不同碳源下硫还原地杆菌对反硝化过程的影响机制探讨

硝酸盐是废水中常见的污染物,其具有较高的氧化还原电位,在水中的去除主要依靠微生物的反硝化作用.目前的初步研究表明,电活性细菌能够和反硝化细菌通过互营生长加速反硝化过程.为探究在不同外加碳源下电活性细菌对反硝化过程的影响,选取不能够利用硝态氮作为电子受体的模式电活性细菌硫还原地杆菌(G.sulfurreducens PCA)与不同碳源(乙醇、丙酸或葡萄糖)驯化得到的反硝化细菌进行共培养.结果表明,改变碳源为乙酸盐后,不同体系中硝态氮的去除效率达到了94%.碳源的改变造成了不同程度的反硝化滞后现象,在当以乙醇为外加碳源时,G.sulfurreducens PCA的加入能够将迟滞时间缩短3 h,其反硝化速率可达到186 g·m~(-3)·d~(-1),同时产生的亚硝氮含量也相对最低.但以葡萄糖作为反硝化外加碳源时,迟滞时间最短,但加入G.sulfurreducens PCA后会延长反硝化所需的时间,这可能是与反硝化细菌同G.sulfurreducens PCA竞争体系中的乙酸盐碳源有关.分析微生物群落结构变化发现,G.sulfurreducens PCA的加入提高了反硝化细菌的相对丰度,使其能够适应因碳源改变而产生的对反硝化细菌的生长抑制现象.     

长期施肥对稻田不同土层反硝化细菌丰度的影响

为了探讨长期施肥对稻田不同土层关键反硝化功能种群丰度的影响及核心驱动因子,以湖南宁乡长期施肥定位试验田为平台,选取不施肥（CK）、全量化肥（NPK）和秸秆还田（ST）3个处理,结合实时荧光定量PCR（qPCR）技术,系统分析了稻田不同土层（0~10,10~20,20~30,30~40cm）关键反硝化功能基因（narG、nirK和nirS）的丰度及其与土壤理化性质的内在联系.结果表明,相比于不施肥处理（CK）,施肥处理（NPK和ST）在0~40cm土层土壤SOC、TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N和Olsen-P分别显著增加了2.2%~83.6%,3.5%~58.3%,70.8%~222.1%,0.9%~83.7%和16.5%~94.5%,pH值下降了0.31~0.67个单位;长期施用化肥和秸秆使narG、nirK和nirS基因丰度分别增加0.75~7.18倍,1.57~3.02倍和0.53~3.81倍,其中秸秆还田对反硝化细菌数量的影响比单施化肥更显著;稻田narG、nirK和nirS反硝化型细菌的丰度随土层深度增加而逐渐降低,具有明显的垂直分布特征;RDA分析结果显示,土壤养分如SOC和TN是影响水稻土narG、nirK和nirS反硝化型细菌垂直分布的关键因子,而pH值是调控反硝化细菌在稻田底土分布的核心驱动因子.研究结果可为提升稻田土壤肥力和减少稻田氮素损失和温室气体排放提供理论依据.     

A2N-SBR短程硝化反硝化系统内菌种培养驯化的试验研究

为了研究A2N-SBR短程硝化反硝化系统内亚硝化细菌和短程反硝化聚磷菌的培养驯化,以实际生活污水为试样,对A2N-SBR系统内N-SBR反应器和A2-SBR反应器的菌种分别进行培养驯化.结果表明:在温度为26 ～ 28℃,pH值为7.5～8.0,DO质量浓度为0.4～0.8 mg/L的条件下,经过38 d的连续运行,在N-SBR反应器内驯化出了亚硝化细菌,氨氮的去除率和亚硝化率分别达到97.0％和96.5％;在温度为25～26℃,pH值为7.0～8.0的条件下,采用先厌氧/好氧后厌氧/缺氧的运行方式,经过78 d的连续运行,在A2-SBR反应器内驯化出短程反硝化聚磷菌,COD和PO4-3-的去除率分别达到86.2％和96.4％,NO;-N的质量浓度也由29.9 mg/L降为0.35mg/L.研究表明,通过控制适宜的环境条件,在A2N-SBR系统的N-SBR反应器和A2-SBR反应器内能够分别培养驯化出亚硝化细菌和短程反硝化聚磷菌.     

堆肥中硝化细菌的筛选及其特性研究

以牛粪和甘蔗叶为堆肥原料,从实验室自制的强制通风发酵罐堆肥的降温阶段筛选出一株具有高效硝化作用的菌株N7。通过生理生化实验等方法对N7进行初步鉴定,验证并从pH、温度、转速、接种量及初始碳氮源浓度方面探究影响其硝化作用的条件。实验结果表明:菌株N7是一种可以利用亚硝酸盐转化成硝酸盐的细菌,在pH为3,温度为30℃,转速为140 r/min,接种量为1%,初始氮源浓度为0.2%,初始碳源浓度为0.05%时,其将亚硝酸根转化为硝酸根的效率达到最高。     

四区一体反应器冬季启动脱氮特性及硝化菌群结构分析

我国分散型污水处理问题亟待解决,研究开发了四区一体式生物膜-活性污泥生物脱氮反应器,采用梯度缩短HRT方法,考察了冬季8~15℃水温环境下的反应器COD、NH+4-N、TN去除效果,同时,采用荧光原位杂交技术(FISH)对种泥及其启动过程中的生物膜硝化菌群(AOB、NOB)结构进行分析,并对反应器运行效果与功能微生物的相关关系进行了探讨.结果表明,在HRT为9.2 h下COD、NH+4-N、TN去除率分别为92.11%、99.21%、61.63%;启动末期生物膜内AOB、NOB数量是种泥的5.82倍、6.14倍,硝化细菌占总菌量由6.12%上升至16.38%,成为生物膜的优势菌群;末期硝化效率由初期78.49%上升至97.52%,NOB数量增长5.61倍,AOB/NOB值优化为1.47,反应器内富集生长的AOB、NOB及合适的AOB/NOB比值是确保硝化出水水质的重要保障.     

人工湿地中反硝化细菌的筛选及鉴定

用平板划线的方法分离和纯化湿地中的反硝化细菌,从陶粒、碎石和分子筛中共筛选到19株具有潜在反硝化能力的菌株,根据生长速度和外观形态,将其归为4类。分离出的菌株中硝氮去除率在50%以上的菌株有15株,其中去除率最高的菌株为FZS1、FZS4和FZS6,分别为99.67%、98.06%和97.26%,都为兼性厌氧、可运动性细菌。     

反硝化抑制硫酸盐还原的工艺特性

本实验通过建立一套两级串联UASB反应器研究油田集输系统及高含盐量废水中反硝化抑制硫酸盐还原的工艺处理特性,并在工艺稳定运行后对形成的颗粒污泥性状及微生物特性进行研究.结果表明,添加Na NO2可促使反应体系中反硝化细菌(denitrifying bacteria,DNB)数量由7.0×103CFU·(100 m L)~(-1)增加至7.3×105CFU·(100 m L)~(-1)并保持稳定,DNB对硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)的竞争抑制作用导致SRB数量由8.0×105CFU·(100 m L)~(-1)减少,稳定至7.6×104CFU·(100 m L)~(-1),同时,硫酸盐还原过程被抑制,硫离子的抑制率不断增加,最终稳定至82%.生物量与亚硝酸盐的质量比为1 200时,反应体系对S2-的抑制率最高,达到92%,可实现较好的硫酸盐还原过程抑制效果;该工艺对其抑制率可保持在92%左右,具有较好的稳定性.形成的反硝化颗粒污泥为棕褐色,基本为椭球形和球形,表面光滑且密实.反硝化抑制前,颗粒污泥的粒径多分布于1.0~1.4 mm,平均粒径为1.17 mm,经反硝化抑制后,粒径多分布在1.2~1.6 mm,平均粒径为1.21 mm,反硝化抑制过程促进污泥粒径的小幅增加;形成的反硝化颗粒污泥平均沉速为47.6 m·h~(-1),沉降性能较好.PCR-DGGE分析结果表明,反硝化抑制作用使微生物菌种由18种减少至14种,优势菌种由4种减至3种,多样性降低,反硝化抑制前后微生物种群相似性为62.6%,种群结构发生较大改变,优势菌群由SRB演变为DNB,SRB优势菌种由4种减至2种,同种菌的丰度明显降低;反硝化抑制过程的主要功能菌为Uncultured Sulfurimonas sp.,是一种自养型反硝化细菌,与SRB抢夺电子并占优势,抑制硫酸盐还原过程及SRB生长繁殖,从而抑制硫化物的产生.     

高效反硝化菌和包埋填料性能及微生物群落分析

为考察高效反硝化细菌及其包埋填料对低温、低底物浓度的适应性和恢复性,实验采用2个条件(适宜、不利)、3个阶段(D_1、D_2、D_3),探究二者的反硝化能力,即:将初始适宜条件下培养的高效反硝化细菌[300 mg·(L·h)~(-1)]置于不利条件下运行(D_1),反硝化性能稳定后将其包埋,仍置于不利条件下运行(D_2),90 d后恢复到适宜条件(D_3).结果表明分别经过17d和16 d的运行,反硝化细菌和包埋填料在D_1、D_2阶段的速率最终稳定在5.4 mg·(L·h)~(-1)、4.8 mg·(L·h)~(-1),说明细菌及其包埋填料能够适应低温、低底物的不利条件;在D_3阶段发现,经过12 d运行填料的反硝化速率就可达到300mg·(L·h)~(-1),表明其具有快速的自我恢复能力.利用扫描电镜分析包埋填料的内外结构,发现其内外结构均利于细菌生长代谢和传质.高通量测序分析结果表明,D_2阶段的优势菌属仍为具有反硝化功能的Pseudomonas、Thauera、Gelidibacter,因而证明了细菌在不利条件的适应性;D_3阶段包埋填料的优势菌属Thauera、Petrimonas、Pseudomonas,与初始适宜条件下培养的高效反硝化细菌的优势菌属完全相同,这也充分证明了细菌包埋填料具有良好的恢复能力.     

硫酸粘菌素对土壤反硝化细菌nirS、nosZ基因多样性的影响

建立室内的土壤硫酸粘菌素暴露胁迫模型,采用末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)技术分析不同浓度硫酸粘菌素残留对土壤反硝化细菌的影响。结果表明,每个处理组nirS、nosZ基因的分类操作单元(Operational Taxonomic Units,OTU)总数均比对照组低,且nirS基因呈现剂量依赖效应;各组优势细菌nirS基因主要集中在10个片段中,nosZ基因主要集中在18个片段中,nirS基因较nosZ基因丰度变化大;多样性指数分析表明,nirS基因Shannon指数在7 d时,高浓度组较对照组差异显著(P0.05); Simpson指数在各浓度处理组较对照组差异均显著(P0.05); Pielou指数在7 d、49 d时,高浓度处理组与对照组差异显著(P0.05); nosZ基因Shannon指数在35 d时,中浓度组与对照组差异显著(P0.05); 49 d时,低浓度组与对照组差异显著(P0.05); Simpson指数在21 d、35 d时,低浓度组与对照组差异显著(P0.05); Pielou指数在各处理组之间差异均不显著(P0.05)。当药物含量≥5 mg·kg~(-1)时,反硝化细菌的均匀度、群落多样性降低,优势度升高,群落结构特征均发生改变,其中对nirS基因影响显著。nirS基因更适合作为硫酸粘菌素污染的指示基因。