同步异养硝化好氧反硝化细菌Acinetobacter sp.TAC-1的氮代谢途径研究

为阐明分离自重庆某生猪养殖企业畜禽粪污沼液的一株高效同步异养硝化好氧反硝化(simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification,SND)脱氮菌株Acinetobacter sp.TAC-1的氮代谢途径,分别考察TAC-1菌株DNA水平上的氮代谢基因序列特征和mRNA水平上氮代谢基因差异表达。首先,通过T-A克隆和Sanger测序定性分析TAC-1菌株的SND氮代谢基因,确认DNA水平上TAC-1菌株存在SND过程硝酸盐还原酶调控基因narG,亚硝酸还原酶调控基因nirK及nirS,并发现羟胺氧化过程在TAC-1菌株中可能为新的脱氮途径。其次,结合不同氮源(NH_(4)^(+)-N,NO_(3)^(-)-N及NO_(2)^(-)-N)培养条件下TAC-1菌株不同生长阶段的氮代谢特性、产物分析和过程中的narG、nirK及nirS在mRNA水平上的差异表达分析证实了TAC-1菌株的SND氮代谢途径,反硝化过程中nirK和nirS负责NO_(2)^(-)-N的解毒,硝酸盐还原是由narG型硝酸盐还原酶介导的。因此,该研究从氮代谢基因及其差异表达视角深化了对SND细菌氮代谢机制的认识,为SND细菌的改造和同步硝化反硝化脱氮工艺的开发提供理论依据。

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。

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。

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。

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。

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。

同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥的储存与恢复

针对好氧颗粒污泥颗粒化时间慢等问题,进行了同步硝化内源反硝化除磷好氧颗粒污泥常温储存及活性恢复实验研究.结果表明,好氧颗粒污泥经过60d的常温储存后,颗粒的结构基本能保持稳定,但是颗粒污泥的活性大幅度降低,污染物去除率仅有储存前的30%~40%.将常温储存的颗粒污泥接种到反应器中,经过一定的调控手段,可以在60d内恢复好氧颗粒污泥的功能及活性.此外,经过储存与恢复,好氧颗粒污泥的群落结构也发生了明显变化.大部分的微生物的相对丰度变化可逆,经过储存和恢复可以恢复至储存前的状态(包括Defluviicoccus(GAOs)和Flavobacterium(PAOs)),重构同步脱氮除磷的微生物群落结构.

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。

一株异养硝化-好氧反硝化细菌的筛选及氮转化特性研究

水产养殖过程中氮元素超标易造成水质恶化,威胁水产动物的生长繁殖,亟需安全、高效的脱氮方法。从福建某水产养殖池底的污泥中筛选出一株氨氮降解菌,菌种鉴定后进行适应性驯化,并研究不同条件对菌株生长和氨氮降解的影响,随后又以亚硝态氮为唯一氮源检测菌株的好氧反硝化特性。菌株经16S rRNA鉴定为阿氏芽孢杆菌Bacillus aryabhattai,命名为JN01;驯化后,菌株的生长、氨氮去除率均有不同程度提高,初始NH_(4)^(+)-N浓度为200 mg/L的氮去除率最高达87.29%;影响菌株脱氮的单因素实验结果表明,当NH_(4)^(+)-N浓度为200 mg/L、丁二酸钠为碳源、碳氮比为15∶1、pH 7.5、培养温度为30℃时,菌株的氨氮降解率可以达到92.78%。在亚硝态氮为唯一氮源的条件下,菌株JN01也能进行好氧反硝化转化,NO_(2)^(-)-N降解率为82.30%。B.aryabhattai JN01具有良好的异养硝化和好氧反硝化特性,具备同时解决养殖废水中氨氮和亚硝酸盐超标的应用潜力。

一株耐低温异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

为了提高低温废水的生物脱氮效率,从寒冷地区冬季土壤和底泥中分离筛选耐低温异养硝化-好氧反硝化细菌,研究其脱氮特性及途径。通过菌落和细胞形态特征观察、16S rRNA基因序列分析鉴定菌种。分别以NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N为唯一氮源,以NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N为混合氮源,考察菌株在低温条件(10℃)的硝化、反硝化以及同步硝化反硝化性能。采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)对菌株的脱氮功能酶基因扩增,推测低温脱氮途径。结果表明,从河水底泥中筛选出一株异养硝化-好氧反硝化菌,经鉴定为Pseudomonas veronii,命名为P.veronii DH-3。该菌分别以相同初始含氮量(105 mg/L)的NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N为唯一氮源,在10℃好氧培养48 h时,氮的去除率分别为99.07%、96.89%和90.29%,且在脱氮过程中几乎无亚硝酸盐的累积。以NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N为混合氮源时,NH_(4)^(+)-N在48 h内被完全去除,NO_(3)^(-)-N的去除率为87.09%;氮平衡分析结果表明,以NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N为唯一氮源时含氮气体和细胞内生物氮的转化率均低于NH_(4)^(+)-N,表明该菌株的异养硝化能力强于好氧反硝化能力。脱氮功能基因hao、napA、nirS、nirK、cnorB和nosZ的成功表达,进一步证实该菌株具有硝化反硝化能力。根据上述研究结果,推测该菌株低温脱氮的主要途径为异养硝化-好氧反硝化作用和同化作用。菌株P.veronii DH-3具有良好的异养硝化-好氧反硝化性能,为低温含氮废水的生物净化提供了理论支持。

硫自养-异养协同反硝化脱氮技术研究

研究水力停留时间、进水硝酸盐浓度、pH值对硫自养反硝化脱氮的影响以及外加有机碳源构建的自养-异养反硝化系统的脱氮效能。结果显示:硫自养的优化工艺条件为进水硝酸盐浓度30 mg/L,水力停留时间2 h,pH值7,此时的硝酸盐去除率可达97.23%,容积负荷可达0.35 kg/(m^(3)·d)。适量增加碳源形成硫自养-异养反硝化体系时,硝酸盐去除率可达99.59%,容积负荷可达0.52 kg/(m^(3)·d),表明硫自养和异养反硝化具有协同作用。变形菌门是参与硫自养-异养协同反硝化过程的主要菌门,约占85.33%。铁氧化菌属是参与反硝化过程的主要菌属。

异养硝化-好氧反硝化菌氮代谢特性研究进展

综述近40年异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌的相关报道,从HN-AD细菌的种类、常见应用及脱氮效果、氮代谢途径、氮代谢的关键酶、氮代谢过程的影响因素等5个方面对HN-AD菌的脱氮特性进行详细阐述,以期为挖掘更多高效的HN-AD菌并应用于实际废水处理提供理论依据。目前,关于HN-AD细菌的大部分应用研究还处在实验室阶段,其脱氮分子机制的研究依然不够深入,未来可以通过基因敲除等手段进一步明确关键酶编码基因在菌株氮代谢过程中的作用,也可以利用基因重组或体细胞融合等手段构建高效脱氮工程菌,以应对更复杂的废水环境。

天然橡胶加工废水中异养硝化好氧反硝化菌株的筛选及脱氮特性

从天然橡胶加工废水中分离筛选出一株异养硝化好氧反硝化菌株JD-7,再根据16S rDNA序列和形态学特征初步鉴定该菌株为芽孢杆菌属。菌株JD-7在48 h内能将水体中氨态氮质量浓度从最初的98.24 mg/L降到8.33 mg/L,去除率达到91.52%,并且菌株同时具有去除硝态氮和亚硝态氮的能力,去除率分别达到44.39%和50.06%。通过响应面实验方法探究菌株不同影响因子(温度、初始pH值、碳氮比)下脱氮能力。结果显示,在温度为30.35℃、初始pH值为7.85、碳氮比为6.13的条件下,脱氮能力最强。将菌株投入到不同比例的实际废水进行小试实验确定菌株的实际应用效果,在最优条件下JD-7对实际天然橡胶加工废水的氨氮去除速率可达到131.48 mg/(L·d)。研究表明,菌株JD-7具有较高的脱氮能力,在天然橡胶加工废水处理中具有巨大的应用潜力。

一株耐盐耐冷异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮特性

文章从冬季白浪河河口水体中分离筛选出1株耐盐耐低温的异养硝化-好氧反硝化菌WD0301,进行了形态观察及16S rDNA序列分析。研究了初始pH、C/N,转速、温度、盐度对WD0301异养硝化、好氧反硝化特性的影响。并进一步研究了菌剂WD0301实验室人工湿地系统对生物脱氮的增强作用。结果表明:该菌株为不动杆菌(Acinetobacter sp.),发挥最佳异养硝化、好氧反硝化性能的最佳条件为pH 7.0、C/N 15~20、转速180 r/min、温度30℃。菌株均能在以NH4Cl、KNO_(3)为唯一氮源的培养基中生长,并且36 h内NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N去除率均达到95%以上。菌株可在盐度为40 g/L(以NaCl计)生长并且24 h内氨态氮去除率和硝态氮去除率分别为70.9%、52.2%;在15℃条件下24 h内氨态氮去除率和硝态氮去除率分别为46.4%、53.6%。在处理海水养殖尾水的人工湿地里加入菌株WD0301,其氨态氮降解效率较未强化人工湿地提高了16.9%。说明菌株WD0301具有良好的异养硝化性能,在生物强化人工湿地处理海水养殖尾水试验中具有较好的处理效果,可为菌剂应用与生物强化脱氮技术提供理论支持。

异养硝化-好氧反硝化菌生物脱氮特性及相关催化酶系的研究进展

养殖废水中氮元素的积累可能造成水体富营养化。为了实现养殖废水中氮的去除,通常采用传统的自养硝化异养反硝化生物脱氮工艺,而异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-artobic denitrification,HN-AD)菌的出现实现了生物脱氮技术的突破。HN-AD菌能同步实现硝化和反硝化作用,具有分布范围广、适应能力强、世代时间短和脱氮速率快等优势,因此在养殖废水处理领域具有广阔的应用前景。本研究系统综述HN-AD菌的生物脱氮特性、影响因素、作用机制、相关催化酶系以及在实际废水处理中的应用,并从HN-AD菌株筛选、脱氮原理和实际应用等方面提出建议,旨在为HN-AD菌在养殖废水处理中的应用研究提供基础资料。

一株异养硝化-好氧反硝化菌株L3的筛选鉴定及其脱氮特性

从广东三水罗非鱼养殖池底泥分离筛选出一株具有高效降氮能力的异养硝化-好氧反硝化细菌L3。通过形态学,生理生化以及16S rRNA基因序列分析鉴定该菌株为青岛假单胞菌Pseudomonas qingdaonensis。研究了该菌株对三种含氮模拟废水的脱氮特性及降氮过程的pH耐受范围,进一步采用响应面法探究了温度、pH、C/N、溶氧量及其交互作用对菌株L3脱氮性能的影响。结果表明,该菌株处理高浓度含氮模拟废水48 h后NH_(4)^(+)-N、NO-3-N、NO-2-N的去除率分别达到90.50%、65.24%、85.34%,且在酸性条件下(pH=4)有较强的降氮能力;响应面法结果表明菌株最佳脱氮条件为温度29.1℃,C/N为11.7,摇床转速175 r/min,pH为6.2,其中温度、碳氮比及二者之间的交互作用对NH_(4)^(+)-N去除率的影响显著;在最优条件下,菌株L3处理模拟氨氮废水12 h后对NH_(4)^(+)-N去除率可达95.50%,与预测值无显著差别,响应面模型可靠。

新型异养硝化-好氧反硝化菌Paracoccus sp.QD-19的分离及脱氮特性研究

从沈阳市南部污水处理厂活性污泥中分离获得同时具备异养硝化和好氧反硝化能力的新型菌株,研究其脱氮特性,为改善污水厂的脱氮处理工艺奠定基础。对菌株进行形态学观察和16S rRNA基因鉴定;分别以NH_(4)Cl、NaNO_(2)、KNO_(3)为唯一氮源探究菌株的脱氮能力;以碳源、C/N比、pH值、温度、转速、接种量(V∶V)等因素对菌株脱氮效果的影响进行研究。获得一株新型异养硝化-好氧反硝化菌株,经16S rRNA基因序列比对为副球菌属(Paracoccus),命名为Paracoccus sp.QD-19。菌株对初始氨氮浓度在300 mg/L以下的低浓度氨氮去除率能够达到100%,去除速率为8.707 mg/(L·h)且在脱氮过程中几乎没有亚硝态氮和硝态氮的积累。以亚硝态氮和硝态氮作为唯一氮源时,对此两种氮源的去除率36 h内均能达到99%,去除速率分别为4.944和5.666mg/(L·h)。确定了去除氨氮的最佳脱氮条件:琥珀酸钠为碳源,C/N比为10,pH值为7,接种量(V:V)为1%,温度为30℃,转速为140 r/min。菌株Paracoccus sp.QD-19同时具有异养硝化和好氧反硝化的能力,并且具备不积累亚硝态氮和硝态氮的特性,为污水厂脱氮工艺的改进提供了实践基础。

一株耐盐异养硝化−好氧反硝化菌Rhodococcus sp.LS-2的分离鉴定与脱氮性能研究

高盐含氮废水通常采用生物法处理,但高盐带来的盐胁迫会影响淡水菌的脱氮性能,导致普通反硝化微生物难以有效脱氮。海洋微生物对盐浓度具有较高的耐受能力,可以用于高盐废水脱氮。本研究从深海底泥中富集筛选出一株耐盐的异养硝化−好氧反硝化细菌LS-2,利用生理生化实验及16S rRNA扩增子测序技术对其进行分类鉴定,并基于单因素实验探究不同环境因素对菌株生长及脱氮性能的影响。结果表明:经鉴定菌株LS-2为革兰氏阳性菌,隶属于红球菌属(Rhodococcus),其对盐的最大耐受浓度可高达6%。该菌株的最佳培养条件为:盐浓度为4%、C/N=15、初始氨氮浓度为120 mg/L、pH 7、30℃、140 r/min。在此条件下,菌株对氨氮的去除率为95.5%,且没有硝态氮与亚硝态氮的积累。该菌株具有良好的耐盐能力以及脱氮性能,在高盐含氮废水处理领域具有潜在的应用价值。