反硝化处理氨氮废水过程中气态脱氮产物的研究

采用密闭的间歇式反应器对高质量浓度氨氮废水在同步硝化反硝化(SND)生物脱氮过程中产生的3种氮氧化物气体(NO,NO2和N2O)进行跟踪测试.结果表明,在由反应器排出的气体中,ρ(NO2)不高于实验室背景值,在脱氮产物中可忽略不计,而ρ(NO)和ρ(N2O)要高于背景值10倍以上.对于该脱氮系统,在低ρ(DO)和高pH的条件下产生的N2O相对较少.ρ(DO)为1.5～3.0 mg/L时,以NO和N2O形式脱除的氮分别占脱氮总量的0.58%和6.53%;ρ(DO) 为2.5～4.0 mg/L时,分别为0.48%和39.34%.此外,还分析了可实施的N2O控逸途径.      

2株异养硝化-好氧反硝化菌的分离及脱氮特性

作者从活性污泥中筛选得到2株具有异养硝化-好氧反硝化能力的菌株S4和S9,经鉴定分别为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)。在单菌株异养硝化、好氧反硝化性能探究的基础上进行菌株复配,考察复合菌同步硝化反硝化性能及不同环境因素对其脱氮效果的影响。结果表明:S4和S9最大氨氧化速率分别为6.5和6.82 mg/(L·h);好氧条件下,NO_3~--N去除率达91.7%和96.1%,NO_2~--N去除率为73.4%和86.23%。S4、S9按1∶2进行复配,脱氮效果最佳,TN去除率达92.69%;混合氮源中,菌株更倾向于利用NH_4~+-N。单因素实验中,转速180 r/min,C/N为15,复合菌具有最佳脱氮效果,NH4+-N浓度为100～200 mg/L时氮去除效率最高,这与利用Haldane模型拟合得到的最佳底物浓度167.13 mg/L相一致。     

一株产生低水平量N_2O的好氧反硝化菌

在装液量为2.5L发酵罐中对一株高效好氧反硝化菌Delftia tsuruhatensis设计三因素二水平L(423)的正交实验,对其进行N2O控逸最优条件的研究,三个因素分别为碳氮比(COD/N)、溶解氧和pH。结果发现,对该菌株N2O气体影响最大的因素为COD/N,其次为DO和pH值。在最优条件(碳源为柠檬酸三钠、COD/N=15、DO=30%饱和溶解氧、pH=7.5)下,该菌产N2O气体总量为0.20mg,N2O-N产量占TIN去除量的0.04%。     

搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响

为揭示搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响,选用经全程和短程反硝化序批式反应器驯化的活性污泥,基于N_2O连续监测技术,研究了搅拌速率分别为200、300和400 r/min时不同进水C/N比条件下异养反硝化过程N_2O的产生特征。研究结果表明,搅拌速率变化对全程反硝化过程和短程反硝化过程N_2O产生的影响结果不尽相同。在全程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率随着搅拌速率的增加而增加;在短程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率不会随着搅拌速率的增加而增加;短程反硝化过程N_2O的产生量和排放量大于全程反硝化过程。在保证混合效果的前提下,异养反硝化过程应在尽可能低的搅拌速率下运行,可以使反硝化过程产生和排放的N_2O量达到最小。     

硝化类型对污水脱氮过程中N2O产生量的影响

采用好氧-缺氧SBR系统,研究实际生活污水脱氮过程中N2O的产生与释放情况,重点考察硝化类型对脱氮过程中N2O产生量的影响.结果表明,实际生活污水脱氮过程中N2O主要产生于硝化阶段,而反硝化阶段有利于降低N2O产生量.硝化类型对脱氮过程中N2O产生量有显著影响.全程硝化和短程硝化过程中N2O-N产生量分别为1.87,0.90mg/L,短程硝化过程中N2O产生量远低于全程硝化过程中N2O产生量.在DO浓度不受限制的情况下,应用实时过程控制,实现短程硝化反硝化,可降低污水脱氮过程中N2O产生量.     

限氧自养亚硝化过程中N_2O的释放特征

实验采用SBR工艺,在限氧曝气条件下,研究自养亚硝化(进水中不含有机碳)过程中N_2O的释放特征。结果表明,在限氧自养亚硝化过程中,不同进水氨氮浓度条件下的溶解氧浓度均为(0.08±0.02)mg/L,氨氧化速率基本不受氨氮浓度变化的影响,即自养亚硝化反应呈零级反应。进水氨氮浓度为60,120,240 mg/L时的N_2O释放总量分别为3.24,8.75,24.59 mg/L,相应的N_2O释放因子依次为0.12、0.17和0.22。限氧曝气条件下,氨氧化菌(AOB)反硝化产生N_2O占主导作用。进水氨氮浓度越高时,亚硝化过程需时越长,后期NO-2-N累积量越大,导致AOB反硝化产生N_2O的速率越大,N_2O释放总量和释放因子(N_2O释放量/NH+4-N去除量)也越大。     

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌(DPB)的驯化培养以及A2N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A2N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O(厌氧,好氧)后A/A(厌氧,缺氧)的方式运行.32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功.氨氮去除率稳定在99%以上.然后.A2N系统连续运行,11d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为O,硝态氮为10.26 mg/L,出水COD为19.56 mg/L,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A:N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

响应面优化好氧反硝化菌的硝化影响因子

异养硝化-好氧反硝化菌是一种新型生物脱氮菌,筛选出脱氮效率高的菌株并对其硝化条件进行优化具有重要意义。从实验室筛选出的异养脱氮菌XH02出发,通过生理生化及分子生物学方法对其鉴定,结果表明,高效脱氮菌株XH02与人苍白杆菌Ochrobactrum anthropi的ATCC 49188序列同源性最高,初步鉴定为人苍白杆菌;利用响应面法对温度、转速、碳氮比(C/N)和初始p H值4个异养硝化影响因子进行优化,得到在10%接种量下XH02菌最佳硝化条件,即温度34℃,转速125 r/min,C/N 7.5,初始pH 7.5;该条件下,在24 h时氨氮去除率可达82.4%。通过3次平行试验验证表明,在4个环境影响因子优化后的条件下,该菌对氨氮的去除率为82.2%,与预测值相对误差为0.3%,表明模型模拟效果良好。文章对具有异养硝化好氧反硝化功能的Ochrobactrum anthropi菌用于生物脱氮的工程实践提供参考。     

异养硝化-好氧反硝化菌YL的脱氮特性

针对传统自养硝化-厌氧反硝化工艺流程长、脱氮效率低的问题,从驯化成熟且具有高效同步硝化反硝化作用的SBR反应器中筛得1株异养硝化菌YL,经鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),并通过单因子试验和正交试验对其异养硝化和好氧反硝化特性进行了研究.结果表明,菌株YL进行氨氧化作用的最适条件为:碳源为琥珀酸钠、C/N为10、p H为7.0、温度为30℃、转速为160~200 r·min-1,此时氨氧化速率为5.05 mg·(g·h)-1,TOC转化速率为45.95 mg·(g·h)-1,氨氮和TOC去除率分别为100%和90.8%;菌株YL还能够利用亚硝酸盐、硝酸盐和羟胺进行生长代谢,去除率分别为92.7%、93.6%和94.8%;影响菌株YL好氧反硝化性能最主要的因素为C/N,在最优条件(C/N=10,T=30℃,r=200 r·min-1,p H=7)下,硝氮去除率为94.6%,总氮去除率76.3%.表明菌株YL能够独立快速高效地完成异养硝化和好氧反硝化脱氮过程.     

温度对颗粒污泥脱氮过程中N2O产生量的影响

采用好氧-缺氧SBR系统,考察了温度快速变化对亚硝化型颗粒污泥脱氮过程中N2O的释放量和脱氮效果的影响.结果表明,进水氨氮浓度相同的条件下,体系温度从31℃分别快速降至27℃和23℃,N2O产生量由0.706mg/L分别降至0.565mg/L和0.268mg/L,与此同时,氨氮去除率也从96.74%分别降至91.37%和70.73%.在3个温度条件下,颗粒污泥系统的好氧硝化阶段和缺氧反硝化阶段均有N2O产生,且大量N2O产生在好氧阶段.好氧阶段31℃N2O产生量是27℃N2O产生量的1.26倍,是23℃的2.97倍;缺氧阶段N2O的产生量在3个温度条件下差异不大,介于0.050~0.060mg/L之间.     

污水短程硝化反硝化和同步硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略

采用SBR反应器考察了短程硝化反硝化和同步硝化反硝化脱氮过程中N_2O的释放.通过实时控制策略实现了短程硝化反硝化生物脱氮,亚硝化率可维持在90%以上.在溶解氧水平为0.5、 1.0、 1.5和2.0 mg/L条件下,考察N_2O的释放和亚硝化率的变化情况.结果表明,溶解氧1.5 mg/L时最有利于维持稳定的亚硝化率,同时N_2O逸出量最小,每去除1 g氨氮释放N_2O 0.06 g;在碳纤维填料SBR反应器中,通过维持较低溶解氧水平和分段投加碳源的运行方式成功实现了同步硝化反硝化,同步硝化反硝化率在79%以上.在溶解氧水平为0.2、 0.4、 1.0和1.5 mg/L时,考察N_2O的逸出情况.结果表明,溶解氧在1.0 mg/L时最有利于控制N2O的释放,每去除1g氨氮释放N2O 0.021 g,其N_2O释放量仅为短程硝化反硝化的1/3.     

拉乌尔菌sari01的分离及其异养硝化好氧反硝化特性

拉乌尔菌属是肠杆菌科中新分类的一个属,具有降解多种环境污染物的能力.本研究通过异养硝化培养基富集,从活性污泥中筛选出1株拉乌尔菌,命名为sari01.通过单因素和响应曲面实验研究,得出菌株sari01硝化作用的最适条件:碳源为柠檬酸钠、pH为7.0~7.5、温度为30℃、C/N为15、接种量为7.5%、溶氧以装液量计取50 mL,此时氨氮去除率可达99.9%,其中33.7%被转化成气体而去除,剩余部分转化为细胞生物量.菌株sari01能够利用亚硝酸盐和硝酸盐为唯一氮源进行生长,在优化培养条件下氮的去除率分别为98.4%和65.2%.说明菌株sari01具有很强的异养硝化和好氧反硝化特性,能够独立完成异养硝化和好氧反硝化脱氮过程,在污水处理中具有潜在的应用价值.