低C/N亚铁氧化硝酸盐还原菌群脱氮特性

为削减微污染水库中氮污染负荷,从西安市李家河和黑河水库沉积物中驯化筛分出在低C/N条件下能够高效脱氮的亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群,并将其命名为Z13.利用硝酸盐氮为唯一氮源、亚铁与乙酸作为共同电子供体的反硝化基础培养基,研究了亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对氮素、亚铁和有机物等的代谢特征.考察了不同温度、初始pH值、C/N、Fe²⁺浓度对亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13脱氮性能及亚铁氧化的影响.结果表明,低C/N条件下亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在78h时硝酸盐氮去除率为99.85%,总氮去除率为89.91%.Fe²⁺的总去除率为99.86%,其中生物氧化率为82.70%,无亚硝酸盐氮和氨氮的累积.单因素实验表明,在温度30℃,pH 6.5,C/N 1.821,Fe²⁺浓度30mg/L时,亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对亚铁氧化和氮素的去除效果最好.亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力.     

硫酸盐还原过程中乙酸型代谢方式的形成及其稳定性

通过产酸脱硫反应器处理高浓度硫酸盐废水的连续流试验,考察了不同试验阶段硫酸盐去除率和产气量稳定期,液相末端产物中挥发酸组成的变化、乙酸的分布特征、微生物种群组成和种群间关系.试验结果表明,各试验阶段液相末端产物中乙酸的分布比例高达50%～82%,微生物群体呈现特定的乙酸型代谢方式.乙酸型代谢方式本质上是产酸相反应器处理硫酸盐废水过程中,硫酸盐还原菌(SRB)与产酸菌(AB)建立起生物链式协同代谢关系,并通过非完全氧化型方式分解有机物,从而在末端产物中积累大量乙酸.乙酸型代谢方式的形成取决于利用乙酸的硫酸盐还原菌(ASRB)的竞争能力和它对乙酸的利用能力.乙酸型代谢方式可以为后续产甲烷相反应器提供适宜的底物,对提高硫酸盐废水处理系统的效率和运行稳定性具有重要意义.     

硫酸盐还原菌的分离和生理特性研究

从受氯碱化工废水严重污染的湖北鸭儿湖1号氧化塘底泥中分离获得了硫酸盐还原菌,研究了其生理特性以及温度、pH、盐度、Fe2+和硫化物等环境因子对其的影响。结果显示,该硫酸盐还原菌营厌氧生活,革兰氏染色呈阴性,可以乳酸钠为碳源(电子供体),硫酸盐等为硫源(电子受体),该过程中有H2S的产生。该菌在35℃、pH7.0、0.7%的盐度、0.5g/LFe2+和不含硫化物等条件下,达到最佳生长状态。     

贫营养好氧反硝化菌株的脱氮特性及氮/碳平衡分析

针对生物法处理贫营养水源水存在脱氮效率不高,脱氮过程电子转移不清楚等问题,以具有高效脱氮功能的贫营养好氧反硝化菌Acinetobacter junii ZMF5为研究对象,探究了菌株脱氮性能、环境适应性及反硝化过程中的电子转移.结果表明:①菌株ZMF5具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,氨氮和硝氮去除速率分别为0.211 mg·(L·h)~(-1)和0.236 mg·(L·h)~(-1),并且在反应过程中无中间产物的累积;②通过氮素去除率以及菌株生长动力学分析,菌株ZMF5对不同类型的碳源均有一定的利用效果,在低C/N、低pH、低温的条件下仍表现出较好的氮去除性能;③氮平衡分析可知,比起碳水化合物羧酸盐化合物更能促进好氧反硝化过程的发生,使菌株脱氮途径发生变化,转化为气态氮(38.81%)的比例大于同化作用的氮(29.81%);④碳平衡分析可得,在反硝化过程中大部分碳源用于电子供体,而用于硝氮还原的电子较少,不同类型的碳源通过不同的还原势、电子供体的丰度和分子量来调节电子向硝酸盐呼吸链的转移.琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii ZMF5)将为微污染水源水体氮污染控制工程提供一定的菌源保障.     

具有广谱偶氮还原能力柠檬酸菌AzoR-2的分离鉴定和还原特性研究

从印染活性污泥中分离到1株高效广谱偶氮还原菌AzoR-2,并对该菌株进行了鉴定和偶氮还原特性分析.通过细胞形态和BIOLOG细菌自动鉴定系统的生理生化特性及16S rDNA与β-内酰胺酶基因相结合的分子生物学特性的分析,鉴定该菌株为柠檬酸菌属细菌,定名为Citrobacter sp.AzoR-2.通过对其偶氮还原特性的研究表明,菌株AzoR-2能够在厌氧条件下利用多种有机物和氢气为电子供体还原多种偶氮化合物,具有广谱偶氮还原特征.对电子供体和偶氮键的定量分析表明,还原过程中偶氮键接受的电子全部来自一级电子供体.氧气对其偶氮还原具有强烈的抑制作用.该菌株的偶氮还原系统定位在菌体的细胞膜上,推测该菌株的偶氮还原与菌体膜上的电子传递过程密切相关.菌株AzoR-2的厌氧偶氮还原在碱性pH值范围发生,其反应的最适pH值为7.5.菌株偶氮还原要求的温度范围较宽泛,在20～40℃范围内都显还原活性,最适作用温度为35℃.具有偶氮还原能力的柠檬酸菌在受偶氮染料污染的环境以及在印染废水的脱色中,可以发挥重要作用.     

BTEX污染含水层不同形态铁含量变化的试验模拟

通过砂柱试验模拟BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯的混合物)污染含水层的过程,分析了含水层中铁形态分布及氧化还原环境的变化.结果表明:发生铁还原反应区域介质中的w(TFe)降幅最大,达25.7%;而发生硫酸盐还原反应的区域介质中的w(TFe)因亚铁沉淀生成作用降幅减至11.7%~14.6%.铁还原菌电子受体主要来源于氧化物结合态铁;氧化物结合态铁首先转化为可交换态铁,进而被利用.硫化物结合态铁的形成可作为硫酸盐还原过程开始的标志.      

奥奈达希瓦氏菌MR-1还原U(VI)的特性及影响因素

探讨了在腐殖质模式物蒽醌?2?磺酸钠(AQS)存在条件下,奥奈达希瓦氏菌MR-1的还原U(VI)特性.结果表明,在厌氧环境下奥奈达希瓦氏菌以AQS为电子穿梭载体,利用电子供体高效还原U(VI).当菌体投加量为1.2×109 个时,其还原铀的效率达95.09%; AQS的浓度低于0.5mmol/L时有利于MR-1菌厌氧还原U(VI),AQS浓度的升高U(VI)的还原明显受到抑制.当U(VI)初始浓度为30.0mg/L时,分别以甲酸盐、乙酸盐和乳酸盐为电子供体,经过7d后其还原率分别达到95.37%、92.41%和95.65%.金属离子(Cu2+、Mn2+、Ca2+)、有毒有机物等对U(VI)还原产生影响.当Ca2+的浓度为2.0mmol/L时,对U(VI)的还原有微弱的促进作用,而当Cu2+和Mn2+浓度为2.0mmol/L时,则存在较强的抑制作用.奥奈达希瓦氏菌也能利用环境中甲苯、三氯乙酸、顺丁烯二酸等有毒物质高效还原U(VI),同时使有毒物质得到降解.扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)分析结果表明,奥奈达希瓦氏菌菌体中沉积了铀元素.     

纤铁矿微生物异化还原过程的动力学特征及其影响因素

基于脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis S12)和纤铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、纤铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明,AQS的加入使纤铁矿的微生物还原程度得到加强.反应末期,乳酸钠浓度为20mmol.L-1时,在添加AQS的10.0mmol.L-1的纤铁矿体系中,被还原解离出的Fe(Ⅱ)浓度是无AQS体系中的180.2%.纤铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着纤铁矿浓度的增加,纤铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的纤铁矿为底物时,S12菌-纤铁矿相互作用过程的拟合校正R2系数分别为0.8285(添加AQS)和0.9348(未添加AQS),电子转移载体的存在及底物类型的不同均对底物饱和时的反应速度(Vmax)和米氏常数(Km)值均有一定程度的影响.在微生物还原纤铁矿过程中,氧化还原中介体AQS使得其还原程度加剧,用于ATP合成所需能量ΔE值也随之升高,S12菌和纤铁矿的还原反应达到平衡时,Gibbs自由能变化(ΔGr)达最大值.     

典型富氧化铁土壤基质中铁异化还原的特性

选取华南地区常见的富铁土壤:砖红壤作为研究对象,采用序批实验,破坏性取样系统,研究了葡萄糖、乙酸钠和淀粉分别作电子供体时,砖红壤中Fe(Ⅲ)的异化还原特性及促进剂蒽醌二磺酸钠(AQS)和温度的影响.结果表明,砖红壤在葡萄糖、乙酸钠和淀粉厌氧体系中,均可以通过铁异化还原反应产生较高浓度的亚铁,同时伴随体系中有机物(COD)减少,但是相同有机碳(COD)和砖红壤含量情况下,亚铁产生量在3个系统间具有显著差异,淀粉体系最高,为479.28 mg·L~(-1),乙酸钠体系最低,只有(369.50±13.00)mg·L~(-1);典型的铁异化还原促进剂蒽醌二磺酸钠(AQS)对淀粉体系中砖红壤异化还原过程具有明显的促进效果,除了可以促使更多三价铁还原为亚铁外,也可以提高铁异化还原的速率,并且较高浓度促进剂效果更好,投加与砖红壤质量比1∶20000的AQS情况下,亚铁产量最高可达1101.36 mg·L~(-1);温度对砖红壤铁异化还原速率也具有明显影响,25℃和30℃差别较小,但温度降到20℃之后反应明显缓慢.     

C/S对生物氮转移途径的影响

电子供体是生物脱氮必不可少的要素,且不同种类的电子供体对于生物氮转移途径存在影响。以乙酸盐和硫化钠同时作为电子供体,以NO3--N作为电子受体,通过不断降低C/S改变异养和自养反硝化菌的活性,研究电子供体种类在异养反硝化和自养反硝化的混养状态下对生物脱氮的影响。当n(C)/n(S)=4∶1、n(C)/n(S)=2∶3时,有少量NH4+-N的产生,出水分别为1. 7,4. 9 mg/L。在n(C)/n(S)=4∶1中S2-去除率可达到98. 58%,同时随着电子供体增多,呈现白色悬浮物状态的硫逐步增多。pH、氧化还原电位(ORP)可判断系统内剩余物质的大致存在形态,因此系统内pH和ORP可间接为生物脱氮途径提供指示依据。研究发现,系统内过量的电子供体对生物脱氮效果更好;同时在有限的电子受体(NO3--N)情况下,高电子供体有可能导致反硝化过程向硝酸盐异化还原成铵过程转变。     

活化过硫酸盐氧化地下水中苯酚的动力学研究

以柠檬酸(CA)络合亚铁离子CA-Fe(II)为活化剂,活化过硫酸盐(S2O82-,PS)产生强氧化剂硫酸根自由基(SO4·-),进而催化氧化苯酚.从CA/Fe(II)物质的量比、Fe(II)浓度、过硫酸盐(PS)投加量和苯酚初始浓度4个因素来考察络合亚铁离子活化过硫酸盐氧化去除苯酚的动力学.结果表明,随着PS投加量的增加,苯酚的去除率随之提高;但随着苯酚初始浓度的增加,去除率逐渐降低;CA/Fe(II)物质的量比为1/5时,能够保持水溶液中足量的亚铁离子,有利于苯酚的氧化去除;当PS/CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为100/10/50/1时,苯酚的去除率最高,反应15min后去除率达到98%,此时,苯酚的氧化反应速率k也达到最高值0.430min-1.活化过硫酸盐氧化去除苯酚的过程基本符合准一级动力学,在CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为10/50/1条件下,苯酚氧化反应速率与过硫酸盐投加量呈线性正相关(R2 = 0.953).     

不同有机物对厌氧氨氧化耦合反硝化的影响

通过连续试验和血清瓶批式试验研究了不同种类有机物对厌氧氨氧化耦合异养反硝化脱氮性能的影响.结果表明,从TN去除率来看,对耦合反应器的影响:苯甲酸钠<邻苯二酚<间苯二酚<丙酸钠<乙酸钠;苯甲酸钠、邻苯二酚、间苯二酚、丙酸钠和乙酸钠对厌氧氨氧化菌的影响很小.苯酚反硝化菌能利用苯甲酸钠、邻苯二酚、间苯二酚、丙酸钠和乙酸钠作为电子供体进行反硝化.不同有机物对苯酚反硝化菌的影响不同,进而影响苯酚反硝化菌与厌氧氨氧化菌之间的协同和竞争关系.苯甲酸是苯酚降解过程中可能的中间产物.     

强化厌氧污泥体系同步脱硫反硝化特性研究

以硫化物为电子给体的自养反硝化厌氧体系是代替传统异养反硝化工艺处理低C/N比含氮废水的有效工艺,可以同时去除硫化物和硝酸盐.将脱氮硫杆菌菌悬液接种到厌氧污泥体系中,脱氮硫杆菌快速富集,采用5组进水比N/S比不同的反应瓶进行试验,运行15d后,测定不同时段的出水硫化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐浓度等指标,考察强化厌氧污泥体系去除硫化物和硝酸盐的特性,并对生化反应机制进行初步研究.结果表明,强化厌氧污泥体系运行3h后,进水中90%的硫化物被去除,硫化物的去除与进水N/S比无关,硫化物(以S计)去除速率高达20～24g·(m3·h)-1,是相关文献报道的10倍左右;运行6h后,进水中65%的硝氮被去除,硝氮的去除负荷随着进水N/S比的提高而增大,最高达到940g·(m3·h)-1,约为硫自养反硝化体系硝氮去除负荷的2倍,此时体系中亚硝氮积累,最高浓度达到93mg·L-1,进水N/S比低的条件下,6h后亚硝氮消失,进水N/S比较高时,21h后出水中未检测到亚硝氮.表明强化厌氧污泥体系停留6h后可以实现同时去除硫化物和硝酸盐,但硝酸盐首先转化为亚硝氮.与以往不同的是研究发现硫化物与生物硫粒产生多硫化合物的链式反应,是硫化物迅速转化的主要途径,此外,还原硝氮的电子给体并不来源于硫化物,可能主要来源于体系中产生的单质硫.     

EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对自养生物体系下硝酸盐还原过程的影响

采用厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),以固定浓度的硝酸盐和硫酸亚铁为基质,按不同梯度条件添加EDTA-2Na,进行长时间的培养驯化,研究铁盐脱氮的启动过程,同时探究不同EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对铁自养反硝化过程以及硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的影响.结果表明:经过65d的培养驯化,反应器成功稳定运行.当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)<1.50时,反应器只进行铁自养反硝化过程,NO₃^--N去除率最高仅为71.70%;当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)≥1.50时,反应器同时进行铁自养反硝化与DNRA过程,NO₃^--N去除率最高为99.70%.值得注意的是,在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50时,铁自养反硝化速率达到最大值1.63mg/(L·h)的同时,DNRA的产氨量也达到最大值9.75mg/L.Visual MINTEQ模拟结果表明:EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的摩尔比会影响进水中EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的存在形态,物质的量比越大,FeEDTA^2-度越高,Fe...     

海洋沉积物中一株铁还原细菌ZQ21异化还原Fe(Ⅲ)性质分析

取渤海沉积物进行厌氧培养,富集异化铁还原细菌。采用三层平板法筛选出一株高效异化铁还原细菌ZQ21。经鉴定,该菌株为Enterococcus sp.ZQ21（GenBank号MF192756）。设置不同电子供体、电子受体和电子传递体浓度,分析菌株ZQ21异化还原Fe（Ⅲ）性质。结果表明,在乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、葡萄糖、丙酮酸钠、乙酸钠和甲酸钠为电子供体时,菌株ZQ21利用丙酮酸钠还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到113.14 ±3.46 mg/L。菌株ZQ21以柠檬酸铁和氢氧化铁为电子受体时,累积Fe（Ⅱ）浓度分别为91.75 ±1.45 mg/L和58.39 ±4.34 mg/L,Fe（Ⅲ）还原效率存在显著差异。在电子受体为氢氧化铁时,添加不同浓度电子传递体蒽醌-2-磺酸钠（AQS）,旨在提高菌株ZQ21的Fe（Ⅲ）还原效率。当AQS浓度为1.50 mmol/L时,菌株ZQ21还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到80.28 ±3.95 mg/L,比对照组提高27%。铁还原细菌ZQ21能够有效利用可溶性以及不溶性电子受体进行异化铁还原,可进一步应用于海洋污染环境中微生物介导的异化Fe（Ⅲ）还原过程。     

反硝化菌株DA-1的脱氮研究

菌株DA-1被发现能在好氧和厌氧环境中将硝酸盐转化为气态氮。在以NO3-为唯一氮源的条件下研究了碳源、C/N和pH值对菌株DA-1好氧和厌氧反硝化脱氮的影响。结果表明:同等条件下,48 h内菌株DA-1的厌氧脱氮效率高于好氧脱氮率;菌株DA-1能在好氧和厌氧条件下利用乙酸、柠檬酸以及葡萄糖进行细胞增殖和反硝化。在厌氧条件下,三者作为碳源时的反硝化效率分别为(34.04±0.15)%、(22.72±0.32)%和(11.32±0.06)%,均低于好氧条件下的(25.38±0.14)%、(17.52±0.11)%和(8.06±0.01)%。2种条件下均是乙酸为碳源时反硝化效率最高。而丁二酸仅能在厌氧环境中作为电子供体参与反硝化反应。C/N越高越有利于菌株DA-1的厌氧反硝化,当C/N为10时,反硝化效率最高为(35.06±0.19)%。而在好氧条件下,菌株反硝化效率随着C/N的升高,先升高再降低,当C/N为8时,反硝化效率最高;好氧和厌氧脱氮的最适pH值为7.0。体系偏酸或者偏碱都会造成菌株DA-1脱氮效率的降低并出现亚硝酸盐累积。厌氧环境中pH=5.0时累积的亚硝酸盐浓度高达(8.95±2.05)mg/mL。     

共基质模式下铁盐脱氮反应器的运行性能及微生物学特征

铁盐作为自养反硝化电子供体时,被氧化产生的高价铁易于沉淀,使得反硝化微生物表面产生"铁壳",其抑制微生物的活性,甚至导致微生物死亡.为解决自养铁盐脱氮反应器因"铁壳"包被而导致的反应器效能下降问题,本文采用共基质模式培养铁盐脱氮反应器,即在反应器进水中适量添加少量乙酸钠,作为有机电子供体,以期实现铁盐脱氮反应器的高效、稳定运行.结果表明,添加适量有机物可使得铁盐脱氮反应器高效稳定运行,效能(以N计)达0. 51 kg·(m3·d)-1,稳定运行约30d.共基质模式下,反应器运行期间始终可以检测到异养菌.结合污泥的TEM检测结果,发现在铁盐脱氮反应器稳定运行期间,异养菌是铁盐脱氮主力军,其独特的铁盐代谢方式可有效避免铁壳形成.本项研究有效解决了铁盐脱氮过程中微生物"铁壳"包被难题,将助力于自养脱氮技术的研发及应用.     

Effect of ammonium on nitrous oxide emission during denitrification with different electron donors

Nitrous oxide(N2O) emission during denitrification is receiving intensive attention due to its high potential to cause greenhouse effects.In this study,denitrifiers were acclimated in sequencing batch reactors with methanol or acetate as the electron donor and nitrate as the electron acceptor.The effects of ammonium on N2O emission were examined in batch experiments with various electron donors.With the addition of ammonium,N2O emission increased under all the examined conditions compared to experiments without ammonium addition.With different electron donors,the highest ratio of N2O emission to the removed oxidized nitrogen was 0.70% for methanol,5.34% for acetate,and 34.79% for polyhydroxybutyrate.     

具有铁氧化和好氧反硝化功能的Achromobacter denitrificans strain 2-5对序批式反应器生物脱氮性能及群落结构的影响

对1株具有铁氧化和好氧反硝化功能的反硝化无色杆菌2-5(Achromobacter denitrificans strain 2-5)强化SBR反应器脱氮性能与细菌群落结构的影响进行研究。结果表明:在SBR反应器中,添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5能提高SBR反应器对NH₄+-N和TN的去除效果,与普通SBR反应器相比,NH₄+-N和TN的平均去除率分别提高了4.13%、15.73%。通过高通量测序分析,发现各反应器微生物群落结构组成存在差异。从门水平来看,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)为优势菌门。添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5使反应器中具有好氧反硝化功能的细菌多样性增加,强化了SBR反应器的脱氮效果,研究结果为Fe0促进好氧反硝化菌生长,强化污水脱氮提供了依据,有利于好氧反硝化菌的实际应用。