生物脱氮技术中好氧反硝化细菌的代谢及应用研究进展

微生物脱氮是水体氮素去除最常用的有效方式,具有高效、经济和二次污染小等特点.好氧反硝化细菌的发现是微生物脱氮技术的重要里程碑,为新型生物脱氮领域的研发提供了新出路.当前,探究好氧反硝化细菌的脱氮特性及各环境因子（如碳源种类、C/N、温度、pH、DO、盐度、重金属含量等）在好氧条件下对反硝化过程的影响已成为污染水体氮素逸出的研究热点.通过总结好氧反硝化细菌的脱氮机制、筛选来源和种类、鉴定、脱氮特性与环境影响因素及其在实际含氮污染水体中的应用,结果表明,好氧反硝化细菌种类丰富、存在环境广泛,脱氮效率一般在50%以上;目前,好氧反硝化细菌脱氮机理的研究主要停留在氮的转化方面,对其中心碳的代谢研究以及碳氮比对反应机理的具体影响尚未明确,需要进一步探究;有关好氧反硝化细菌的脱氮特性研究尚处于实验室小试或中试阶段.建议进一步筛选高效菌群,进行碳氮代谢途径研究,优化好氧反硝化细菌固定化技术,并将其应用于实际工程中,减少水体中的氮素污染,对于实现高效、经济的脱氮具有重要社会价值.      

新型固定化细胞膜反应器脱氮研究

研究了一种新型的废水土生脱氮反应器，即利用固定化细胞膜将反应器一隔为二，膜的侧与好氧的氨氮废水接触，另一侧与缺氧的乙醇 水溶液（反硝化碳源）接触，固定于膜中的硝化细菌将氨氮氧化成亚硝氮和硝氮，随即被同一膜中的反硝化细菌还原成氮气。硝化细菌和反硝化细菌混合固定于膜内时的氨氧化速率约为硝化细菌单独固定时的2倍。未发现碳源重复利用对脱氮过程产生不利影响。此新型反应器 可以稳定运行50天以上。     

SBR法对焦化废水生物脱氮研究

采用SBR工艺对焦化废水的有机物降解和生物脱氮进行了研究。试验结果表明。焦化废水的生物脱氮是以短程硝化／反硝化的途径存在的，而且在好氧阶段存在同时硝化／反硝化（sND）过程。好氧阶段的反硝化效率约占整个反应周期脱氮效率的37．0％。SBR反应器对NH3-N的去除效率在95．8％-99．2％．CODCr的去除效率在85．3％～92．6％。由于出水中NO2-N的积累。NO2—N对CODCr浓度贡献值得关注。     

曝气生物滤池工艺脱氮性能及反硝化细菌群落结构特征研究

比较了两组不同填料组合的前置反硝化曝气生物滤池(biological aeration filter,BAF)脱氮工艺:陶粒-沸石BAF工艺(C-Z BAF)和沸石-陶粒BAF工艺(Z-C BAF),在不同C/N条件下的脱氮效果及滤料表面的反硝化细菌群落结构特征.结果表明,Z-C BAF对TN的平均去除效率高于C-Z BAF,且在低C/N条件下Z-C BAF的优势更加明显,当C/N为3.3时Z-C BAF的TN平均去除率比C-Z BAF高出20%.测定2种组合在不同C/N条件下的反硝化细菌群落结构发现,随着C/N的降低,2种组合反硝化细菌的物种丰度和多样性显著下降.低C/N条件下,Z-C BAF整个好氧滤池的nosZ基因优势T-RFs相对丰度>20%,而C-Z BAF好氧滤池顶端样品不能有效扩增到nosZ基因,可推断Z-C BAF的同步硝化反硝化功能优于C-Z BAF.在低C/N条件下Z-C BAF的脱氮效率明显高于C-Z BAF,因此Z-C BAF在低C/N且低浓度的有机废水处理方面更有潜力.     

沸石强化生化装置脱氮功能的效果及机理初探

针对石化工业废水开展沸石强化脱氮处理试验研究,通过比较沸石浓度25mg/L与空白,以及沸石浓度25 mg/L与50mg/L两阶段脱氮效果,探讨沸石促进脱氮功能的机理,结果表明,曝气池中投加沸石可明显提高氨氮和总氮的去除率,硝化细菌总数和硝化功能也得到增强。与空白对照组相比, 沸石浓度25mg/L的试验组运行稳定后,氨氮去除率提高约10%~13%,总氮去除率约提高13%,出水中NO3--N含量约提高100%,氨氮与总氮之比下降6%,内源硝化耗氧呼吸速率可提高138%,硝化细菌总数是空白对照组2.2folds。沸石浓度提高到50mg/L后,试验组的脱氮效果略有增加,但效果不明显。通过对试验结果的关联分析,认为沸石提高系统脱氮能力的原因一方面是因为沸石对NH4+及硝态氮的交换吸附,另一方面NH4+离子富集于沸石表面及内部、沸石颗粒独特的好氧-缺氧微环境,以及沸石离解出CO32- 或HCO3-增加碱度等条件,促进了硝化细菌和反硝化细菌的生长,从而提高了系统脱氮能力。     

一种新型的工业含氮废水处理工艺—SBR法脱氮工艺

生物脱氮包括硝化与反硝化两个过程.硝化过程主要是在亚硝化细菌和硝化菌的作用下,将废水中的氨氮氧化成亚硝氮,再进一步氧化成硝氮的过程,这一过程是在好氧的条件下完成的,一般要求溶解氧在2.0mg/L以上,经过硝化的废水,在缺氧条件下,由反硝化细     

pH值及碱度对焦化废水处理效果的影响

采用SBR工艺处理焦化废水,探讨了pH值及碱度对有机物降解及生物脱氮的影响。试验结果表明,pH值8.5~9.2时,COD和NH3-N去除率均较高。出水NO2-积累,生物脱氮以短程硝化—反硝化的途径进行,NO2-对COD浓度的贡献值得重视。好氧反硝化脱氮约占总氮去除率的30.3%。     

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.     

一株耐高温好氧反硝化菌的筛选及特性研究

从燃煤电厂生物滴滤系统填料的生物膜上筛选分离出一株高效好氧反硝化细菌JH8。经生理生化鉴定和16S r DNA序列分析,鉴定该菌为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。对菌株JH8进行反硝化特性研究,发现该菌可以分别以硝酸盐和亚硝酸盐为氮源,在50℃条件下进行好氧反硝化,24 h内的脱氮率高达86.96%和97.63%。通过单因素实验得到该菌最优脱氮条件:以柠檬酸钠为碳源、转速为160 r/min、C/N为16,优化后该菌24 h内脱氮率可达99%。该菌的分离对于研究高温环境下的好氧反硝化机理具有重要意义。     

好氧反硝化菌群强化A/O工艺脱氮性能研究

厌氧/好氧（A/O）活性污泥法是应用最广泛的污水处理工艺之一,然而该工艺脱氮效率通常只有70%～80%,且需要较大的混合液回流比,导致其能耗偏高。该研究从活性污泥中筛选分离出多株好氧反硝化细菌并进行了优化组合,构建了高效好氧反硝化菌群,并应用于强化A/O反应器O池脱氮。结果表明,组合AD-1+AD-5+Z1脱氮效率最高,其最佳脱氮条件为30℃、pH 7～9、摇床转速150 r/min、C/N=10,在此条件下其对SNDM培养基中TN去除率达到98.38%。强化A/O工艺中混合液回流比从200%降低至50%,TN去除率仅略微降低2.5%,与传统A/O工艺相比,强化A/O主要脱氮途径由缺氧反硝化变为同步硝化反硝化。通过好氧反硝化菌群强化脱氮,A/O工艺可节省60%的回流能耗,对于降低该工艺的污水处理运行成本具有重要意义。     

苯酚对厌氧氨氧化工艺耦合反硝化的启动及脱氮性能的影响

研究了ANAMMOX耦合异养反硝化反应器的启动过程,考察了苯酚浓度对耦合反应器脱氮性能的影响.接种2L(占反应器有效容积的20%)挥发性悬浮固体(MLVSS)为6000mg/L的ANAMMOX颗粒污泥,在pH7.8、温度为25℃、HRT为1.5h的条件下经过86d的培养,ANAMMOX耦合异养反硝化启动成功.实验结果表明,在稳定运行阶段,NH4+-N、NO2--N和TN平均去除率分别为85.4%、86.1%和79.9%,TN平均容积负荷和TN平均去除负荷分别为2.63,2.10kg/(m3·d);ANAMMOX颗粒污泥外面包裹着苯酚反硝化菌;系统内异养反硝化与ANAMMOX存在协同和竞争关系.当苯酚浓度≥0.3mmol/L时,ANAMMOX菌的活性受到很大抑制,苯酚浓度的升高加剧了苯酚反硝化菌与ANAMMOX菌之间的竞争;从脱氮效果及系统稳定两方面综合考虑,当苯酚浓度为0.2mmol/L时,耦合效果最好,消耗的NH4+-N、NO2--N与生成的NO3--N之比为1:1.52:0.11.     

耐盐好氧反硝化菌筛选及其反硝化特性的研究

为了筛选耐盐好氧反硝化菌,对活性污泥进行耐盐与好氧反硝化驯化后,分离得到具有很强反硝化能力的菌株GQ-42,经菌落形态特征观察、生理生化测定及16S rDNA测序及同源性比较等过程,鉴定为蜡状芽孢杆菌.通过对菌株GQ-42进行反硝化特性的研究,确定适宜的反硝化条件为:碳氮比≥6,温度26～38℃,pH6.0～9.0,溶...     

SBR工艺中反硝化除磷特性研究

在ＮＯ^-₃-N/COD为0.04、0.095、0.125和0.27条件下,采用SBR反应器研究了反硝化除磷的特性.试验表明,污染物与控制参数（pH、ORP、 DO）具有良好的相关性.在搅拌阶段,ORP可以指示是否发生了反硝化聚磷反应;在好氧阶段,上述3个参数都可以监测TN浓度的低谷（NAS point）,但是pH最为灵敏.在NAS point排放上清液,能提高反应器的效率和出水水质.在反硝化聚磷的过程中,反硝化聚磷菌（DPBs）首先快速将ＮＯ^-₃-N转化为某种中间产物,然后再将该产物逐渐转化为N₂.有机碳源对DPBs的除磷能力有较大影响,当ＮＯ^-₃-N/COD大于0.095时,随着比值的升高,DPBs除磷能力增强.结果表明,为取得良好的反硝化除磷效果,ＮＯ^-₃-N/COD应不低于0.125.     

不同电子受体对反硝化除磷菌缺氧吸磷的影响

利用厌氧/缺氧/好氧交替运行模式培养和富集反硝化除磷污泥,通过在缺氧段分别投加不同浓度的硝酸盐和亚硝酸盐,进行了反硝化除磷菌（DPB）在不同电子受体条件下的缺氧吸磷试验.结果表明,在保证有足够的硝酸盐电子受体的情况下,DPB的缺氧吸磷速率几乎不受硝酸盐浓度的影响,在试验条件下,缺氧阶段每消耗1 mg NO^-₃-N吸收约1 mg PO^３－_４-P;在一定浓度条件下,亚硝酸盐能够作为电子受体参与DPB反硝化吸磷,DPB在较低亚硝酸盐浓度（NO^-₂-N在5～20 mg/L范围）下的缺氧吸磷速率高于以硝酸盐为电子受体时的缺氧吸磷速率,并且缺氧吸磷速率在这个范围内随NO^-₂-N浓度的升高而降低;亚硝酸盐对DPB缺氧吸磷的抑制程度随其浓度的增加而增强,当NO^-₂-N≥35 mg/L时,DPB的缺氧吸磷反应几乎完全停止.     

复合碳源填料反硝化脱氮及微生物群落特性

为探讨低碳氮比污水厂尾水的深度脱氮技术,以碱处理玉米芯、零价铁和活性炭组成的复合碳源作为填料,考察反硝化生物脱氮滤柱的运行效果,并借助Miseq高通量测序技术对滤柱生物膜的微生物群落组成和结构进行解析.结果表明,复合碳源填料进行反硝化脱氮时,能有效的被微生物利用并获得较高的TN去除率.在温度为28℃左右,反硝化滤柱进水NO3--N浓度为20~30mg/L、HRT=7.7h时,TN去除率可达到95%以上,出水TOC在15mg/L左右;微生物在属水平进行聚类分析结果表明,生物膜中与反硝化作用有关的菌属和与纤维素降解有关的菌属分别占已知菌属的40.35%和29.04%.因此,污泥中反硝化作用菌属和纤维素降解有关的菌属的大量存在,为复合碳源填料高效反硝化作用提供了可能.     

厌氧氨氧化反应器启动方法的研究

研究了以自养型反硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器的可行性.结果表明,采用先培养自养型反硝化生物膜,再启动厌氧氨氧化反应器的方法,可在110d内成功启动厌氧氨氧化反应器,反应器的容积总氮负荷为0.145kg/(m³d),NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率分别为98.59%和99.08%.启动初期,厌氧氨氧化反应器的出水pH值低于进水pH值,随启动过程的推进,进出水pH值趋向一致.稳态运行时,反应器内呈碱性,NH₄⁺-N去除量、NO₂^--N去除量和NO₃^--N生成量的比值为1:1.01:0.19.启动过程中,NH₄⁺-N去除量与NO₂^--N去除量、NO₃^--N生成量之间的比值,以及反应器内pH值和污泥颜色的变化,可以指示厌氧氨氧化反应器的启动进程.     

生物法废气脱硝研究

将城市生活污水处理厂活性污泥中的反硝化细菌培养挂膜到填料塔中,进行从模拟废气中脱除ＮＯｘ的效果性能实验研究,该生物膜填料塔能有效地脱除废气中的ＮＯｘ,ＮＯ２的去除率可达９９％以上,ＮＯ的去除率可达９０％左右。该法最适宜的温度为３０￣４５℃,进口ＮＯ浓度（５０￣５００ｍｇ／ｍ＾３）对其去除率几乎没有影响,随着废气流量的增加,ＮＯ的去除率逐步降低。     

Diaphorobacter sp.PDB3菌好氧反硝化脱氮特性

研究了Diaphorobactersp.PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化特性.经过分析比较确定柠檬酸钠是好氧反硝化最佳碳源,采用响应面法对影响好氧反硝化的条件（温度、pH值、发酵罐转速、碳氮比）进行优化,构建出好氧反硝化数学模型.本模型预测值与实测值相关性非常好,预测PDB3菌发酵罐内好氧反硝化最佳条件：pH值、碳氮比、温度、转速分别为7.3、8.1、30.1℃、299.9r/min,最佳好氧反硝化比速率为2.25h^-1.验证实验表明,PDB3菌在发酵罐内好氧反硝化比速率为2.12h^-1,误差仅为5.8%.通过氮平衡分析表明,29.0%的总氮去除量转化为胞内氮,氮损失占总氮去除量的67.3%,细胞主要通过好氧反硝化作用和细胞同化作用脱氮.荧光定量PCR分析测定好氧反硝化过程中脱氮基因（napA,nirS,cnorB,nosZ）的表达水平以进一步解释脱氮特征,为Diaphorobacter sp.PDB3菌的实际应用提供一定的理论依据.     

利用硝酸盐还原菌处理甲醇废水的研究

主要探讨了硝酸盐还原菌在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体处理甲醇废水的可行性。结果表明，采用该法处理甲醇废水是可行的，最佳Ｎ／Ｃ比为１．４，ＣＯＤＣｒ去除率及ＮＯ＾－３－Ｎ利用率均可达到８０％以上。每消耗１ｍｇ的ＮＯ＾－３－Ｎ可以除２．９９２ｍｇ ＣＯＤＣｒ该值与进水浓度，Ｎ／Ｃ比及停留时间关系不大。