一株异养硝化-好氧反硝化菌Bacillus flexus X1-L的分离鉴定及效能研究

近年来,随着中国经济的快速发展,水体中氨氮超标问题已严重影响到人类身体健康和生态环境平衡,有效去除水体中的氨氮已成为人们研究的热点.在传统污水生物脱氮处理中,常采用微生物的硝化、反硝化作用去除污水中的氮素,从而降低对环境的污染.本文从活性污泥反应器中分离出一株异养硝化-好氧反硝化菌株,并命名为X1-L.菌体经形态学观察、生理生化测定及16S rRNA基因序列分析,确定属于芽孢杆菌属（Bacillus sp.）,Genbank登录号为MT457091,并利用MEGA7.0软件建立了相应的系统发育树.在以NH₄⁺-N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长较好,COD去除率为96.4%,氨氮去除率达到99.6%,经硝化作用去除的氮有43.7%,证明菌株X1-L具有异养硝化能力.在以NO₂^--N或NO₃^--N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长也较好,COD去除率分别为95.3%和96.4%,NO₂^--N和NO₃^--N去除率分别为95.5%和96.5%,经反硝化作用去除的氮分别有67.7%和68.2%,证明菌株X1-L具有好氧反硝化能力.     

补充碳源提取液对人工湿地脱氮作用的影响

为了提高人工湿地的脱氮效率,在不同条件下分别对美人蕉、香蒲及稻杆进行稀硫酸水解,以获得相应碳源提取液.正交实验表明,稀硫酸浓度的提高和水解时间的增加都会导致碳源释碳能力的提高,稻杆在5%稀硫酸溶液中水解30 min以上,释碳能力最高.通过观察,前2 d是系统脱氮反应高峰时段.对以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源的脱氮过程,随C/N比升高,NO₃^--N和TN去除率增长明显;而NH₄⁺-N受溶解氧制约,去除有限;随C/N比升高,碳源对系统溶解氧的竞争会进一步抑制硝化反应的彻底进行.而对以NO₃^--N为氮源的反硝化过程,补充碳源对TN和NO₃^--N的去除有明显作用;TN去除率由54%提高到95%,NO₃^--N去除率由48%提高到96%;中间产物NO₂^--N的积累与NO₃^--N去除率有关;当NO₃^--N去除率较高时,NO₂^--N无积累.此外,基质反硝化强度也随C/N比升高呈上升趋势,湿地填料细沙层的反硝化强度略高于碎石层.     

高效异养硝化-好氧反硝化菌Glutamicibacter sp.WS1低温下对多种氮源的脱氮特性及氮代谢机制

针对污水处理厂冬季生物脱氮效率低、出水水质不达标的问题,从活性污泥中分离出1株耐低温异养硝化-好氧反硝化菌株Glutamicibacter sp.WS1.采用PCR技术扩增该菌株的脱氮功能基因,研究其对不同氮源的低温脱氮效能,通过单因素实验探究环境因子对其低温好氧反硝化性能的影响,并利用氮平衡解析其氮代谢路径.结果表明,菌株WS1含有氮代谢相关的功能基因amoA、napA、nirS和nirK;在15℃低温条件下,菌株WS1在以NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N+NO₃^--N和NH₄⁺-N+NO₃^--N为氮源时,对各无机氮的去除率分别为100%、98.10%、99.87%+100%和100%+94.92%;菌株WS1的最佳反硝化条件：柠檬酸钠为碳源、C/N为16、pH为8、ρ（DO）为4.5~6.8 mg ·L^-1和温度为30℃;在低温（15℃）和低C/N （10）条件下,菌株WS1对NO₃^--N的去除率达到92.50%;异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化和同化作用是菌株WS1去除不同氮源底物的主要途径,其中大部分的无机氮（47%~56%）通过异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化作用转化为了气态氮.菌株WS1在低温污水脱氮领域具有广阔的应用前景.     

有机碳源条件下厌氧氨氧化ASBR反应器中的主要反应

采用5个已稳定运行在厌氧氨氧化状态的ASBR反应器,通过COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、pH等指标的监测和好氧硝化菌、异养反硝化菌的测定,研究了不同有机碳源条件下反应器中发生的主要反应.结果表明,反应器中存在好氧硝化菌、异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌.在COD、氨氮、亚硝酸盐氮等存在条件下,可发生好氧硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化反应,先是好氧硝化反应、厌氧氨氧化反应和异养反硝化反应共存,其后依次是异养反硝化反应和厌氧氨氧化反应占主导地位.当C/NO₂^--N在1.7～1.9范围内时,C/NH₄⁺-N为1.7的1号反应器具有最佳的厌氧氨氧化效果,反应结束时其COD去除率、NH₄⁺-N去除率、NO₂^--N去除率分别为100%、81.7%和74.4%.     

异养硝化细菌Acinetobacter junii WZ17的脱氮特性及动力学研究

异养硝化-好氧反硝化细菌Acinetobacter junii WZ17脱氮效果良好,为确定其脱氮特性及动力学过程,利用“样条插值法”研究了菌株生长阶段,并采用Logistic模型和修正的Gompertz模型对菌株生长及氮素去除过程进行拟合,结合反硝化过程中间产物,分析菌株脱氮途径.结果显示,菌株WZ17以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N唯一氮源时,生长适应期分别为2.89、3.13和3.13 h,最大去除速率分别为8.47、5.76和5.18 mg·L^-1·h^-1,生长和底物去除过程分别符合Logistic模型（R²>0.9）和修正的Gompertz模型（R²>0.9）.硝化过程中,NO₃^--N和NO₂^--N的积累量仅为0.13和0.14 mg·L^-1,反硝化过程中,NO₂^--N的积累量为1.55 mg·L^-1.“样条插值法”的运用可以准确地划分菌株WZ17的生长阶段,菌株WZ17对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N均具有较好的去除效果,反硝化途径为NO₃^--N→NO₂^--N→N_xO_y.     

异养硝化-好氧反硝化菌株的分离筛选及复配菌剂对河水的净化效果

从天然河水中富集分离出8株异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌株.将单菌株根据其自身的种属类别及脱氮性能复配成5种由不同菌株构成的菌剂,优选出脱氮效果最佳的复配菌剂-2,其包括6株菌株,分别为Pseudomonas stutzeri MR1,Pseudomonas sp. MR2,Pseudomonas sp. MR3,Pseudomonas balearica MR4,Klebsiella variicola MR6和Catellibacterium terrae MR8.将复配菌剂-2投加至COD_Cr/TN比分别为20和5的河水中,其对NO₃^--N的去除率分别为87.1%和97.5%,期间无NO₂^--N积累;对NH₄⁺-N去除效果在第1 d分别达到96.6%和57.6%.复配菌剂可以获得对河水较高的反硝化脱氮效率,并可以强化河水中NH₄⁺-N的去除,对实际河水的脱氮净化具有较强的应用潜能.     

生活污水常温处理系统中AOB与NOB竞争优势的调控

常温（19℃±1℃）条件下,采用SBR工艺处理低碳氮比（C/N）实际生活污水,研究氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）竞争优势的调控,在接种全程硝化污泥的系统中使AOB成为优势菌群,启动并维持常温短程硝化.通过控制曝气量为40 L/h使系统溶解氧处于较低水平（DO_average<1.0 mg/L）,同时结合好氧硝化时间的优化控制,即在pH值“氨谷"点前及时停止曝气的短周期定时控制,强化AOB的竞争优势.待AOB的竞争优势初步形成后（亚硝酸盐积累率NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N达到50％）,每周期曝气时间随着NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N的提高由3 h逐步延长至4 h、 5 h,从而提高NH⁺₄-N去除率,进一步增强AOB在系统中的竞争优势,短程硝化成功启动,NO^-2-Ｎ/NO^-_x-N稳定在95%以上.FISH检测结果表明AOB大约占总菌群的9.97％.在线控制好氧硝化时间可以很好地维持短程硝化效果,NH⁺₄-N去除率达到97%以上.研究还表明,对于全程硝化污泥常温下如果不限制溶解氧,单纯依靠短周期定时控制无法使AOB成为优势硝化菌群.     

菌株ZD8的分离鉴定及其异养硝化和缺氧/好氧反硝化特性研究

从稳定运行的ASBR厌氧氨氧化反应器中分离筛选出一株在缺氧和好氧条件下均具有高效反硝化能力的菌株ZD8,该菌株为假单胞属(Pseudomonas sp.),大小2 μm×0.25 μm,无鞭毛和芽孢.实验结果表明,缺氧条件下,ZD8最适合的碳源为柠檬酸钠;当C/N为10时,具有最佳的反硝化效果.菌株ZD8在缺氧条件下不具有硝化能力.在好氧条件下菌株ZD8获得最佳反硝化效果的C/N为22,最适合pH范围是7.2~9.9.菌株ZD8在好氧条件下具有高效的异养硝化能力,NH₄⁺-N平均去除速率为8.3 mg·L^-1·h^-1.当以KNO₃为氮源时ZD8的反硝化速率为13.1 mg·L^-1·h^-1;而以NaNO₂为氮源时,其反硝化速率为6.98 mg·L^-1·h^-1.在同时存在NH₄⁺-N和NO₃^--N或NH₄⁺-N和NO₂^--N的系统中,菌株ZD8均首先利用NH₄⁺-N发生硝化作用,NH₄⁺-N的存在对反硝化具有抑制作用,并且NH₄⁺-N对NO₂^--N的反硝化抑制作用更强;在同时存在NO₃^--N和NO₂^--N的系统中,菌株ZD8优先利用NO₃^--N进行好氧反硝化脱氮.     

BACF处理高氨氮进水的硝化与反硝化作用

采用生物活性炭滤池(BACF)深度处理高NH₄⁺-N微污染水源水.结果表明,BACF对NH₄⁺-N的去除率与进水NH₄⁺-N浓度有关,当进水NH₄⁺-N<1.0mg/L时,去除率达95%以上;当进水NH₄⁺-N较高(1.5～4.9mg/L范围)、进水DO≤10mg/L时,去除率随进水浓度的增加而下降,最低降到30%左右.限制生物活性炭滤池硝化作用的主要因素是进水的DO,由于硝化菌与异养菌的共同竞争,在滤床0.4m深度内DO被消耗殆尽,出水DO基本为0(小于0.2mg/L),滤床被自然分成好氧区与缺氧区,在好氧区发生硝化与有机物的降解反应,在缺氧区则发生反硝化反应,由于碳源受限,反硝化反应进行得不彻底,造成滤池出水NO₂^--N升高.在缺氧区内除存在反硝化菌外,还存在好氧的硝化菌与异养菌.     

不同氮源和曝气方式对淡水藻类生长的影响

利用水族箱微宇宙研究了2种氮源水体中不同曝气条件对藻类生长的影响.试验使用铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)作为氮源,每种氮源水体分别设置不曝气、连续曝气、昼间曝气和夜间曝气4个处理.结果显示:试验初期以NH₄⁺-N为主要氮源的水体中藻类生长明显好于以NO₃^--N为主要氮源的水体.试验后期则以NO₃^--N为主要氮源的藻类生长情况更好.连续曝气对于2种氮源水体中藻类生长有着不同的影响;昼间曝气对2种氮源的藻类生长影响不大;而夜间曝气对藻类生长有明显的抑制作用.NH₄⁺-N含量较高的水体中蓝藻容易成为优势种,而NO₃^--N含量高的水体中则以绿藻为主.不同曝气条件下藻类优势种没有明显差别.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

分段进水两级A/O工艺对白酒废水的强化处理效果

为有效控制白酒废水中高质量浓度NH₄+-N对A/O系统冲击引起的出水水质超标问题,分析比较单级A/O工艺和分段进水两级A/O工艺[进水时间（以min计）分配比为7:3]对白酒废水的处理效果.结果表明:与单级A/O工艺相比,分段进水两级A/O工艺出水中ρ（NH₄+-N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NO₃--N）和ρ（COD_Cr）均显著降低,其平均去除率分别提高了16.9%、43.2%、49.7%和8%.分段进水两级A/O工艺的二次进水能够为短程硝化反硝化的进行提供有效碳源和NH₄+-N等,为NO₂--N和NO₃--N等去除提供了有利条件;同时,它通过促进对系统内碳源的利用以及NO₂--N的去除,进一步降低了出水中ρ（COD_Cr）.此外,分段进水两级A/O工艺通过降低NH₄+-N和NO₂--N等污染物质量浓度,也能有效减弱其对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物的抑制作用,为后续好氧阶段含氮污染物的去除奠定基础.但是,分段进水两级A/O工艺对白酒废水中PO₄3-的去除效果有限,这主要是因为第二阶段的NO₂--N存在使反应系统处于缺氧环境,同时在碳源不充足的情况下,导致聚磷微生物释磷不充分,降低了第二好氧段的吸磷动力.研究显示,分段进水两级A/O工艺能够有效强化白酒废水中三态氮和COD_Cr的降解去除.      

亚热带农区生态沟渠对农业径流中氮素迁移拦截效应研究

以我国亚热带农业面源污染防控工程——生态沟渠为研究对象,在2013~2014年对其径流量和每月进出口水质中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的质量浓度进行监测,通过分析生态沟渠在不同时间段对不同形态氮素的去除差异,探讨了生态沟渠对面源污染中氮素迁移的拦截效应.结果表明,2 a内生态沟渠对NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN的平均去除率分别为77.8%、58.3%和48.7%;拦截量分别为38.4、59.6和171.1 kg·a~(-1);进水中无机态氮NO~-_3-N和NH~+_4-N之和占TN质量分数的平均值为47.5%,出水中平均值为33.6%,比进水显著降低(P0.01).2014年生态沟渠中水生植物全部改种为绿狐尾藻后,对NO~-_3-N和TN的拦截率比2013年分别增加了30.5%和18.2%,表明种植绿狐尾藻进一步提升了生态沟渠对氮素的拦截能力.可见,生态沟渠对农区地表径流中氮素迁移有较好的拦截作用,可作为一项重要的农业面源氮污染防控技术.     

典型滨海湿地干湿交替过程氮素动态的模拟研究

滨海湿地是海陆相互作用的交错过渡地带,具有敏感而复杂的环境过程与功能价值.以典型滨海湿地崇明东滩为原型,采集湿地沉积物及海水样品,通过土柱模拟方法,研究了半月潮(15 d左右为周期的"大潮")与日潮(一个太阴日内出现的涨潮和落潮)水分生态过程沉积物NO3--N、NO2--N、NH4+-N与溶解性有机氮(DON)含量以及硝酸还原酶(Nar),亚硝酸还原酶(Nir),羟胺还原酶(Hyr)活性等的变化,旨为揭示滨海湿地潮汐驱动下沉积物周期性干湿交替过程氮素动态变化规律及还原机制.半月潮过程中,沉积物变干期间(含水量从35%降至5%～7%),硝化作用占主导地位.随着干燥程度的加剧(含水量从5%～7%降至0%～3%),沉积物中数量可观的NO3--N和NO2--N转化为DON.然而,随着干湿交替频次的增加,NO3--N和NO2--N向DON的转化率显著降低.干燥沉积物淹水变湿后(含水量从0%～3%升至37%～45%),NO3--N、NO2--N、NH4+-N与DON含量平均增加1～3倍.淹水后Nar、Nir活性的迅速升高表明,NO3--N和NO2--N的还原明显改善.3个培养周期沉积物Nar与Nir活性、Hyr活性与NH4+-N含量之间呈现极显著的正相关性,NO3--N、NO2--N含量的减少与NH4+-N含量的增加也显著相关.结合湿地沉积物干湿交替过程"低氮高碳"特征,可以认为,氨化途径主导了半月潮过程NO3--N的还原.相比较而言,日潮过程中,NO3--N、NO2--N、NH4+-N以及DON的含量均较为稳定,分别为(3.0±0.3)、(1.2±0.1)、(133.3±4.3)和(41.1±10.6)mg·kg-1.因此,日潮过程对沉积物氮素动态变化的影响较小.     

海水异养硝化-好氧反硝化芽孢杆菌SLWX2的筛选及脱氮特性

从分离自刺参养殖环境的7株候选菌株中筛选出1株具有较强异养硝化和好氧反硝化能力的菌株SLWX_2,通过形态学特征、生理生化特性和16S rRNA基因测序分析鉴定其为花津滩芽孢杆菌(Bacillus hwajinpoensis).该菌株脱氮特性研究结果表明,SLWX_224 h对氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮的去除率分别达到100%、99.5%和85.6%;当3种无机氮源同时存在时,菌株优先利用氨氮,再利用NO_2~--N和NO_3~--N,72 h 3种无机氮的质量浓度均降至0.013 mg·L~(-1)以下,表明该菌株能同时进行异养硝化和好氧反硝化完成脱氮;在氨氮负荷500 mg·L~(-1)、亚硝酸氮负荷100 mg·L·~(-1)和硝酸氮负荷200 mg·L~(-1)范围内,该菌的脱氮能力不受明显抑制,对3种形态的氮均有良好去除效果,96 h最多可去除180 mg NH_4~+-N、30 mg NO_2~--N和120 mg NO_3~--N,并且在硝化过程中没有亚硝酸氮积累.该菌株在海水养殖和高盐高氮工业废水的脱氮处理方面具有更大潜力.     

循环流廊道湿地中氮归趋过程模拟研究

针对新型高效脱氮循环流廊道(CFC)湿地,构建了涵盖6种氮形态、3类介质、10种代谢途径的N循环模型,探索了湿地内N迁移转化模式.结果表明,沸石吸附(53.3%)、植物吸收NH+4-N(27.6%)、NO-3-N反硝化(10.2%)、植物吸收NO-3-N(2.9%)和NO-2-N短程反硝化(1.5%)对TN去除贡献依次降低.NH+4-N去除机制存在季节差异,其中1月NH+4-N主要通过沸石吸附去除(84.5%);4~6月通过植物吸收去除(76.4%~85.3%);7月通过沸石吸附(36.1%)、亚硝化(45.8%)及植物吸收(21.4%)共同去除.此外,定期收获植物、按期再生沸石及种植水生植物可分别提升TN去除率1.7%~7.7%、43.1%~72.2%和19.8%~36.2%.综之,CFC湿地去除途径多样性保障了TN的长期高效去除.     

蠡河底泥中反硝化复合菌群富集及菌群结构研究

从无锡市滨湖区蠡河底泥中富集培养反硝化复合菌群,研究其在不同富集培养阶段TN、NO-3-N、NO-2-N、NH+4-N和COD动态变化,分析反硝化过程中气体释放总量、释放速率和成分,通过构建全长16S r DNA克隆文库研究其菌落结构.结果表明,反硝化复合菌群富集在阶段4时脱氮效果最佳,仅在9 h内,330 mg·L-1的TN负荷下,TN去除率达90.9%,NO-3-N去除率达100%,中间产物NO-2-N和NH+4-N积累量最少,分别为3.39 mg·L-1和16.64 mg·L-1,COD去除率达85%;释放气体260m L,气体主要成分为N2,同时还有少量的CH4和CO2等.富集培养反硝化复合菌群细菌属于Pseudomonadaceae科和Rhodocyclaceae科,为Proteobacteria门,OUT丰度分别为57.8%和31.6%,Pseudomonadaceae科是优势类群.