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.     

好氧反硝化菌的异养硝化性能研究

对五株不同菌属的好氧反硝化菌进行了异养硝化性能研究。实验结果表明,五株菌均能以柠檬酸三钠为碳源、硝酸盐为氮源进行好氧反硝化,以柠檬酸三钠为碳源、硫酸铵为氮源进行异养硝化。五株菌在pH为7.0的硝化能力测定培养基中培养五天后,有三株菌(戴尔福特菌Delftia tsuruhatensis,恶臭假单胞菌Pseudomonas putida,蜡状芽孢杆菌Bacilluscereus)的NH4+-N,COD去除率均>50%。培养期间,五株菌的NO2--N累积量较少,有必要从氮平衡的角度来衡量其硝化性能。其中,一株戴尔福特菌能利用有机氮源乙酰胺进行氨化作用,利用无机氮源硫酸铵进行硝化作用。     

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。     

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.     

设施菜田土壤N2O产生对O2的响应

以添加(DIS)/不添加(DI)玉米秸秆的常规设施菜田土壤为研究对象,通过室内培养试验,利用在线自动监测培养系统,在不同初始氧气体积分数下(0%、1%、3%、5%和10%)监测土壤N_2O、NO、N_2和CO_2产生量的动态变化,并同步分析了土壤无机氮(NO-2、NO-3、NH+4)含量,同时设置添加Na Cl O3的处理抑制土壤NO-2的氧化,以期对比研究不同碳投入菜田土壤N_2O产生量对O_2的响应.结果表明,厌氧条件下土壤N_2O产生量显著高于有氧条件下土壤N_2O产生量(P0.01).当氧气体积分数≤1%时,添加秸秆的(DIS)土壤N_2O产生量显著高于未添加秸秆的(DI)土壤(P0.01).土壤中氧耗竭时会观察到明显的N_2O产生速率峰值,但N_2产生速率峰值随着初始氧气体积分数的升高极显著降低(P0.01),反之,土壤中如果没有出现氧耗竭的现象,则N_2O和N_2产生量随着初始氧气体积分数的升高显著降低(P0.01).初始氧气体积分数介于1%~5%时,培养过程中会观察到持续的NO-2累积,且在该氧梯度内N_2O/(NO+N_2O+N_2)指数显著高于0%以及10%初始氧气体积分数的处理,此外,添加Na Cl O3后,当初始氧气体积分数为5%和10%时,持续增加的NO-2与N_2O产生量两者之间线性相关(R2≥0.85).本研究结果表明,低氧条件下不完全的反硝化和NO-2诱导的硝化细菌反硝化共同作用,显著增加了土壤N_2O的产生量和N_2O/(N_2O+NO+N_2)指数;但是,有氧条件下土壤N_2O的产生量显著低于厌氧条件(P0.01).     

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.     

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.     

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.     

异养硝化-好氧反硝化菌HY3-2的分离及脱氮特性

从经过高盐驯化的好氧颗粒污泥系统中筛选出一株异养硝化-好氧反硝化菌HY3-2,通过形态学观察及16S rDNA序列分析得出HY3-2为Klebsiella quasipneumoniae subsp.quasipneumoniae.研究了HY3-2对氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐的去除特性,结果表明该菌具有良好的异养硝化和好氧反硝化功能,对氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐的去除率分别达63.57%、88.11%和98.38%.对菌株脱氮性能研究表明：HY3-2以甘油为碳源,C/N为25,温度为20℃或30℃,转速为150r/min,盐度低于50g/L时,对100mg/L的NH₄⁺-N去除效果良好,去除率达90.7%;以柠檬酸钠为碳源,C/N为25,温度为30℃,转速为150r/min,盐度低于15g/L时能进行良好的好氧反硝化作用,NO₃^--N去除率达99%以上.     

一株异养硝化好氧反硝化菌的筛选鉴定及其脱氮特性

从长期施用农家肥的土壤中筛选出一株异养硝化好氧反硝化菌SQ2,经形态学和16S rRNA同源性分析,初步确定该菌株为不动杆菌Acinetobacter sp..实验研究了菌株SQ2对氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐的去除特性,通过改变碳氮比、pH、接种量、碳源、温度和转速考察了菌株异养硝化条件,并探究了菌株耐高氨氮特性.结果表明,在28℃、180 r·min~(-1)好氧条件下,菌株SQ2对氨氮、亚硝态氮和硝态氮去除率分别达到100%、99.6%和96.9%,异养硝化体系中氮源降解速率、COD去除速率及菌株生长量均要高于好氧反硝化体系.菌株SQ2异养硝化最适条件为:碳氮比为12,pH为7~9,接种量为5%,碳源为琥珀酸钠,温度为28℃,转速为180~220 r·min~(-1).菌株SQ2具有良好的耐高氨氮特性,对实际高氨氮猪场废水脱氮效果良好,在高氨氮污水等生物处理方面具有良好的应用前景.     

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.     

盐度对好氧颗粒污泥硝化过程中N2O产生量的影响

采用好氧SBR反应器,考察盐度在0、5、10 g·L-1条件下好氧颗粒污泥全程硝化过程中N2O产生量的变化情况以及对系统脱氮效果的影响.结果显示,随着污水中盐度增加,N2O产生量呈递增趋势.在3个盐度下(0、5、10 g·L-1),溶解态N2O产生量分别为1.21、8.99、24.81 mg·m-3,释放态N2O产生量分别为0.95、3.46、16.45 mg·m-3.在盐度为5 g·L-1和10g·L-1条件下,N2O释放速率分别为0 g·L-1时的3.6倍和17.4倍.在3种盐度条件下无论是溶解态N2O还是释放态N2O产生量在硝化过程的变化趋势均是先上升后下降,且溶解态N2O产生量大于释放态产量.另外当盐度浓度较低时(低于5 g·L-1),对NH+4-N去除效果影响较小,NH+4-N的去除率与盐度为0 g·L-1时基本相同,均在98%以上;但当盐度升至10 g·L-1后,NH+4-N的去除率降到了70%.因此,污水中盐度增加不仅影响NH+4-N的去除效率,而且增加N2O产生量.     

温度对农田N2O产生与排放的影响

以华东太湖地区的水稻－冬麦轮作农田为研究对象,采用基于箱法－气相色谱法的自动连续观测系统,对整个轮作周期的Ｎ２Ｏ排放和温度进行了同步自动连续观测,同时,在实验室开展了一系列的模拟实验,以研究Ｎ２Ｏ产生与排放过程的温度效应,实验研究结果表明,在土显度适宜的一定温度范围内,Ｎ２Ｏ排放对温度的依赖性可用指数函数Ｆ＝Ａｅ＾ａｔ来描述,轮作周期内显著Ｎ２Ｏ排放发生的频率随温度的变化呈正态分布,６７％的排放量     

微膨胀对好氧颗粒污泥脱氮过程中N2O产生量的研究

采用控制低溶解氧(DO)在SBR反应器内,研究了好氧颗粒污泥微膨胀的实现;考察了微膨胀颗粒污泥对COD和氨氮去除效能以及温室气体N2O产生量.结果表明,在低DO条件下可以获得微膨胀颗粒污泥,污泥容积指数(SVI)大都在150～250 mL.g-1之间.微膨胀颗粒污泥对COD和氨氮去除量影响不大,COD去除率从89.45%上升到90.99%;氨氮去除率从77.29%降至68.29%;硝化速率从38.95×10-3 mg.(g.min)-1降至33.46×10-3 mg.(g.min)-1.微膨胀颗粒污泥对N2O产生量影响很大,微膨胀颗粒污泥N2O产生量为2.42 mg.m-3是没有发生微膨胀颗粒污泥N2O产生量的1.26倍.微膨胀颗粒污泥N2O释放速率由3.63×10-3mg.(L.min)-1上升到4.72×10-3mg.(L.min)-1.     

不同生态系统土壤生化特征及其与土壤呼吸和N2O排放的关系

通过室内培养实验,研究了不同生态系统土壤生化特征及其对土壤呼吸和N2O排放的影响.结果表明,不同生态系统土壤的生化特征不同,土壤呼吸和N2O排放也不相同.一般果园细菌数量最多,草地放线菌数量最多,林地真菌数量最多,而竹园细菌放线菌数量最少,果园真菌最少;微生物碳氮含量一般果园>林地>农田.相关分析表明细菌数量与微生物碳氮呈显著正相关,放线菌数量与土壤有机碳和全氮含量呈极显著正相关(P<0.01),而真菌数量仅与全氮含量呈显著正相关(P<0.05).土壤呼吸累积排放量从高到低为果园>竹林>农田>林地>草地.N2O累积排放量为农田>果园>草地>林地>竹林.土壤呼吸与细菌、微生物碳氮呈显著正相关(P<0.05);土壤的N2O排放与三大微生物、铵态氮呈显著正相关(P<0.05).逐步回归分析表明土壤呼吸主要取决于土壤细菌数量和pH的变化;土壤N2O排放主要取决于土壤细菌数量和铵态氮含量的变化.     

基于同位素技术的短程硝化过程N2O产生途径

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2~--N浓度显著相关,当NO_2~--N浓度大于3 mg·L~(-1),短程硝化过程开始出现N_2O的释放,且随着NO_2~--N浓度的增加而增加.当溶解氧浓度分别为0. 5、1. 5和2. 5 mg·L~(-1)时,N_2O的释放量占进水总氮的比例分别为4. 35%、3. 27%和2. 63%,随着溶解氧的升高,N_2O的释放量占进水总氮的比例降低.短程硝化过程控制溶解氧在2. 5 mg·L~(-1),既可以提高比氨氧化速率,又可以减少N_2O的产生.同位素测定结果表明,当溶解氧为0. 5 mg·L~(-1)时,只有AOB反硝化过程生成N_2O.但当溶解氧升至1. 5 mg·L~(-1)时,有4. 52%的N_2O通过NH_2OH氧化过程生成,AOB反硝化过程生成的N_2O占95. 48%.继续升高溶解氧到2. 5 mg·L~(-1)时,NH_2OH氧化过程生成的N_2O比例增加至9. 11%,AOB反硝化过程生成的N_2O占90. 89%,溶解氧浓度的改变会影响短程硝化过程N_2O的产生途径,避免过高的NO_2~--N积累,可以减少N_2O的产生.     

土壤化学反硝化及N2O产生机理研究进展

传统观点认为土壤氮素转化要有微生物的参与,但越来越多的研究发现,非生物转化在一些特定条件下同样发挥着不可忽略的作用,该途径下N₂O产生量甚至超过生物学过程而占主导作用.作为一种重要的非生物土壤氮素转化方式,化学反硝化产生途径虽然已经被发现近一个世纪,但在现代生态学研究中通常因研究分散而往往被忽视.鉴于此,对土壤化学反硝化及N₂O产生机制、影响因素的研究进展进行总结,并对化学反硝化的不足和薄弱环节提出展望.结果表明:土壤化学反硝化及N₂O产生的机制主要包括高价氮还原和羟胺分解两种作用;影响土壤化学反硝化的因素主要包括pH、温度、反应底物浓度、有机质、固相界面及金属离子,如高pH、固相界面和Cu2+的存在均会促进化学反硝化过程;不同形态Fe直接参与化学反硝化生成N₂O的途径不同,主要包括Fe2+还原NO₂-和NO₃-,Fe3+氧化NH₂OH.然而,现有研究对于化学反硝化机理的边界划分等问题仍不明确,因此,建议强化羟胺在土壤化学反硝化途径中作用机理的基础性研究,以及多因素综合影响下化学反硝化强度和N₂O产生特征方面的应用性研究.      

不同硅铝比Fe-ZSM-5催化剂对氧化亚氮催化分解性能的研究

以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为载体,采用离子交换法和化学气相沉积法制备Fe-ZSM-5催化剂,并用XRD、BET、TEM、UV-vis和NH3-TPD等表征手段对催化剂进行分析,研究催化剂中铁的存在状态.结果表明,分子筛的硅铝比影响铁在分子筛中的分布形态,化学气相沉积法和热离子交换法制得硅铝比为25的Fe-ZSM-5-25分子筛催化剂上均匀地分布着粒径为8 nm左右的纳米氧化铁颗粒,并且Fe-ZSM-5-25分子筛催化剂比Fe-ZSM-5-300更容易形成Fe3+x O y团簇.制得的Fe-ZSM-5分子筛催化剂催化分解氧化亚氮(N2O),结果表明,相同的制备方法,硅铝比小的Fe-ZSM-5-25催化剂对N2O分解活性更好;相同硅铝比的Fe-ZSM-5催化剂,采用化学气相沉积法制得的对N2O分解活性最好.另外,O2的存在对Fe-ZSM-5上N2O催化分解活性有抑制作用,而NO对N2O催化分解活性展示了一定的正效应.最后,经过100 h的连续反应,Fe-ZSM-5催化剂依然能够保持催化活性.     

农田生态系统N2O排放的数值模拟研究

综合大气化学等多学科最新研究进展,建立了农田N₂O排放数值模式,模式较好地模拟了农田生态系统中N₂O排放过程.利用模式分析了气象因子对N₂O排放影响.结果表明:苏州稻田N₂O排放量与生长期平均气温存在显著正相关,与总辐射和降水量相关不明显;功率谱分析表明N₂O排放量存在7～9年的变化周期,与平均温度变化周期比较接近.模拟气候变化对N₂O排放的可能影响表明:气温比目前升高1℃,苏州稻田N2O排放量将平均增加4.5%.