一株耐高氨氮异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及降解动力学分析

从处理含高碳、氮浓度废水的反应器中筛选出一株耐高氨氮的异养硝化-好氧反硝化菌WN1,通过菌落形态以及16S rDNA分析鉴定为谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum.对该菌在初始氨氮浓度分别为500,1000,1500,2000,2500,3000mg/L的生长及代谢特性进行研究.结果表明,菌株WN1在氨氮浓度高达3000mg/L,对应游离氨浓度为590.2mg/L时仍能较好生长(48h,OD_(600)=3.264).随着初始氨氮浓度由500提升至3000mg/L,菌株WN1的最大氨氮转化速率R_(m)由15.93增加至43.29mg/(L·h).同时,反应过程中氨氮和COD的平均转化速率分别为7.06~9.36mg/(L·h)和95.63~199.13mg/(L·h).进一步,采用Haldane模型拟合不同初始氨氮浓度下菌株的生长及基质降解特性(R^(2)=0.99),菌株WN1的最大比生长速率、最大氨氮比降解速率和最大COD比降解速率分别为0.36h^(-1)、6.45gN/(gDCW·d),122.85gCOD/(gDCW·d).菌株WN1的氨氮抑制常数Ki为3749.49mg/L,比其它自养或异养的氨氧化菌对高浓度氨氮具有更强的抗抑制能力,结果表明,菌株WN1在处理高浓度含氮有机废水中具有很好的应用前景.

一株耐酸异养硝化真菌筛选及培养条件优化

近年来,氨氮废水排放量逐年增加,同时酸性氨氮废水也呈上升趋势,因此筛选具有耐酸功能的异养硝化微生物对污水处理具有重要意义。本研究从垃圾填埋场活性污泥中筛选出具有耐酸功能的异养硝化真菌,通过形态观察和分子生物学鉴定确定菌株为库德毕赤酵母(Pichia kudriavzevii),命名为OHCC-1。优化试验结果表明,菌株OHCC-1的最佳氨氮代谢培养条件是以葡萄糖为碳源,控制C/N为10,pH值5.0,初始氨氮浓度为200 mg/L,最终氨氮降解率为87.02%。本研究为规模化酸性污水处理进行了有益的探索,提供了重要信息。

固定化异养硝化-好氧反硝化菌在污水生物强化中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌可以在有机碳存在的好氧条件下实现同时硝化和反硝化,广泛应用于各类污水处理过程中。综述了HN-AD菌株的脱氮特性和代谢途径,总结了其在污水处理中的应用和研究现状,比较了不同载体材料的优缺点,重点讨论了固定HN-AD菌株提高反应器处理效果和稳定性的作用机理。最后,展望了固定化HN-AD菌株在污水处理中面临的挑战和未来的研究方向。

华北平原冬小麦-夏玉米农田生态系统土壤自养和异养呼吸模型构建

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要过程,准确估算土壤呼吸对估算陆地生态系统碳源汇具有重要意义。通过在华北平原典型农田内开展土壤呼吸及其组分的原位观测实验,构建了适用于华北平原冬小麦-夏玉米轮种制农田生态系统的半经验半机理土壤异养呼吸和土壤自养呼吸模型。结果表明,冬小麦-夏玉米农田土壤异养呼吸模型可表达为土壤温度和土壤水分的函数,其中,土壤温度对土壤异养呼吸的影响适合用Arrhenius方程描述,而土壤水分的影响适合用对称的倒抛物线描述。验证表明,该模型的R^(2)和RMSE分别为0.68和0.52μmol m^(-2)s^(-1)。土壤自养呼吸模型包括维持呼吸和生长呼吸两个模块,其中,维持呼吸表达为土壤温度和叶面积指数的函数,其形式分别为Van′t Hoff指数方程和米氏方程;生长呼吸表达为总初级生产力与维持呼吸之差的线性函数。冬小麦季和夏玉米季土壤自养呼吸模型的结构相同,但是两种作物的模型参数差异较大。验证表明,冬小麦季土壤自养呼吸模型的R2和RMSE分别为0.64和0.50μmol m^(-2)s^(-1),夏玉米季土壤自养呼吸模型的R2和RMSE分别为0.67和0.37μmol m^(-2)s^(-1)。相比于不区分土壤异养呼吸和土壤自养呼吸的土壤总呼吸模型,本研究构建的土壤异养呼吸和土壤自养呼吸模型能够更加准确地模拟土壤呼吸的季节变化和年际变化过程,可为华北平原冬小麦-夏玉米轮种制农田生态系统的土壤呼吸估算提供方法依据。

一株异养硝化菌(Alcaligenessp.XN-1)的筛选分离及降解特性

为提高含盐废水的生物脱氮效率,从工业废水污泥中分离筛选出1株异养硝化细菌。对所分离的菌株进行形态学观察、革兰氏染色和分子生物学鉴定,16S rRNA基因测序结果在Blast数据库中进行同源性分析并构建系统发育树,同时研究菌株在不同碳源、C/N、pH、温度和盐含量条件下的脱氮特性。结果表明:筛选得到的菌株鉴定为产碱杆菌属(Alcaligenes sp.),命名为XN-1;菌株XN-1在碳源为乙酸钠时具有最大的NH_(4)^(+)-N去除率和细胞生长量,其氨氮去除率和细胞生长量分别为100%和0.42;在C/N 15~20、pH 7~10、温度30~35℃、盐含量0~4%条件下异养硝化效果最佳,氨氮去除率均为100%。菌株XN-1具有较高的异养硝化能力,在含盐废水脱氮处理中具有很大的应用潜力。

异养/硫自养集成短程反硝化工艺影响因素研究

为保证厌氧氨氧化(Anammox)过程的亚硝态氮(NO2--N)稳定来源,提升自养脱氮系统的运行效能。本研究采用上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,构建异养/硫自养集成短程反硝化系统,探究碳源浓度、pH、水力停留时间(HRT)、温度对系统的影响。结果表明,碳源浓度与系统短程反硝化效能成反比。碳源浓度为200 mg/L时NO2--N积累率(NAR)最高,此时NO_(2)^(-)-N平均积累率及其速率分别为76.99%和1.63 mg/(L·h),异养反硝化功能菌属Thauera丰度由3.26%升至19.73%。系统短程反硝化效能随pH的升高先升后降,pH为8.0±0.5时NAR最高,此时NO2--N平均积累率及其速率分别为79.46%和1.90 mg/(L·h);HRT与系统短程反硝化效能成反比。当HRT=9.7左右时NAR最高,此时NO2--N平均积累率及其速率分别为77.35%和1.68 mg/(L·h)。温度与系统短程反硝化效能成正比,与Thauera、Terrimonas等反硝化功能菌属丰度成反比。当温度在35℃左右时NAR最高,此时NO_(2)^(-)-N平均积累率及其速率分别为71.21%和1.68 mg/(L·h)。集成短程反硝化为自养脱氮工艺提供NO2--N的过程具有NAR高且运行稳定性强等优点,更适用于自养脱氮工艺稳定高效运行,为该领域提供更多思考。

一株低温异养硝化-好氧反硝化细菌的分离鉴定与脱氮特性

微生物脱氮技术是污水氮素净化的有效方法之一,但低温条件下微生物活性和代谢能力降低,导致脱氮效果变差。为提升低温生活污水的氮素净化效果,从黑龙江龙凤湿地(46°53′N,125°18′E)中分离筛选到1株低温异养硝化-好氧反硝化细菌J1-2,16S rRNA基因序列分析结果显示为不动杆菌属(Acinetobacter)。该菌株在8℃低温条件下能有效去除不同形态氮源,对单一氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的60 h去除率分别为93.88%、81.46%、96.31%,对这3种氮源的利用顺序为氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮。该菌株在8℃下去除氨氮的最佳条件如下:pH为7、转速为150 r/min、碳源为柠檬酸钠、碳氮质量比为20,该条件应用于实际生活污水处理,总氮(TN)、氨氮和硝酸盐氮去除率分别为55.79%、86.47%、65.40%,具有良好的应用前景。

低温对异养硝化菌Acinetobacter sp.生长代谢及群体感应影响研究

为进一步探究低温条件下HN-AD菌氮素转化机理及其群体感应系统对低温响应机制,采用GC-MS测定HN-AD过程中释放的信号分子,结果表明菌株JQ1004至少分泌包括C_(6)-,C_(8)-,和C_(10)-HSL在内3种高丝氨酸内酯(AHLs),其浓度变化均随细菌浓度增加不断累积,呈现显著密度依赖性.当温度由30℃降低至10℃时,C_(6)-和C_(8)-HSL呈不断下降趋势,而C_(10)-HSL变化为先上升后下降,并在20℃达到最大值10.89nmol/L,表明C_(10)-HSL在菌株适应低温环境中发挥重要作用.低温添加10nmol/L C_(10)-HSL可显著缩短细菌迟滞期,提高脱氮速率.20℃和10℃时添加C_(10)-HSL使amoA表达量分别提高了35%和22%,napA表达量分别增加了14%和9.4%.C_(10)-HSL通过提高luxR调控的受体蛋白活性来提高菌株群感能力.低温添加C_(10)-HSL可促进胞外蛋白分泌,降低多糖含量,提高生物膜活性,进而强化其对低温恶劣环境适应能力.

一株异养硝化-好氧反硝化-积累磷的细菌Klebsiella pneumoniae A15的筛出及其特性研究

利用以淀粉为唯一碳源的缺氧/好氧序批式系统从污水处理厂活性污泥中分离得到一株肺炎克雷伯氏杆菌A15(Klebsiella pneumoniae A15),该菌具有异养硝化-好氧反硝化和积聚磷能力.它的最佳生长条件:碳源为柠檬酸钠,C/N为30,P/N为0.2,pH为7.在最佳条件下,氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的最高去除率分别为96.27%、99.22%和100%;相应的去除速率分别为1.77、2.08和1.86mg/(L⋅h).该菌株对浓度为8mg/L的磷酸盐和1300mg/L的COD最高去除率分别为100%和95%.氮平衡分析发现该菌可以利用氨氮、硝氮以及亚硝氮产生气态氮,表现出优异的异养硝化和好氧反硝化活性.对菌株胞内磷和EPS中磷的分析结合DAPI染色发现有82%的磷储存在菌株细胞内并且以多聚磷酸盐形式储存,其余磷在EPS中.对该菌株的napA、nirS、nosZ和ppk基因的成功扩增也表明其好氧反硝化和积聚磷能力.本研究展示了一株在脱氮除磷系统中具有特定功能的细菌.

异养硝化-好氧反硝化菌群YQS脱氮及聚集特性研究

从自然环境中分离得到一个兼具异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)性能和聚集性能的菌群YQS,鉴定其优势属为Rhizobium、Azoarcu和Hydrogenophaga。综合分析了菌群YQS的脱氮性能、影响异养硝化性能的因素、聚集性能和胞外聚合物(EPS)的分泌情况。结果表明,菌群YQS对氨氮、硝态氮和亚硝态氮的去除率分别为97.33%、89.55%和85.94%;碳源为柠檬酸钠、C/N为12、温度为30℃、转速为130 r/min是菌群YQS进行异养硝化的最佳条件;菌群YQS的良好聚集性能与其分泌的EPS有关,聚集指数可达53.72%。菌群YQS的分离为实现污水生物高效脱氮和功能微生物富集提供了新的生物资源。

棕鞭金藻异养-光照耦合高密度培养生产岩藻黄素条件优化

为探究棕鞭金藻生产岩藻黄素的综合性能,以期建立高效合成岩藻黄素的发酵工艺,研究首先对金藻发酵培养基中的碳氮比、维生素添加量进行优化。结果表明,当碳氮比为24、维生素添加量为3.75 mg/L维生素B_(1)和1.25 mg/L维生素B_(12)时,有利于金藻细胞内的岩藻黄素高效合成。此外,通过调控金藻光/暗培养模式,对其在不同条件下的细胞生长、最大光合效率和岩藻黄素积累情况进行比较研究,结果显示从种子培养到上罐发酵全过程进行光诱导后,胞内岩藻黄素含量显著提升。通过系统优化,金藻发酵后的胞内岩藻黄素含量和产量分别达到1.79 mg/g和33.6 mg/L,比优化前的发酵水平提高33.6%和31.2%。研究利用发酵优化技术强化了棕鞭金藻的岩藻黄素积累,为后续进一步进行大规模过程放大奠定了前期基础,也为其他微藻生产岩藻黄素提供了借鉴和参考。

异养氨氧化细菌对旱地玉米的产量和水分利用效率的影响

[目的]为探究接种异养氨氧化细菌(HAOB)对旱地玉米产量和水分利用效率的影响。[方法]在干旱易发地区进行为期2年的田间试验,以HAOB菌株S2_8_1为试验菌株,玉米为植物材料,设置接种HAOB菌株不灌溉(DI)、不灌溉对照(DCK)、接种HAOB菌株灌溉(WI)、灌溉对照(WCK)4个处理。[结果]旱地玉米接种HAOB菌株后根际土壤硝化速率和光合速率增强,显著促进玉米生长及产量提高(p<0.05)。DI和WI 2个处理各时期的地上生物量和收获期的产量均显著高于DCK和WCK,特别是在DI处理中。在降雨不足的2022年和降雨充裕的2023年,DI的玉米产量均超过DCK和WCK 2个处理,与DCK的玉米产量相比提高24.98%以上,在2023年,DI的产量甚至与WI相当,超出WCK的产量11.29%以上。HAOB菌株提高水分利用效率,DI的水分利用效率相比DCK提高4.84%以上,WI相比WCK提高3.06%以上。DI和WI相比,根际土壤硝化速率接近,产量上也很接近,但DI不需要灌溉且具有更高的水分利用效率。[结论]将HAOB菌株应用到旱地农业中提高玉米产量是一个有效的方法,为旱地农业发展提供新的技术路径和研究方向。

耐高温异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性研究

经过16S rDNA以及各项菌株生理生化特性研究试验,寻找一种耐热性较好的异养硝化-好氧反硝化菌(HN-AD)菌株,并将菌株接种至模拟污水环境的硝酸盐氮培养基中,研究其在不充足碳源及充足碳源的情况下菌株的脱氮效率及硝酸盐氮去除率。结果表明,在温泉中筛选出一种可使污水的pH更适合自身反硝化作用的HN-AD菌株,经鉴定所筛选出的HN-AD菌为斯氏假单胞菌。该菌株在模拟污水环境下反硝化最适pH为8.0,在充足碳源的情况下,其硝酸盐氮去除率能到达93%以上。菌株不仅拥有着较为高效的脱氮效率以及较高的硝酸盐氮去除率,而且拥有着自我调节环境pH的能力,能在充足碳源的情况下调节至最佳氮降解的pH。

异养硝化-好氧反硝化细菌MF1的生长及脱氮特性研究

从某对虾养殖池塘采集的底泥中筛出一株菌株MF1,经16S rDNA鉴定为Klebsiella michiganensis(密歇根克雷伯氏菌)。各菌株生长特性试验表明:氨氮培养基中菌株MF1的最适碳源为丙酮酸钠。在温度30℃、pH 7、转速100 r/min及C/N比例为10的条件下,菌株MF1的脱氮效率达到最大值。

异养硝化-好氧反硝化细菌的研究进展及在水产养殖中的应用

异养硝化-好氧反硝化细菌可以同时实现硝化和反硝化,具有高效的脱氮性能,是目前废水生物脱氮处理的研究热点之一。文章从异养硝化-好氧反硝化细菌的研究现状、作用机制、脱氮影响因素、在水产养殖中的应用等4个方面进行了综述,可为异养硝化-好氧反硝化细菌的研究提供理论依据,为异养硝化-好氧反硝化细菌在水产养殖中的应用提供新的思路。

一株异养硝化-好氧反硝化细菌的分离鉴定及脱氮特性研究

养殖水体中的氮素主要来源于残饵、水产动物粪便和动植物残骸等,氮素超标会导致水体富营养化、藻类大量繁殖,严重影响水产动物和人类的生命安全。微生物脱氮技术相较于物理、化学脱氮技术,具有安全高效、成本低廉、不产生二次污染等优点。传统微生物脱氮技术包括硝化和反硝化两步,第一步由好氧自养微生物将氨氮转化为硝态氮,第二步由反硝化菌在厌氧条件下将硝态氮、亚硝态氮还原为氮气。

异养硝化-好氧反硝化菌ZH7的分离鉴定及脱氮特性研究

从养殖塘底泥中分离筛选出一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的菌株ZH7,通过形态观察、生理生化测定和16S rDNA序列将菌株鉴定为不动杆菌属(Acinetbacter sp.)。研究不同环境因素(碳源、碳氮比、温度、pH、摇床转速、NaCl浓度)对菌株生长及脱氮性能的影响,并在最佳条件下,探究菌株在单一氮源和混合氮源中的异养硝化-好氧反硝化性能。结果表明:ZH7可以乙酸钠为碳源,在C/N为12~16、温度30℃、摇床转速180 r/min、pH 7~9的条件下对氨氮(NH_(4)^(+)-N)和硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)的去除率均可达到95%以上。混合氮源条件下(氨氮和硝酸盐氮),菌株会优先利用氨氮。氮源去除过程符合Compertz模型,菌株对氨氮的最大去除速率明显高于硝酸盐氮和亚硝酸盐氮,R_(m)分别为12.61、7.17和7.23 mg/(L·h)。菌株ZH7具有高效的脱氮能力,可作为生物脱氮候选菌株。

一株高产水溶性β-1,3-葡聚糖的棕鞭藻高密度异养培养

棕鞭藻作为一种淡水藻类,能够用于生产水溶性β-1,3-葡聚糖。为了提高棕鞭藻的生物量,增加其水溶性β-1,3-葡聚糖的产量,笔者在7.5 L发酵罐中对棕鞭藻的异养培养基和异养培养条件进行了优化,同时也在125 L发酵罐中进行工艺放大验证。实验结果表明:采用优化后的培养基和培养条件,棕鞭藻在7.5 L发酵罐中培养,生物量达到61.25 g/L,与优化前相比提高了2.4倍;在125 L发酵罐中放大培养,棕鞭藻的生物量与7.5 L发酵罐中的培养结果相比无显著差异,水溶性β-1,3-葡聚糖的平均生产速率达到0.36 g/(L·h),较外籍文献报道的产率最高值0.13 g/(L·h)提高了1.8倍。该研究为棕鞭藻异养培养生产生物活性物质β-1,3-葡聚糖提供了依据,也为棕鞭藻在食品、医药和饲料等领域的应用创造了条件。

异养硝化机理的研究进展

硝化作用是自然界氮素循环的一个重要环节。除了传统上的自养硝化细菌以外,至今为止已发现许多异养微生物可以进行硝化作用。异养硝化已成为环境领域的热点问题。简要的介绍了自然界中的异养硝化微生物的分布以及针对其生物多样性而建立的探测和分离方法。着重从异养硝化的关键酶,相关基因,电子传递及代谢途径这几个方面综述了异养硝化机理的研究进展。最后总结了目前在研究异养硝化机理过程中存在的问题,并对其今后进一步的研究方向做出了展望。

新型异养硝化细菌的硝化和反硝化特性

从生物陶粒反应器中分离出2株新型异养硝化细菌,经过生理生化鉴定和16SrDNA测序,鉴定出这2株菌分别属于Pseudomonas sp.和uncultured Acinetobacter sp.,并建立了系统发育树.采用乙酸钠-氯化铵作碳源和氮源进行硝化特性研究,经过12 d好氧培养,wgy5和wgy33氨氮最终去除率为82.86%和78.30%,总氮最终去除率为65.50%和61.60%,并且具有产生亚硝态氮的硝化性能.在亚硝化培养基中经过12 d的好氧培养,wgy5和wgy33对亚硝态氮的最终去除率为82.20%和80.36%,在硝化培养基中wgy5和wgy33对硝态氮的最终去除率为84.10%和90.12%.