单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理

近年来,单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的现象引起了人们的普遍关注,本文对这种现象的微生物学机理及研究现状进行了阐述,主要是儿类细菌的单独脱氮或者它们之间的协同脱氮,包括自养(亚)硝化菌单独脱氮、好氧反硝化菌单独脱氮、(亚)硝化菌和好氧反硝化菌的协同脱氮以及(亚)硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同脱氮.与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比,这些脱氮新途径具有不可比拟的优越性,对于强化污水生物脱氮具有重要意义.图8参53     

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）     

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。     

OLAND生物脱氮系统运行及其硝化菌群的分子生物学检测

采用两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统 (oxygen limitedautotrophicnitrificationanddenitrificationsystem ,以下简称OLAND)处理高氨氮、低COD的废水 .应用内浸式多聚醚砜中空膜 ,实现了污泥的完全截留 ,阻止了生物量的大量洗脱 ,并通过控制溶氧在 0 .1～ 0 .3mgL-1之间 ,实现了硝化阶段出水中氨氮与亚硝态氮浓度的比例达到最适值〔1 (1.2± 0 .2 )〕 ,从而为第二阶段的厌氧氨氧化提供理想的进水 ,进而获得较高的脱氮率 .同时应用荧光原位杂交技术对硝化阶段不同时期硝化菌群的变化进行分子生物学检测 ,揭示了随溶氧浓度的降低 ,氨氧化菌的数量基本保持恒定、亚硝酸氧化菌的数量略有减少的变化规律 ,并且发现 ,在两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统中氨氮的氧化主要是由Nitrosomonassp .完成 ,亚硝酸的氧化主要由Nitrobactersp .完成 .图 4表 2参 2 2     

好氧颗粒污泥工艺强化脱氮研究进展

好氧颗粒污泥是微生物通过自凝聚作用形成的一种特殊的生物聚集体,具有结构致密、沉降性能优异、抗冲击负荷能力强、多功能微生物分区定殖等特点,其在废水强化脱氮除磷与难降解有机物去除方面具有明显的技术优势.针对目前工业和养殖废水及城镇生活污水等碳氮比低、处理出水总氮达标压力大等突出问题,综述基于好氧颗粒污泥的全自养、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、异养硝化-好氧反硝化等强化脱氮工艺,介绍其脱氮机制及技术优势,阐明不同好氧颗粒污泥脱氮工艺的特点与颗粒污泥特性,同时总结各种工艺的启动条件及富集相应功能菌的好氧颗粒污泥的形成因素,评估不同工艺应用于实际废水生物处理的可行性.在此基础上进一步分析进水基质组成(不同碳氮比)、运行模式(连续曝气和间歇曝气)、运行条件(溶解氧浓度、温度和pH)等对好氧颗粒污泥工艺强化脱氮性能与稳定运行的影响.最后提出应进一步优化好氧颗粒污泥强化脱氮工艺的运行参数,解析好氧颗粒污泥微生物菌群功能,揭示好氧颗粒污泥形成与结构稳定的微生物学机理.     

新型废水生物脱氮的微生物学研究进展

生物脱氮是含氮废水处理公认的最佳处理方式,随着对生物脱氮微生物学原理研究的不断深入,许多新的生物脱氮特殊菌株或菌群及微生物转化机制不断被发现.本文在传统生物脱氮过程机理上,结合最近国内外生物脱氮的新发现,就短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化的微生物学原理进行了阐述.图1表2参23     

生活污水的好氧反硝化研究

采用强化生物絮凝工艺处理生活污水,试验结果验证了好氧反硝化的存在;好氧反硝化的效率依赖三个因素:溶解氧浓度、絮体大小、有效碳源。低溶解氧质量浓度有利于好氧反硝化脱氮,当ρ(DO)为0.5mg·L-1时,TN去除率达到57.7%。结合理论分析,对好氧反硝化的机理以及影响因素进行了探讨。     

垃圾渗滤液生物脱氮新途径

介绍了垃圾渗滤液的传统脱氮技术，对短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化的研究作了综述和讨论，并分析了这些新技术的特点以及在垃圾渗滤液脱氮方面的研究和应用前景，指出了厌氧氨氧化是垃圾渗滤液生物脱氮可能的有效方法。     

废水生物脱氮中N_2O和NO_x的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程.电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生.NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化,NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制,两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要.所有这些表明,废水生物脱氮的气态中间产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用,甚至必不可少.基于NO2曝气技术和Brocadiaanammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向.图4参35     

固定化反硝化菌在低污染水处理中脱氮性能研究

在面源低污染水的原位修复领域,人工湿地生物脱氮过程受温度、p H波动影响以及NO2--N积累抑制反硝化脱氮效果等问题,因此强化系统脱氮性能在实际工程应用中具有重要意义。固定化微生物技术具有环境变化适应能力以及耐毒害能力强等优点。该研究通过分离筛选高效反硝化菌,对其进行DNA序列分析鉴定及其种属和系统发育地位分析,并以包埋法加以固定,考察固定化反硝化菌在不同温度、p H、DO和C/N下的反硝化性能,分析各因素变化对固定化反硝化菌脱氮效果的影响,探究各影响因素对固定化反硝化菌脱氮性能的作用机理,以期为固定化反硝化菌强化人工湿地脱氮性能提供参考。经反硝化能力测定,筛选得到的高效反硝化菌株对NO3--N、TN的去除率分别为98.83%、98.36%,NO2--N积累量仅为0.28mg·L~(-1),24 h内脱氮效率为8.59 mg·L~(-1)·h~(-1),经16S r RNA测序结果表明该菌株与Pseudomonas stutzeri A1501的最大相似度为99.7%。采用PVA、SA为材料包埋固定该菌株,固定化反硝化菌的生物量为15.67 g·L~(-1),颗粒密度为0.93 g·m L~(-1)。通过对固定化反硝化菌处理低污染水的性能研究得知,p H、T、DO的波动对固定化反硝化菌的脱氮效果影响均小于游离反硝化菌,固定化反硝化菌在p H为7,θ为30℃,DO为0.87~1.54 mg·L~(-1),C/N为5时的脱氮效果最好。     

Nitrifying and denitrifying bacteria in aerobic granules formed in sequencing batch airlift reactors

The purpose of this study was to investigate nitrifying bacteria and denitrifying bacteria isolated from aerobic granules. Aerobic granules were formed in an internal-circulate sequencing batch airlift reactor (SBAR) and biodegradation of NH₃ ^?-N was analyzed in the reactor. Bacteria were isolated and determined from aerobic granules using selected media. The growth properties and morphology of bacteria colonies were observed by controlling aerobic or anaerobic conditions in the culture medium. It was found that bacteria in aerobic granules were diverse and some of them were facultative aerobes. The diversity of bacteria in aerobic granules was a premise of simultaneous nitrification and denitrification.     

Toxic effect of sodium perfluorononyloxy-benzenesulfonate on Pseudomonas stutzeri in aerobic denitrification,cell structure and gene expression

• OBS inhibited the growth of P. stutzeri and destroyed its structure. • OBS was toxic to the aerobic denitrification process of P. stutzeri. • OBS induced the production of ROS in P. stutzeri. • OBS affected the expression of key genes involved in denitrification and SOD. The toxicities of sodium perfluorononyloxy-benzenesulfonate (OBS) to animals and plants are similar to those of perfluorooctane sulfonate. However, the mechanism of its toxicity to aerobic denitrifying bacteria is still unclear. In the present study, the ecotoxicity of OBS on an aerobic denitrifying strain, Pseudomonas stutzeri, was evaluated. The results showed that a dosage of OBS clearly affected the growth and aerobic denitrification of P. stutzeri. When compared with an unamended control, the degradation efficiency of the total nitrogen decreased by 30.13% during exposure to 200 mg/L of OBS, and the complete degradation time of nitrate-nitrogen was delayed by 4 h. The lactate dehydrogenase and superoxide dismutase produced by the bacteria increased with the concentration of OBS, and reactive oxygen species were also detected by confocal laser scanning microscope imaging. Transmission electron microscope imaging revealed chromosome deformation of the cells and damage to cell content; moreover, outer membrane vesicles were secreted from the bacteria, which was the important detoxification mechanism of P. stutzeri to OBS. Expression of the genes involved in aerobic nitrification and oxidative stress were also changed under OBS stress, which further confirmed the toxicity of OBS to P. stutzeri. This study reveals the environmental exposure risk of OBS from the perspective of microorganisms.     

应用在线传感器实现前置反硝化工艺生物脱氮的过程控制

为了实现前置反硝化工艺硝化反硝化反应的过程控制,系统地研究了硝化反硝化过程中DO、pH和ORP的变化规律,并考察了它们作为硝化反硝化过程控制参数的可行性.结果表明,pH值在缺氧区的变化分为下降型和上升型,从而指示系统反硝化反应进行的程度以及内循环回流量是否充足;缺氧区末端ORP值和硝酸氮浓度具有较好的相关性;好氧区第1格室的DO浓度可以指示进水氨氮负荷高低;pH值在好氧区的变化也可分为下降型和上升型,可指示系统硝化反应进行的程度、曝气量和碱度是否充足;好氧区末端ORP值与出水氨氮、硝酸氮浓度具有很好的相关性.在此基础上建立了硝化反硝化反应在线控制系统,从而实现曝气量、内循环回流量和外碳源投加量的在线控制,提高系统出水水质、降低运行费用.图7表1参8     

Numerical and field investigation of enhanced in situ denitrification in a shallow-zone well-to-well recirculation system

This study investigated efficiency of in situ enhanced biological denitrification of nitrate-contaminated groundwater which employs a well-to-well circulation in a shallow zone where oxygen might give an adverse affect on the denitrification processes. The numerical model developed for the efficiency test included sequential aerobic and nitrate-based respiration, multi-Monod kinetics of reactive components, growth and decay of biomass, and denitrification inhibition associated with the presence of oxygen. Moreover, reaction kinetics for production of toxic intermediates such as nitrite and nitrous oxide were also included in the model. The developed model was applied to the analysis of enhanced in situ denitrification using an injection/extraction well pair. To evaluate the relative remediation effectiveness, comparisons were made between a continuous fumarate injection test (CFIT) system and a pulsed fumarate injection test (PFIT) system, where both systems had the same total fumarate mass injected into the aquifer. The PFIT system was preferable to the CFIT system because of the high possibility of occurrence of clogging in the latter case at the injection well, with no other significant advantages found in either the CFIT or the PFIT system. Accordingly, this developed numerical model is useful to predict and evaluate an in situ bioremediation by denitrification in aquifers.     

粒状铁与甲醇支持的生物-化学联用法去除富氧地下水中硝酸盐

针对富氧地下水中硝酸盐,采用粒状铁和甲醇支持的生物-化学联用法开展了批实验研究,优化了脱氮反应参数,初步探讨了脱氧脱氮的能力及途径。结果表明,该法的优化参数是粒状铁种类为GI-北京,m（粒状铁）∶m（水）为3∶800,粒状铁粒径为0.425~1.0 mm,反应时间为5 d,甲醇用量为210.59 mg.L-1。生物-化学法、粒状铁和好氧异养菌完全脱氧所需的时间分别是174、206和2 746 min。生物-化学法脱氧依赖于粒状铁化学还原和好氧异养菌有氧呼吸,并且前者起着关键作用。随着反应时间的增加,异养脱氮、自养脱氮和化学还原各自引起的NO3-去除率亦增加。当反应时间≤5 d时,自养脱氮和化学还原的去除率均〈10%,而当反应时间为5 d时,生物-化学法的NO3-去除率达到近100%。生物-化学法内存在异养脱氮、自养脱氮和化学还原3种脱氮途径,其中异养脱氮是最主要的途径,且三者存在共生、协同和促进作用。生物-化学法脱氮期间硝酸盐还原速率≥亚硝酸盐还原速率。生物-化学法去除地下水中硝酸盐是有效可行的。     

好氧异养硝化菌Acinetobacter sp.YY-5的分离鉴定及脱氮机理

通过异养硝化培养基获得一株高效脱氮细菌,并通过形态学特征、生理生化反应及16S rDNA同源性比较对筛得菌株进行了鉴定;分别以NO3--N和NO2--N为唯一氮源,通过对脱氮过程中各种含氮代谢物的定量及对脱氮相关基因氨单加氧酶基因(amoA)、羟胺氧化酶基因(hao)、周质硝酸盐还原酶亚基基因(napA)的扩增及测序比较,对该菌株的生理途径及脱氮机理进行了研究.结果表明,高效脱氮细菌YY-5不能发生好氧反硝化,但能在3 d内将氨氮由95.23 mg/L降解至1.29 mg/L,降解率达妻98.6%,同时未发现亚硝酸盐氮、硝酸盐氮积累;对该菌主要代谢气体产物进行检测,发现CO2和N2明显增多,无N2O生成;经鉴定,初步判定该菌为不动杆菌属,命名为Acinetobacter sp.YY-5;从该菌基因组中均能扩增出amoA、hao、napA等基因,其中napA与hao基因与已报道的napA与hao基因进行Blaster较,发现具有较大差别.图6表3参15     

溶解氧及活性污泥浓度对同步硝化反硝化的影响

文章研究溶解氧及活性污泥浓度对同步硝化反硝化效率的影响。研究结果表明：在一定DO范围内，随着反应器内溶解氧浓度的降低，总氮去除率呈上升趋势，即好氧反硝化效率随溶解氧浓度的降低而提高；在一定MLSS范围内，反应器内混合液污泥浓度越高，出水总氮越低，反硝化现象越明显。     

三种生物除磷工艺的比较

比较了Ａ／Ｏ法、Ａ＾２／Ｏ法和ＳＢＲ法生物除磷工艺。结果表明，它们的除磷效果好；污染含磷量达６％以上、除磷系数达０．０４左右，是常规好氧生物处理的３倍。在系统除磷系数相同的条件下，Ａ＾２／Ｏ法取好，是常规好氧法的３倍；ＳＢＲ法次之，高速率Ａ／Ｏ法因不能经反硝化作用脱氮，去氮效果与常规好氧法相同。     

一株好氧反硝化细菌的鉴定及其在废水处理中的应用

从武汉市郊稻田土壤中分离得到一株好氧反硝化细菌HS-03,对其反硝化能力进行了研究.结果表明:细菌HS-03在好氧条件下能有效去除人工废水中的NO3-(10mmol/L),去除率达90%以上,并且在反应过程中没有NO2-的积累.菌株HS-03与Pseudomonasstutzeri的16SrDNA序列具有99.1%的相似性.对该菌株的16SrDNA序列以及生理生化特征分析表明,细菌HS-03是P.stutzeri的一个新分离种.实验采用ClastalW和PHYLIP程序对该菌株与报道菌进行了系统发育进化分析.图5表2参14     

低溶解氧条件下生物脱氮研究中的新现象

活性污泥法中 ,曝气主要起供氧和扰动混合的作用 ,曝气提供的氧被微生物用来氧化有机物并合成细胞 .反应器中的溶解氧 (DO)浓度是重要的运行参数 ,曝气池中DO偏低 ,好氧微生物不能正常生长和代谢 ;DO过高 ,不仅能耗增加 ,而且细菌的活力也会降低 .一般要求曝气池中DO不低于 2mgL-1的水平 ,但在实践中常常会出现曝气强度过高的情况 .因而有必要通过有效手段将DO控制在适当的水平 ,既不影响微生物的正常生长和有机物的去除 ,同时又避免过多能耗 .传统观点认为 ,低DO条件会促进丝状菌生长 ,破坏污泥絮体的沉降性能 ;使胞外多聚物的产生量…