不同溶解氧间歇曝气对亚硝酸盐氧化菌的影响

为了解溶解氧对间歇曝气模式下亚硝酸盐氧化菌(NOB)种群结构的影响,在以城市污水为处理对象,以间歇曝气方式运行的SBR反应器中,检测两种主要NOB菌(Nitrospira、Nitrobacter)在低溶解氧运行时期(55d)和高溶解氧运行时期(113d)数量及结构的变化.结果表明,在低溶解氧运行时期Nitrospira的含量远高于Nitrobacter的含量,与Candidatus Nitrospira defluvii相似性较高的菌种为Nitrospira的优势菌种;而进入高溶解氧运行时期后,Nitrospira含量逐渐降低,相反Nitrobacter含量逐渐升高成为主要NOB菌群,并且其大多数菌种与Nitrobacter winogradskyi菌相似.另外,在低溶解氧运行转变为高溶解氧运行阶段出现了一定的亚硝酸积累,并在Nitrobacter成为优势NOB菌群过程中逐渐消失.

亚硝酸盐氧化菌(NOB)的富集培养与其污泥特性分析

为了解亚硝酸盐氧化菌(NOB)特性,以某中试SBR的剩余污泥为接种污泥,以NO2--N为底物,采用逐步提高进水NO2--N浓度的方式,通过控制高游离亚硝酸(FNA)浓度联合高DO浓度对NOB进行富集培养.65d后,荧光原位杂交(FISH)技术分析结果显示NOB占细菌总数的80%以上[Nitrobacter(NOB的一个种,菌体呈杆状或梨状):80%;Nitrospira(NOB的一个种,菌体呈螺旋状):5%],表明成功富集培养出NOB为优势菌种的活性污泥.并且自然形成颗粒污泥,MLSS约为700mg/L,MLVSS/MLSS为0.278,SVI约为6mL/g.富集后污泥SVI较低的原因可能是污泥无机化程度高,污泥以无机盐沉淀为晶核形成颗粒污泥.试验结果表明,该污泥能够处理NO2--N浓度为1000mg/L的污水,比硝化速率为131.03mg/(g MLVSS·h),比耗氧速率为169.5mg O2/(g MLVSS·h).

不同C/N值下亚硝酸盐氧化菌和异养菌混合体系的微生物多样性(英文)

采用PCR-RFLP技术研究了不同C/N比下亚硝酸盐氧化菌及异养菌混合体系的微生物多样性,并探讨了微生物菌群结构与其功能(硝化性能)的关系.C/N=0时,混合体系主要由自养菌和寡营养菌(85.1%)组成,包括亚硝酸盐氧化菌(NOB)、拟杆菌门、α-变形菌纲、浮霉菌门和绿色非硫细菌中的一些菌株.C/N=0.44时,混合体系中的自养菌减少,异养菌(主要是γ-变形菌纲的成员)大量出现.C/N=8.82时,γ-变形菌纲的菌株尤其是反硝化菌Pseudomonassp.占主导(93.8%).与此同时,随着C/N升高,该混合体系的硝化性能也由专一的亚硝酸盐氧化过程转变为同时硝化反硝化过程.微生物菌群结构的转变较好地解释了其硝化性能的改变.本研究揭示了微生物菌群结构与其功能的内在联系,同时表明PCR-RFLP技术与化学分析相结合是研究微生物菌群结构与功能的有力工具.

一段式厌氧氨氧化工艺亚硝酸盐氧化菌抑制方法研究进展

近年来,厌氧氨氧化工艺(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)作为一种新型的脱氮技术,由于其耗能少、效率高而被应用于高氨氮废水的处理中。然而,实际运行的厌氧氨氧化工程中有时会出现亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)大量繁殖的情况,导致硝酸盐积累,脱氮效率下降。在一段式Anammox反应器中,通过控制某些影响因素,如调节体系中的溶解氧,控制游离氨和游离亚硝酸的浓度,调控碳源浓度以及外加中间产物(N2H4、NO和NH2OH)等方式,能够在维持Anammox工艺脱氮效率的同时有效抑制NOB。除了系统地综述一段式Anammox工艺中NOB抑制手段以外,将进一步讨论实际Anammox工程应用中抑制NOB大量繁殖行之有效的手段。

亚硝酸盐氧化菌及其生态位的研究进展

亚硝酸盐氧化菌(NOB)是氮素转化中重要的一环,对其分类及生态位进行研究,有利于深入了解其生存竞争力和环境适应能力,充分发挥NOB在污水处理领域中的作用。文章阐述了已知NOB的种类及分布,剖析了反应过程中的关键酶NXR,探讨了其不同的代谢方式及其与其他微生物间多样的种间关系,介绍了近年来硝化螺旋菌属中发现的全程硝化菌的研究进展及其对于NOB生态位多样性以及环境适应性的意义,对其研究方向和生态潜力进行了展望。

缺氧FNA对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的选择性抑菌效应

为了研究缺氧条件下游离亚硝酸(FNA)对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的选择性抑菌效应,通过批次试验考察活性污泥经缺氧FNA(0.27 mg HNO-2-N·L-1)处理6 h后,其氨氧化速率与亚硝酸盐氧化速率的变化及AOB和NOB活性恢复情况。结果表明:经缺氧FNA处理的活性污泥,NOB活性下降83.57%,而AOB的活性仅下降22.34%。此污泥在正常条件下运行34个周期后,NOB的活性仍未得到恢复,且硝化过程中亚硝酸盐积累率逐渐增加,最后稳定在90%以上。典型周期内氮化合物浓度变化研究表明,即使在过曝气2 h的条件下,亚硝酸盐积累并未遭到破坏。上述试验结果表明基于缺氧FNA选择性抑菌效应有望稳定实现城市污水短程硝化,为城市污水短程硝化厌氧氨氧化提供基础。

复合载体固定亚硝酸盐氧化菌处理养殖废水

利用新型复合载体固定亚硝酸盐氧化菌,确定了挂膜条件,考察了水力停留时间对NO-2-N去除率的影响,并进行对虾养殖水处理。结果表明,新型载体可以较好地固定亚硝酸盐氧化菌,在水力停留时间为12 h、6 h、3 h、1h的条件下,NO-2-N的最大去除率分别为100%、98.77%、90.59%、59.02%。在HRT为1 h时,固定化的亚硝酸盐氧化菌可以高效去除养殖水体中的NO-2-N,去除率达76.94%。

pH值对亚硝酸盐氧化菌动力学及功能基因的影响

为探究pH值对亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性动力学影响,本试验采用序批式活性污泥(SBR)反应器,以富含NOB的活性污泥为对象,基于Monod模型考察不同pH值对NOB活性动力学的影响并进行统计学分析.结果表明,Monod方程可较好地反映不同pH值条件下基质底物浓度对NOB比亚硝态氮氧化速率(SNi OR)的影响,且pH=7.0时动力学参数Ks为(6.167mg/L),r(max)为[1.134g/(g·d)],此时NOB活性最好.利用钟形经验模型进行非线性回归拟合,最大比降解速率(r(max))随pH值的增大呈钟形变化,本试验NOB的最佳pH值为(6.9±0.1),其中r(max)维持在r(opt)一半以上的pH值范围(ω)为(3.26±0.4).以亚硝酸盐氧化还原酶类基因(nxrA、nxrB)为引物,基于荧光定量PCR技术分析结果显示,在不同pH值条件下nxrA基因和nxrB基因拷贝数的变化趋势均与动力学参数(Ks、r(max))的规律一致,且nxrA和nxrB基因在系统的降解过程中起协同作用.

游离亚硝酸对亚硝酸盐氧化菌活性的抑制作用机制

为探究游离亚硝酸(FNA)对亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性的影响,以富集的NOB菌属为研究对象,基于4种抑制动力学模型,考察了不同pH值(6.5、7.0、8.0)条件下FNA对NOB活性的抑制影响,并基于荧光定量PCR技术,研究了不同pH值条件下,亚硝酸盐氧化还原酶基因(nxrA和nxrB)的变化规律。结果表明:NOB富集系统内硝化杆菌属(Nitrobacter)为最优势菌属,其相对丰度为38.0%;Haldane模型、Aiba模型和Edwards模型均能较好地描述FNA对NOB活性的抑制影响,具有显著的“低促高抑”的特征;统计学分析结果表明Aiba模型最优,获得的最大动力学常数r_(max)为13.63 g N·(g VSS·d)^(-1)(pH值8.0),KS为0.13 mg·L^(-1)(pH值7.0),KI为0.63 mg·L^(-1)(pH值7.0);此外,pH值显著影响nxrA和nxrB基因的绝对丰度,随着pH值的增大,两者均表现出先升高后降低的趋势;nxrA基因的拷贝数(1.6×10^(9)~2.6×10^(9)拷贝数/g湿污泥)比nxrB基因的拷贝数(3.1×10^(7)~4.6×10^(7)拷贝数/g湿污泥)高1~2个数量级,nxrA是NOB菌属的主导功能基因。

亚硝酸盐氧化菌研究进展

亚硝酸盐氧化菌能够将亚硝酸盐氧化为硝酸盐,降低污染水体中亚硝酸盐浓度,消除亚硝酸盐对水生生物等的毒害作用。本文对亚硝酸盐氧化菌的种类、生态分布、生长代谢特性及应用进行综述,以期为亚硝酸盐氧化菌的菌种资源开发、亚硝酸盐降解过程优化及在污水处理中的应用提供借鉴。

FISH技术定量解析亚硝酸盐氧化菌的条件优化

利用基于亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)16S rRNA序列的荧光探针,优化了针对亚硝酸盐氧化菌的FISH技术实验条件.确定了FISH技术定量检测亚硝酸盐氧化菌的具体方法,并优化了样品预处理的实验条件为热固定2h,4%多聚甲醛固定15min,乙醇脱水5min;杂交过程的实验条件为杂交温度46℃,杂交时间3h,洗脱液中NaCl浓度为60mmol.L-1.运用建立的FISH技术检测了7d内亚硝酸盐氧化菌菌群的丰度变化,充分显示了荧光原位杂交技术(Fluorescence in Situ Hybridization,FISH)的快速定性定量检测优势.

长期运行条件下亚硝酸盐氧化菌的低温适应策略

在20、15和10℃条件下长期运行SBR,分析温度对反应器性能、硝化动力学和硝化菌群落结构等的影响。实验结果表明,随着温度的降低,比氨氧化速率(SAUR)逐渐降低,比亚硝酸盐氧化速率(SNUR)没有显著变化,氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的长期温度修正系数分别为1.078和1.0078,NOB的低温适应性强于AOB;定量PCR结果显示,AOB丰度随着温度的降低而下降,而NOB丰度没有明显变化;但NOB中嗜冷菌Nitrotoga随着温度的降低而逐渐增加,并取代Nitrospira成为NOB的优势菌属,从而在一定程度上缓解因Nitrospira减少而引起的SNUR降低。因此,NOB群落结构由Nitrospira向Nitrotoga迁移是其适应低温环境的关键。

短程硝化过程2种亚硝酸盐氧化菌抑制策略探讨

为维持短程硝化稳定,保证亚硝酸盐高效积累,需要对污水处理系统亚硝酸盐氧化菌(NOB)的性质进行深入了解。分别对Nitrospira以及Nitrobacter的动力学参数,以及在活性污泥系统、生物膜系统、颗粒污泥系统中2菌属特性进行比较。经分析后认为,Nitrospira相对于Nitrobacter比增长速率较低,对O_2,NO_2^-底物亲和性较好,适宜生长于低浓度环境中,是A^2/O、短程硝化-厌氧氨氧化工艺中的主要NOB菌属;Nitrobacter则适宜在高浓度环境中生长。在颗粒污泥系统中,NOB主要处于污泥内部,由于缺乏O_2,NO_2^-更容易被淘汰出反应器。通过对比短程硝化主要控制参数,认为NOB的抑制策略包括:在活性污泥系统中维持合理的污泥龄(SRT)以及游离氨(FA)浓度;在生物膜系统中对溶解氧(DO)以及水力停留时间(HRT)进行联合控制;在颗粒污泥系统中维持适量剩余NH_4^+-N,并淘洗出掺杂其中的絮状污泥。此外,利用"饱食饥饿"效应间歇曝气并维持较低的曝停比同样有利于阻止亚硝酸盐被NOB进一步氧化,保证短程硝化稳定运行。

海洋亚硝酸盐氧化细菌的多样性分布及其生态功能研究进展

微生物介导的硝化过程是全球氮循环的一个重要环节,其中催化亚硝酸盐氧化过程的功能菌亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到越来越广泛的关注。目前已鉴定的NOB涵盖4个菌门,分属7个菌属。其中,亚硝化螺旋菌属(Nitrospira)由于多样性高、分布广泛成为近年来的研究热点。文章综述了NOB多样性组成、系统进化关系、生态分布特征以及亚硝酸盐氧化和自养固碳的过程机制,阐述了其在海洋碳氮生物地球化学循环中的功能,并展望了本领域的研究热点。

利用16S rRNA高通量测序技术考察温度对生物脱氮硝化过程中亚硝酸盐氧化菌代谢功能的影响

为探究温度对生物脱氮硝化过程微生物代谢及功能基因的影响,采用16S rRNA高通量测序技术,以富集的亚硝酸盐氧化菌(NOB)为研究对象,考察了活性污泥系统硝化过程中菌属与比亚硝酸盐氧化速率(SNiOR)的相关性。通过LEfSe分析筛选出3种温度(25、35和40℃)条件下的生物标记物,并利用KEGG数据库解析了微生物的代谢功能、氮代谢相关酶类型及相对丰度。结果表明,在3种温度条件下,NOB富集系统内的Nitrospira是SNiOR的唯一影响因子,且两者呈现显著的正相关性,Spearman相关系数(ρ)为0.95。此外,在温度条件为25、35和40℃时,分别筛选出14种、6种和8种生物标记物,显著优势菌分别是Xanthomonadales目、Sphingomonadales目和Gammaproteobacteria纲。以上结果说明:温度对微生物的代谢功能具有一定程度的影响,低温有利于碳水化合物代谢、能量代谢;较高温度会抑制能量代谢,NOB丰度降低;随着温度的升高,亚硝酸盐氧化还原酶(nxr)类基因(nxrA和nxrB)的数量基本保持不变。

基于宏基因组学的亚硝酸盐氧化菌属的新陈代谢功能分析

为探究亚硝酸盐氧化菌(NOB)的菌群结构及其新陈代谢功能特性,在富集NOB菌属的基础上,基于宏基因组学技术探究了富集活性污泥系统内NOB微生物种群结构、相互作用关系、氮转化相关功能基因及蛋白质功能特性。结果表明,Nitrobacter为富集后活性污泥系统中最优势菌属,相对丰度为37.8%。微生物菌种之间表现出各种错综复杂的关联特征,其中,维氏硝酸杆菌种(Nitrobacter winogradskyi)和汉氏硝化菌种(Nitrobacter hamburgensis)呈现出显著正相关性。此外,新陈代谢是系统内各类菌属中主导的生命活动过程,亚硝酸盐氧化还原酶Nxr为生化系统内氮代谢的关键酶(占比13.5%)。本研究结果可为NOB菌属的富集培养提供参考。

污水短程硝化体系氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的生态学研究进展

短程硝化(partial nitrification,PN)是一种绿色低碳的生物脱氮创新技术,伴随厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,Anammox)污水脱氮技术的进一步推广,短程硝化作为提供其电子受体的重要环节,已成为了污水脱氮领域的研究热点。氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)是该技术的核心竞争微生物,掌握这两类微生物的生态学特征,借助生态学理论和手段调控AOB淘汰NOB,提高种群的可预测性,对于实现稳定高效的短程硝化具有重要意义。本文基于生态学角度介绍了AOB和NOB基础分类、生理性能及生态位分离,重点综述了短程硝化系统中AOB和NOB的生长动力学、群落构建、环境因素和相互作用,最后对这两类微生物的未来研究重点和研究方法进行了展望,为短程硝化工艺的快速启动和稳定运行提供理论指导。

游离亚硝酸(FNA)对A2O污泥菌群结构的影响

为了探究采用游离亚硝酸(FNA)实现连续流A^2O工艺短程硝化的可行性,考察了不同浓度的FNA对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性影响,研究了通过投加FNA对活性污泥进行预处理后A^2O反应器的运行效果和微生物菌群结构的变化.结果表明,当FNA浓度为1.12mg HNO_2-N/L时,经过3h的缺氧处理,AOB和NOB的活性分别下降了60%和86%,对NOB有一定的选择性抑菌效应,而投加FNA并对活性污泥进行缺氧处理后的A^2O反应器平均出水NH_4^+-N、NO_2^--N和NO_3^--N分别为12.76、1.56和7.82mg/L,亚硝酸盐积累率(NAR)仅为20%左右,并没有实现预期的短程硝化.高通量和定量PCR的结果也表明,投加FNA并进行缺氧处理后活性污泥中AOB的种群丰度由2.05×108copies/g VSS下降到了3.96×105copies/g VSS,导致系统的氨氧化过程受到了较大影响.最终Nitrobacter和Nitrospira丰度降低,Nitrotoga占总序列数的1.66%,是造成系统无法通过FNA预处理实现连续流A^2O工艺短程硝化的原因.

MUCT工艺处理实际生活污水实现亚硝酸型硝化

采用MUCT工艺处理低C/N比实际城市生活污水,研究在连续流工艺中实现亚硝酸型硝化的调控措施。试验在常温下共进行了121d,结果表明:经过87d的启动期,最终在水力停留时间(HRT)8h,溶解氧浓度(DO)0.3～0.5mg.L-1,污泥回流比80%,缺氧回流比120%,硝化液回流比300%的条件下,成功启动了短程硝化,并稳定维持了35d。短程硝化期间,好氧区亚硝酸盐积累率平均62%,最高达到80%;氨氮去除率65%,最高达87%。短程硝化影响因素的分析表明:pH值,游离氨(FA),游离亚硝酸(FNA)对本试验短程硝化无影响;温度和污泥停留时间(SRT)影响较小;HRT和DO是短程硝化实现的控制因素。荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)试验结果表明:当系统由全程硝化状态转为短程硝化状态后,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)的比例明显提高,最高达到9.3%;亚硝酸盐氧化细菌(nitrite oxidi-zing bacteria,NOB)以Nitrospira为主,其所占比例明显下降。

游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(Ni AR)逐渐增加,硝态氮积累率(Na AR)逐渐减小,且Ni AR/Na AR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.