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     

不同进水有机物浓度下移动床生物膜反应器(SBMBBR)脱氮除磷特性

考察了不同进水有机物浓度下厌氧/好氧序批式移动床生物膜反应器（SBMBBR）污染物去除特性,实验结果表明,SBMBBR能够实现低碳源污水中氮和磷的同步去除,在进水TN和TP浓度分别为116.7 mg.L-1和11.5 mg.L-1、COD浓度为456 mg.L-1的条件下,TN和TP去除率分别达到94.3%和92.2%以上.反应器除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程实现的,脱氮主要是基于好氧段发生的同时硝化反硝化（SND）作用而完成.由于生物膜内部存在的DO扩散梯度,在好氧阶段混合液DO浓度不断提高的条件下反应器内具有良好SND反应的发生.进水COD浓度由149 mg.L-1提高至456 mg.L-1的过程中,反应器硝化效果不变,反硝化和除磷效果改善.反应器在好氧阶段pH值基本维持在7.0—7.1之间,为各类菌群的生长创造了条件.碱度变化较pH值更能反映硝化和反硝化反应发生的程度.反应器中微生物相丰富,生物膜以丝状菌为骨架,其上附着大量的球状菌和杆状菌,而悬浮活性污泥中丝状菌较少,形成了由细菌、真菌到原生动物和后生动物的复杂的生态体系,为系统取得稳定的污水处理效果提供了有效的保证.     

硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的培养和驯化

为了提高硫自养高氯酸盐和硝酸盐的还原效率,进行了以单质硫(S0)和好氧污泥分别作为电子供体和接种污泥培养驯化硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的过程研究.结果显示,在厌氧条件下采用间歇周期运行的培养方式,高氯酸盐和硝酸盐的初始浓度分别从80 mg/L和40 mg/L逐渐增加到240 mg/L和120 mg/L时,去除率达到99%以上的周期随培养驯化时间的增加而逐渐缩短,从最初的7 d稳定在4 d,高氯酸盐和硝酸盐最终分别被还原为Cl-和N2.由于S0的歧化反应,SO42-的实际产生量高于理论产生量.培养驯化过程中pH在6.5-7.3范围内变化,适合硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌生长、发育和繁殖的条件.PCR-DGGE图谱分析表明随着培养和驯化时间的增加微生物种群数量逐渐减少,污泥微生物群落能够迅速进行优胜劣汰,达到适应环境的目的.培养驯化末期的污泥中β变形杆菌纲处于优势地位,是硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的主要组成部分.因此,经培养驯化的微生物菌群具有较高的高氯酸盐和硝酸盐还原能力,本研究可为水中高氯酸盐和硝酸盐净化技术提供一定的理论依据和技术支持.     

强化生物除磷系统的微生物学及生化特性研究进展

综述了强化生物除磷(Enhanced biological phosphorus removal,EBPR)系统的微生物学和生化特性两方面的最新研究进展.在微生物学方面,归纳了EBPR系统中的主要微生物——聚磷菌、聚糖菌、反硝化聚磷菌的分类及相互之间的竞争和联系.具有聚磷功能的微生物种类繁多,目前普遍认为Accumulibacter是一种典型的聚磷菌,在各种规模的EBPR系统中均不同程度的存在.关于聚磷菌和聚糖菌的联系、反硝化聚磷菌的分类问题存在争论.在生化特性方面,归纳了聚磷菌体内三大聚合物——糖原、聚β-羟基烷酸脂和聚合磷酸盐与聚磷菌代谢功能的关系.聚磷菌厌氧阶段的还原力由糖酵解和有机底物TCA循环共同提供,其比例受种群结构和实验条件影响.糖原根据不同菌株厌氧阶段的降解途径有所不同,但是对细胞都起到调节氧化平衡的作用.聚β-羟基烷酸脂的组成由有机底物决定,丙酸为底物时4种单体均可检测出来.聚磷菌厌氧释磷的能量来自聚磷分解和糖原分解,耗能受环境条件影响.图5表3参37     

生物除硫理论与技术研究进展

现今含硫废水、废气的处理并没有得到应有的重视,使得技术发展缓慢。以往通常采用物化方法,这种处理方式不仅投资量大,而且对含硫有害物质的去除并不彻底,而生物方法与物化方法相比,在投资和环保效益方面都有相当积极的作用。文章从硫的生物循环入手,分别介绍了生物除硫的机理和影响因素;描述了下水道中的生物硫循环,提出抑制其中H2S气体释放的经验模型及具体措施。在对厌氧消化系统中硫酸盐还原菌的研究中发现:ρ(COD)/ρ(SO42-)比、碳源、pH值等各影响因素相互作用,共同决定厌氧消化系统中硫酸盐还原菌、产甲烷菌和产酸菌三者之间的抑制及共生关系;无论三者之间的关系如何变化,只要底物中含有一定量的硫酸根,它们必然共同存在于厌氧系统中,并产生硫化氢气体,造成污染。在反硫化细菌的研究中得出:当污水中同时含有硫化物和硝酸根,缺氧条件下,必然产生反硝化除硫的生物代谢过程。利用这一过程,不但能够在无需碳源的条件下有效去除硝酸根,节约的碳源可以用于消化产能;而且能够减少游离硫化氢的排放,或直接以含硫化氢的废气作为硫源。而抑制下水道中硫化氢气体释放的主要手段包括:降低水的紊流程度,增加入流污水的碱度,向下水道内充氧,改善通风环境。文章最后结合理论,介绍了部分用于含硫污水、尾气的生物除硫工艺,并提出了日后的研究方向。     

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-.     

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.     

生物电化学脱氮技术研究进展北大核心CSCD

生物电化学系统（BES）因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点. 对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH3/NH4^＋的跨膜转移、氨气逃逸等. 总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门（Proteobacteria）;硝化细菌主要是亚硝化菌属（Nitrosomonas）和硝化杆菌属（Nitrobacter）;在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象. 最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的. 基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物（NO2^- -N、N2O）的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向. （图3 表2 参66）     

好氧反硝化菌种DF2的分离鉴定及生理生化特性分析

分离了新型的高效反硝化细菌并研究其生物脱氮效率。通过观察形态学、生理生化鉴定和16SrRNA基因同源分析来鉴定菌种,致力于研究微生物污水脱氮处理的实际效果和克服反硝化过程中有害中间产物的积累。利用BTB培养基从水平潜流人工湿地基质中初步筛选出了9株平板阳性菌,革兰阴阳性均有。经试验研究发现该9种菌株在好氧条件下均具有一定的脱氮能力,其中以DF2和DF3 2种菌株脱氮能力最为显著,在3 d时间内NOX--N去除率达到了95%以上,NO2--N仅有微量积累;而其它7种菌株对NO3--N的去除率可以达到98%以上,但是NO2--N积累比较严重,积累量达到了NO3--N去除的50%~70%左右。经测序分析鉴定DF2和DF3分别属于德克斯氏菌属(Derxia)和假单胞菌属(Pseudomonadaceae)。德克斯氏菌属作为除氮的反硝化菌属在以往的研究中鲜有报道,该菌在好氧条件下可以合成周质NAR的亚基基因(napA)。     

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。     

集约化蔬菜种植区地下水中反硝化细菌的分离鉴定

从研究我国典型集约化蔬菜种植区地下水中硝酸盐的来源和浓度人手,进行富集、培养、分离、纯化,筛选出一株具有反硝化作用的菌株,通过形态学、革兰氏染色结合16SrDNA序列同源性分析鉴定,其鉴定结果为农杆菌(Agrobacterium sp.).该研究为开展地下水硝酸盐污染的生物修复储备宝贵的菌种资源,为地下水中硝酸盐污染的原位微生物修复和相关污水的生物处理提供微牛物基础,对于经济、有效的解决地下水硝酸盐污染和水资源短缺的问题有着十分重要的意义.     

厌氧除磷同步脱氮及影响因素研究

采用鸡粪污泥为种泥,在厌氧混合连续流反应装置内进行厌氧还原磷产生磷化氧功能菌的富集,进行硝酸盐、硫酸盐、不同碳源和氮源条件下厌氧除磷效率的研究,并考察磷化氧的生成与硝酸、总磷、氨氮去除的关系.结果表明,(1)SO_4~(2-)-S适宜的投加量为26 mg·L~(-1),不投加NO_3~--N.水中含有氧化态的无机物在厌氧条件下与磷争夺[H]导致厌氧除磷的效率下降.(2)合适的碳源为葡萄糖1 000 mg·L~(-1),纤维素不适合作为碳源,合适的氮源为蛋白胨500 mg·L~(-1),水中含有的还原糖和有机氮源促进磷化氧的生成.(3)pH值控制在6.5～7.0的范围,最适宜的生长温度在35℃左右.(4)氨氮的去除率随着总磷的去除率而增加,在厌氧条件下可达到同时脱氮除磷的效果.磷的去除由厌氧除磷菌还原磷生成磷化氧完成,氨氮由生成氮气或生成蛋白质来去除.     

一株好氧反硝化菌的分离鉴定及其混合应用特性研究

采用溴百里酚(BTB)鉴定培养基和稀释平板法从南京市某市政污水处理厂曝气池污水样本中分离筛选得到1株好氧反硝化细菌,经16S rDNA序列同源性比较和系统发育分析初步鉴定为反硝化产碱杆菌(Alcaligenes denitrificans),并将其命名为菌株BMB-N6.研究了菌株BMB-N6在不同浓度亚硝态氮条件下的反硝化能力,运用正交试验设计探讨了该菌株最适的好氧反硝化条件,并且在实验室和大田条件下分别考察了菌株BMB-N6与蛋白质降解菌BMB-LA和氨氮脱除菌BMB-HKF复配形成的混合菌制剂的反硝化能力.结果表明,菌株BMB-N6在8 h内对亚硝态氮的去除率可达94%,其最适亚硝态氮去除条件为摇床转速50 r·min-1,C/N比值4,pH 6,温度35 ℃.在实验室条件下以菌株BMB-N6为基础制成的混合菌制剂在12 h内可去除90%的亚硝态氮,在大田应用中7 d内可去除80%的亚硝态氮.     

Influence of carbon source and temperature on the denitrifying phosphorus removal process

To supply the valuable operating parameters for the popular usage of the new denitrifying phosphors removal process, it is essential to study the dominant biochemical reactions and the characteristics of denitrifying phosphorus removing bacteria (DPB). Thus, parallel batch experiments using DPB sludge were carried out to assess the effect of substrates (sewage, HAc, and endogenous carbon source) on denitrifying dephosphorus removal efficiency in this study. The results showed that the initial specific phosphorus release rate increased with the high concentration of the short-chain volatile fatty acids ratio in the influent, and sufficient phosphorus was released by DPB. This improved the subsequent denitrification and phosphorus uptake efficiency. The specific endogenous denitrification mainly relies on the internal carbon source (PHB) stored by poly-P bacteria. Denitrifying phosphorus removing bacteria were very hungry when the internal PHB was consumed. Consequently, the specific endogenous denitrification rate was low and the phosphorus uptake did not happen. On the other hand, in the experiment, the denitrifying phosphorus removal performance under two temperature conditions (8–10°C and 25–26°C) was also investigated and analyzed. It was found that the lower temperature decreased the specific phosphorus release and uptake rate, but did not inhibit the denitrifying phosphorus removal completely. Therefore, the negative influence of the low temperature on the overall phosphorus removal was not significant.     

生物硫铁生成菌的选育及其在重金属废水处理中的应用

为开发高效经济、环境友好的重金属废水处理技术,采用亨盖特(Hungate)厌氧技术分离出一株产生物硫铁复合材料的硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria,SRB),命名为SRB2,并对该菌株进行了生理特性、培养工艺和废水处理研究.菌体杆状稍有弯曲,革兰氏阴性菌,最佳碳源为乳酸钠.pH范围5.0～9.0,最适pH 7.0,最适温度为35℃,培养3 d生物硫铁量和硫化物含量能达最大值,分别为2.85 g L-1、358.048 mg L-1.正交试验结果表明,乳酸钠9.0 g L-1+组合氮源1.5 g L-1+硫酸亚铁10.0 g L-1时生物硫铁产量最高.16S rDNA序列分析表明,菌株与脱硫弧菌属Desulfovibriodesulfuricans strain 734同源性为99%.采用生物硫铁处理重金属Cu2+、Pb2+、Cd2+废水,结果表明生物硫铁能快速处理含Cu2+、Pb2+、Cd2+废水,2 min去除率达99.8%以上.因此,生物硫铁在各类重金属废水处理与重金属废水污染事故应急处理中具有较好的应用前景.     

铬、铜和镍对人工湿地硝化细菌与反硝化细菌群落结构分布的影响

在铬、铜和镍复合污染的3段波形潜流人工湿地中采集0~15 cm土壤样品,分别以单氨加氧酶的编码基因amoA和亚硝酸还原酶的编码基因nirK的部分序列作为硝化细菌和反硝化细菌的指示基因,采用实时聚合酶链式反应（实时PCR）与PCR-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）结合克隆和测序的方法,研究了硝化细菌与反硝化细菌群落结构的空间分布。结果表明,在人工湿地中,amoA和nirK基因丰度均在第3段最高,分别为（8.60×2.75）×106拷贝·g-1和（137.76×42.16）×10^6拷贝·g-1。回收的15个amoA基因序列中有7个属于簇3a,而8个nirK基因序列中有3个属于簇III。相关性分析表明,amoA基因拷贝数与全量铜、全量镍和铬的活化率呈显著负相关（r分别为-0.870、-0.884和-0.898）,但有效铜与amoA香农-维纳指数和辛普森指数之间均呈显著正相关（r分别为0.892和0.940）,铜的活化率与amoA基因均匀度呈显著正相关（r=0.887）;nirK基因拷贝数与全量铜、全量镍和铬的活化率也均呈显著负相关（r分别为-0.818、-0.820和-0.860）,但有效铜与nirK基因均匀度呈显著正相关（r=0.917）。以上结果表明,硝化细菌和反硝化细菌在人工湿地各个阶段的变化规律基本相同,这二者的丰度与多样性指数对重金属污染的反应总体上呈相反的变化。     

Mercury removal from flue gas using nitrate as an electron acceptor in a membrane biofilm reactor

Membrane bioreactor achieved mercury removal using nitrate as an electron acceptor. The biological mercury oxidation increased with the increase of oxygen concentration. Ferrous sulfide could make both Hg²⁺ and MeHg transform into HgS-like substances. Nitrate drives mercury oxidation through katE, katG, nar, nir, nor, and nos. Mercury (Hg⁰) is a hazardous air pollutant for its toxicity, and bioaccumulation. This study reported that membrane biofilm reactor achieved mercury removal from flue gas using nitrate as the electron acceptor. Hg⁰ removal efficiency was up to 88.7% in 280 days of operation. Oxygen content in flue gas affected mercury redox reactions, mercury biooxidation and microbial methylation. The biological mercury oxidation increased with the increase of oxygen concentration (2%‒17%), methylation of mercury reduced with the increase of oxygen concentration. The dominant bacteria at oxygen concentration of 2%, 6%, 17%, 21% were Halomonas, Anaerobacillus, Halomonas and Pseudomonas, respectively. The addition of ferrous sulfide could immobilize Hg²⁺ effectively, and make both Hg²⁺ and MeHg transform into HgS-like substances, which could achieve the inhibition effect of methylation, and promote conversion of mercury. The dominant bacteria changed from Halomonas to Planctopirus after FeS addition. Nitrate drives mercury oxidation through katE, katG, nar, nir, nor, and nos for Hg⁰ removal in flue gas.