基于好氧甲烷氧化菌的反硝化效能及微生物群落研究

采用气体循环序批式生物膜反应器（gcSBBR）,构建反硝化型甲烷好氧氧化（AME-D）系统.考察了进水氮负荷的影响,发现氮负荷为0.075kg/（m³·d）时,硝酸盐氮去除率达到98.93%,其反硝化速率为74.25mg/（L·d）,系统的甲烷日平均消耗量为35.91%（初期为50%）;扫描电子显微镜（SEM）分析结果显示,系统中的微生物主要以短杆菌（12~18 μm）为主,并存在少量的丝状菌（长150~200μm）;16S rRNA高通量测序结果显示,该系统中的甲烷氧化菌为Methylocaldum、Methylomonas、Methylococcus和Methylococcaceae_unclassified,反硝化菌为Denitratisoma、Hydrogenophaga、Azoarcus、Thiobacillus和Rhodobacter,其中主要的功能微生物为Methylocaldum、Denitratisoma和Hydrogenophaga,系统对氮的去除是由好氧甲烷氧化菌与反硝化菌协同实现.此外,系统中存在大量以甲醇和甲基胺类物质为生长基质的Methylophilaceae_uncultured（30.4%）.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

含硝氮废水的好氧反硝化处理及其系统微生物群落动态分析

利用好氧反硝化细菌强化生物陶粒反应器处理含硝氮废水,探讨了生物陶粒反应器中好氧反硝化生物脱氮的实现过程,并运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.结果表明,在水力负荷0.75 m/h,气水比5∶1～10∶1,水温15～23℃,进水COD负荷1.92～5.98　kg/(m³·d),硝氮负荷0.60～1.34 kg/(m³·d)的条件下,生物陶粒反应器在稳定运行阶段可以基本实现对硝酸氮的完全去除,对总氮的去除率最高可达95.73％,出水中亚硝酸盐一直保持在较低水平.PCR-DGGE指纹图谱显示,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.在整个运行阶段,好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在,并始终是优势菌群.     

甲烷氧化耦合污水脱氮研究进展

污水处理厂厌氧池或污泥厌氧消化系统存在着溶解态甲烷(DCH₄)外溢风险，不仅会造成直接碳排放，也形成资源/能源的浪费.另一方面，污水处理厂常常需要外加碳源来满足脱氮需要，导致运行成本增加和间接碳排.若转换思路，利用CH4作为脱氮碳源，则有可能一箭双雕地解决问题.基于此，首先综述了好氧与厌氧甲烷氧化形式、发现/发展路径，并剖析它们的代谢途径及相关微生物.以此为基础，重点总结以NO₃^-、NO₂^-、甚至强温室气体N₂O作为电子受体的厌氧甲烷氧化途径，并从经济性和碳减排等方面论述甲烷厌氧氧化耦合反硝化(DAMO)工艺的潜在应用前景.最后，从接种微生物、培养环境等方面剖析DAMO工程应用的技术限制与瓶颈.综述表明，好氧甲烷脱氮技术功能微生物所需生存环境相左，致使工艺在实践中难以应用；相形之下，厌氧甲烷反硝化技术则较具应用潜力，但仍需深入研究，以提高功能微生物的鲁棒性.     

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程强化新视角:排泥及其微生物机制研究

亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(Nitrite-dependent anaerobic methane oxidation, n-DAMO)是微生物在厌氧条件下利用甲烷还原亚硝酸盐的过程.本研究通过排泥的策略对n-DAMO过程进行强化,并比较分析了反应器中微生物的群落结构及功能微生物数量.结果发现,与对照组相比,排泥后实验组反应器的脱氮速率从17.00 mg·L~(-1)·d~(-1)提高到73.10 mg·L~(-1)·d~(-1).排泥后反应器中n-DAMO细菌的相对丰度从38.3%上升到67.7%,功能微生物的基因拷贝数由1.404×10~8 copies·g~(-1)增长到4.854×10~8 copies·g~(-1),污泥比活性提高了2.95倍.与之相反,初始反应器中其余优势微生物Unclassified_GCA004、Unclassified_Rhodocyclaceae、Unclassified_Fimbriimonadaceae与Methylosinu相对丰度分别下降为原来的27.66%、32.65%、4.35%、20.27%.结果表明,排泥可以有效地强化n-DAMO过程,同时促进功能微生物的生长,主要原因在于排泥排出了非目标微生物,使得目标微生物大量生长.本研究为强化n-DAMO过程及加快n-DAMO微生物的富集提供了一条新思路,并为进一步推动n-DAMO过程的工程应用提供了理论基础.     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

强化反硝化除磷的新型多级缺氧-好氧工艺

基于多级缺氧-好氧(MAO)工艺和反硝化除磷理论,设计一种具有反硝化除磷功能的新型MAO工艺(DPR-MAO).实验探究了该工艺的脱氮除磷效能以及各反应池的微生物群落特征.工艺运行结果表明,稳定期COD、TN、NH4+-N和TP的平均出水浓度分别为7.07,9.04,0.34,和0.49mg/L,平均去除率分别为98％...     

微生物介导厌氧甲烷氧化反硝化过程及其反应机制探讨

微生物进行的厌氧甲烷氧化反硝化过程是减少自然环境中甲烷这一温室气体排放的重要生物途径,即反硝化型甲烷厌氧氧化(denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)。反硝化型甲烷厌氧氧化是指在厌氧条件下以甲烷作为电子供体,NO2-/NO3-作为电子受体的反硝化过程。Candidatus Methylomirabilis oxyfera细菌和Candidatus Methanoperedens nitroreducens古菌是参与DAMO过程的2类主要功能微生物。深入了解微生物介导的DAMO的发生机理以及影响因素,有助于更好地理解碳氮耦合在生物地球化学循环中发生的重要作用,为DAMO工艺的开发与应用提供理论依据。本文从功能微生物的富集、影响因素、生理特性、生物代谢与反应机制等方面对DAMO的最新进展进行阐述,并探讨了DAMO未来的研究方向与应用前景。     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.     

一株好氧反硝化菌的反硝化性能研究

从长期运行的生物滤塔中筛选出一株好氧反硝化菌株A1,经鉴定为恶臭假单胞菌Pseudomonas putida。文章目的是对A1的反硝化特性进行研究,结果表明A1菌株在好氧条件下能有效去除培养液中的硝酸盐氮,24h脱氮率可达到94.84%。C/N对菌株A1的好氧反硝化能力有很大影响,当C/N>5时,基本能够进行完全的反硝化。和其他已报道的好氧反硝化菌相比,A1菌株有着更高的氧耐受浓度。菌株A1能够以硝酸盐或亚硝酸盐和氧气为电子受体进行协同呼吸,硝酸盐呼吸和亚硝酸盐呼吸都具有较高的脱氮效率,并且亚硝酸盐呼吸要较硝酸盐呼吸更容易进行。以丁二酸盐、葡萄糖和乙酸盐作为碳源时,其脱氮效果均要明显好于乙醇作为碳源。     

不同接种物对富集反硝化型甲烷厌氧氧化微生物的影响

在厌氧条件下,反硝化型甲烷厌氧氧化过程(Denitrifying anaerobic methane oxidation,DAMO)以CH_4为电子供体,以NO_3~-或NO_2~-作为电子受体,可同时实现甲烷氧化和废水中脱氮.本文利用两种电子受体(NO_3~-、NO_2~-)及不同接种污泥成功富集了4种DAMO培养物,研究了不同接种物对富集DAMO微生物的影响.结果表明,NO_3~-对富集DAMO古菌具有重要作用,而NO_2~-则对DAMO细菌的富集过程有较大影响.其次,在富集培养过程中,NH_4~+的存在会获得厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)细菌与DAMO古菌的混培物,并形成协同关系,而DAMO细菌却因与Anammox细菌竞争而被淘汰.当NH_4~+不再加入,NO_3~-成为唯一氮源时,DAMO细菌重新出现并与DAMO古菌形成一种新的协同关系.此外,以淡水河道底泥、淡水湖泊底泥及水稻田土壤的混合物作为接种污泥而得到的DAMO富集培养物,其脱氮速率比以淡水河道底泥、活性污泥及厌氧消化污泥的混合物作为接种污泥的富集培养物高出3.3倍,但后者在驯化时间上缩短了36%.     

同步硝化反硝化好氧颗粒污泥脱氮过程条件研究

具有同步硝化与反硝化功能的好氧颗粒污泥适合好氧与厌氧微生物生长代谢。反应液中氨氮浓度为201mg／L时，在6h反应周期内氨完全被氧化，出水中检测不到NO2^-—N，仅残留2mg／L的NO3^-—N。颗粒污泥优化的反应条件为：温度25～38℃；pH7～8；溶解氧浓度1～2mg／L。好氧颗粒污泥对COD和氨氮的亲和常数分别为100mg／L和2mg／L。     

垃圾渗滤液处理反应器中好氧反硝化研究

为了探讨厌氧折流板-生物接触氧化工艺处理垃圾渗滤液好氧反应器的脱氮机理,采用反应器氮平衡的原理对脱氮问题进行了研究。研究结果表明:生物接触氧化反应器在进水pH=7.27、T=35℃和DO=0.5mg/L情况下发生了好氧反硝化,可用微环境理论来解释这一现象的发生;本试验生物接触氧化反应器中DO浓度,pH值,温度和泥龄为好氧反硝化的发生创造了适宜的条件。     

反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)系统pH值耦合模型研究

对3个具有不同优势菌种反应器中厌氧氧化(DAMO)过程与pH值进行动力学耦合,结果表明,在25℃,Anammox-DAMO混培系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度和铵盐初始抑制浓度分别为3.95mg/(L·d),182.63,196.40mg/L;Nitrate-DAMO系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度分别为4.3...     

好氧反硝化菌株的鉴定及其反硝化特性研究

从活性污泥中分离得到1株好氧反硝化细菌C3,并对其反硝化能力进行了研究.结果表明,C3菌株在好氧条件下能有效去除培养液中的硝酸盐氮,其脱氮率可达90％以上.通过对该菌株的形态观察,生理生化实验以及16S rDNA序列分析,确定菌株C3为假单胞菌（Pseudomonassp.）,同时分析了其在系统发育中的分类地位.对菌株C3的生态影响因子研究表明,其反硝化最适宜的温度和pH值分别为30℃和7.0.和其他已报道的好氧反硝化菌相比,C3菌株有着更高的氧耐受浓度.C/N对菌株C3的好氧反硝化能力有很大影响,其最适宜的碳氮比是在5.5～6.0,在此区间能进行完全的反硝化.     

富氧条件流离反应器内好氧反硝化特征

基于连续流A/O流离生物膜反应器内同步硝化反硝化的研究结果,以流离生物膜内菌群为整体研究对象,在富氧条件下,对依赖不同氮源生存的细菌的活性、以及具有的反硝化特征进行了研究.研究结果表明,温度25~30℃、溶解氧4.0~6.0 mg·L-1条件下,低碳氮比废水在硝化菌和好氧反硝化菌共同作用下,总氮和氨氮浓度稳步下降,亚硝酸盐和硝酸盐在试验持续时间内无明显积累现象.再分别以硝酸盐氮和亚硝酸盐氮为氮源,在高温(40℃)条件下18 h内即被完全去除,证明流离生物膜内的好氧反硝化菌脱氮效果好,且对高温水环境耐受力强.相对于单一菌群的反硝化研究,以多种细菌整体为研究对象的试验研究具备实际应用的可能性.     

矿化垃圾中的甲烷氧化-反硝化耦合特性研究

设计全因素实验研究了填埋龄10～12年的矿化垃圾中的甲烷氧化反硝化耦合特性.结果表明,每g矿化垃圾中甲烷氧化菌、反硝化细菌可达109个数量级,适合作为甲烷氧化-反硝化耦合反应介质.CH4、O2和NO3--N浓度对CH4去除有明显影响(p＜0.01),其大小顺序为CH4＞O2＞ NO3-N,且3种因素具有显著的交互作用(P＜0.01).NO3--N对甲烷氧化的抑制或者促进作用主要与环境中的O2浓度和C/O比有关.相对较低的CH4初始浓度和较低的C/O、C/N比有利于甲烷氧化和反硝化作用耦合,而且反应产物中N2O含量较低.当CH4、O2浓度分别为10％,20％时,甲烷去除率能达到97.7％,产生的N2含量为11.5％以上,且N2O的产生量低于0.2％.     

基于Miseq的好氧反硝化菌源水脱氮的种群演变

为了研究好氧反硝化菌源水脱氮过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对投菌和对照两系统水体样本的微生物信息进行统计,并对两组样品进行了优化序列统计,OTU分布统计和分类学分析的基础分析;以及细菌群落结构,PCA,Rank-Abundance,Hcluster,Specaccum和OTU分布的高级分析.结果显示,投加贫营养好氧反硝化菌的源水系统的氮素得到有效去除,脱氮效果明显;层次聚类和主成分分析显示两系统内的群落结构发生变化,投菌系统与对照系统主要表现为变形菌和拟杆菌门;细菌主要门类和水质参数的相关性分析得出,水质指标对两系统群落变化作用明显;与此同时,投菌系统中有关氮循环的细菌有上升的变化过程. Miseq高通量测序研究源水脱氮过程的微生物种群演变可行,为研究原位生物脱氮过程的水体微生物群落演变提供技术支撑.     

耐药异养硝化—好氧反硝化菌筛选及脱氮研究

为消除医药化工废水高盐度及硝基化合物、杂环芳烃对微生物脱氮的抑制影响,该文以含有杂环化合物医药废水的处理厂活性污泥为对象,从中筛选对有毒有机物耐受的菌株X4。根据其系统发育和表型遗传鉴定为Acinetobacter haemolyticus。探究该菌株异养硝化-好养反硝化特性及在不同碳源、C/N、温度、转速、pH条件下的脱氮效能。结果表明,菌株X4在硝化、反硝化培养基中24 h内氨氮、硝酸盐氮去除率分别为99.14%、90.95%,在实际高盐难降解医药废水处理中氨氮去除率也有52.62%,36 h内对废水COD降解速率达到93.33 mg/(L·h)。当菌株X4在以碳源为丁二酸钠、C/N为12、温度为30℃、pH为9、转速为170 r/min条件时脱氮效果最佳。菌株X4对温度及p H耐受范围广,对C/N要求低,在高盐医药化工废水处理方面具备应用价值。     

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.