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N2O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NO^-₂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27 d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.     

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.     

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。     

异养硝化-好氧反硝化菌WXZ-8的脱氮产物N_2O和N_2研究

研究了异养硝化-好氧反硝化菌WXZ-8(Bacillus cereus)的异养硝化性能,并采用GC-ECD(Gas Chromatography-Electron Capture Detector)、GC-TCD(Gas Chromatography-Thermal Conductivity Detector)方法分别测定了脱氮过程中的气体产物N2O和N2。为了改进密封反应的溶氧条件,采用纯氧密封摇瓶培养和空气密封摇瓶培养两个对照条件下进行培养。结果表明:(1)空气密封瓶实验条件下,WXZ-8产生的N2O为0.00945mg,N2为9.5005mg,分别占从水体中脱除的氮的0.047%和47.09%,另外,同化合成的氮含量占48.74%;(2)纯氧密封瓶实验条件下,WXZ-8产生的N2O为0.00463mg,N2为9.686mg,分别占从水体中脱除的氮的0.024%与49.57%,同样,同化合成的氮含量占49.23%。两组对照实验表明,WXZ-8菌是一株高效、产生低水平量N2O的性能良好的异养硝化-好氧反硝化菌,且纯氧培养条件更有利于控制N2O的逸出。     

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.     

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.     

耐受高浓度氨氮异养硝化菌的筛选及其脱氮条件优化

研究了异养硝化菌对高浓度氨氮的耐受能力和去除能力.采用多点取样、高浓度氨氮废水强行驯化、驯化液连续梯度稀释、颜色指示剂快速硝化效果检测、平板划线分离等步骤,筛选能耐受高浓度氨氮废水的异养硝化菌株,以各菌株16S rDNA序列的系统发育分析来鉴定其种属,考察了菌株的脱氮特性,并通过提高C/N比和优化菌株配伍的方式对其脱氮能力进行了优化.结果共筛出8株高效的异养硝化菌株,并将其命名为N1～N8.系统发育分析表明8株菌分属丛毛单胞菌属（Comamonassp.）、红球菌属（Rhodococcus sp.）、假单胞菌属（Pseudomonas sp.）、节杆菌属（Arthrobacter sp.）、副球菌属（Paracoccus sp.）,其对起始氨氮浓度为256.9 mg.L-1、C/N=5.5的人工废水,72 h后氨氮去除率约在65%～80%之间,其中最高为N4的80.2%.若将上述废水的C/N比提高至8.0,则各菌株的氨氮去除率相应提高至约80%～90%.部分菌株配伍后脱氨氮效果优于任一单菌株,其中N4＋N5＋N6对起始浓度为261.1 mg.L-1的氨氮、在C/N=5.5的条件下,48 h去除率为88.2%.将N4＋N5＋N6组合驯化菌液,则能将该氨氮去除率提高至99.8%;在将起始氨氮浓度提高至446.9 mg.L-1、C/N比降为3.2后,52h后氨氮去除率亦可达99.9%,且最终几乎无亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的积累,总氮去除率为66.5%,菌株同化的氮仅占损失氨氮的33%.可见驯化菌液中一些未能分离的菌株对分离出的菌株的脱氨氮效果有显著的协同作用.     

盐度对污水硝化过程中N_2O产量的影响

采用调节盐度(7.5 g/L)和未调节盐度(0.1 g/L)实际生活污水驯化的活性污泥,分别考察了其相应硝化过程中N2O的产量和转化率.结果表明,盐度7.5 g/L生活污水硝化过程中N2O产量是未调节盐度N2O产量的2.85倍.考察其他盐度下污水硝化过程中N2O产量与转化率的结果表明,盐度从7.5 g/L降低到5.0、2.5 g/L后,N2O产量变化不大,但系统比氨氧化速率随着盐度的下降有所增加;当盐度从7.5 g/L急剧增加到10 g/L后,硝化过程中N2O产量和转化率均有大幅升高,产量达到7.5 g/L时的2.2倍,比氨氧化速率大幅下降.因此处理含盐污水时,应尽量避免盐度的过高波动,防止污水硝化过程中N2O产量和转化率大幅地升高.     

春季南海溶存N2O的分布特征和海气交换通量

2005年4月28日至5月11日在南海北部进行了调查,测定了南海不同深度海水中溶解N2O的浓度.结果表明,表层海水中的N2O浓度范围在5.17～14.9 nmol/L,饱和度范围为90.4%～236.3%,除个别站位外,表层水体中N2O均处于过饱和状态,是大气中N2O的净源.在研究海域陆架-陆坡站位和海盆区站位N2O的垂直分布有一共同特点:透光层海水中N2O垂直混合较为均匀.利用Liss和Merlivat公式(LM86)以及Wanninkhof公式(W92)分别计算了南海N2O海-气交换通量,结果为-0.57～32.93 μmol/m2·d和-1.1～53.51 μmol/m2*d,此外,我们还估算了南海对大气N2O的贡献为0.15～0.24 Tg/a,要远高于开阔大洋.     

水库沉积物贫营养型好氧反硝化菌(Pseudomonas sp.)分离及其对微污染水体脱氮效率分析

为探究深水水库沉积物微生物功能特征及利用价值,于2019年在实验室对小湾水库表层沉积物微生物进行了驯化分离,并分析了其中一株细菌的脱氮效率.结果表明,分离出的细菌XW731经鉴定属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）,是一种贫营养型好氧反硝化菌;在分别以NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N为唯一氮源时,该菌对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N去除率分别为33.6%、68.5%和9.1%;以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源时,对NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为66.4%、89.6%,同步硝化反硝化能力更强.将该菌投加到两种城市微污染水体后测试表明,该菌对城市河道水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为38.3%和42.4%,对城市降雨水体的NH₄⁺-N和NO₃^--N去除率分别为22.2%和7.7%.     

好氧反硝化细菌的筛选鉴定及处理硝酸盐废水的研究

采用污泥驯化手段富集好氧反硝化细菌,将得到的驯化污泥分离纯化,共得到5株好氧反硝化细菌.f1、f2、f3、f5和f7的TN去除率为90.4%、 91.2%、94.6%、95.6%和97%,表现出较好地去除总氮的能力.经过生理生化鉴定和16S rDNA测序, 建立了系统发育树,可基本确定分离的菌株f1、f3和f5为Pseudomonas sp., 分离菌f2和f4为Paracoccus sp..采用筛选的5株好氧反硝化细菌建立连续流反应器.在反应器进入稳定运行阶段时,可以观察到系统对于硝酸盐的去除率稳定在98.16%左右.表现出较好的硝酸盐去除效果,出水亚硝酸盐含量一直维持在较低的水平,其最大值不超过3.56　mg/L.COD的平均去除率为87.24％,基本实现了同一反应器中有机物和硝酸盐的共同去除.     

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.     

1株Arthrobacter arilaitensis菌的耐冷异养硝化和好氧反硝化作用

分别采用高浓度的铵态氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮模拟废水和铵态氮与硝态氮、铵态氮与亚硝态氮混合模拟废水,研究耐冷反硝化细菌Arthrobacter arilaitensis Y-10的异养硝化、好氧反硝化以及同时硝化和反硝化能力,通过测定Y-10菌株在整个脱氮过程中的D600值,分析细菌生长与生物脱氮之间的联系.结果表明,耐冷菌株Arthrobacter arilaitensis Y-10具有很强的硝化和反硝化能力,15℃条件下,4 d内分别可将铵态氮由208.43 mg·L~(-1)降至72.92 mg·L~(-1),去除率65.0%;硝态氮由201.16mg·L~(-1)降至0 mg·L~(-1),去除率为100%;亚硝态氮由194.33 mg·L~(-1)降至75.43 mg·L~(-1),去除率为61.2%.该菌只在含硝态氮的模拟废水中才会产生亚硝态氮积累;此外,在混合模拟废水中,以去除铵态氮为主.总之,Arthrobacter arilaitensis Y-10能在15℃条件下有效进行异养硝化和好氧反硝化作用,在不同无机氮混合模拟废水中对铵态氮的去除率高达80.0%以上.