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。

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。

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。

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。

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。

食品污水中异养硝化-好氧反硝化菌Bacillus sp.JG441的筛选鉴定及其脱氮特性

高氨氮、高盐、含有机物的食品工业污水处理难度大、周期长,添加高效硝化菌株可以大幅提高污水处理效率。本研究通过高盐培养基,从腌渍食品厂排放污水中筛选出一株对复杂环境有较强耐受性的新型高效异养硝化-好氧反硝化菌株JG441,经鉴定为Bacillus sp.,对其脱氮条件、异养硝化、好氧反硝化、极端环境耐受和脱氮通路进行研究。结果表明,菌株JG441可以利用(NH_(4))_(2)SO_(4)和KNO_(3)为氮源进行异养硝化和好氧反硝化;在NaCl浓度为30g·L^(-1),苯酚浓度为400mg·L^(-1)时,24h NH_(4)^(+)-N去除率可达99%,在NH_(4)^(+)-N浓度为500mg·L^(-1)时,24h NH_(4)^(+)-N去除率为57.4%。菌株JG441脱氮能力强,在高盐含氮和成分复杂的污水处理方面具有较好应用潜力。

异养硝化-好氧反硝化菌异养硝化性能的影响因素

在异养硝化-好氧反硝化菌H1良好的脱氮效果基础上,研究了在不同溶解氧浓度、废水成分和金属离子存在条件下时,H1的代谢途径及其异养硝化性能的变化。研究表明,溶解氧浓度在4.7 mg/L时,H1脱氮途径最佳;在NH4+模拟废水中,NH4+会通过NH4+—→NH2OH—→N2O—→N2的途径被快速去除;在NH4+和NO2混合模拟废水中,没有显示出H1优先进行反硝化的现象,NH4+-N的降解是短程的硝化反硝化过程;在NH4+和NO3混合模拟废水中,NO3会诱导羟胺氧化酶产生NO2-N,使得NH4+-N经过反硝化途径的亚硝酸盐水平被去除;在NH4+模拟废水中,1 mmol/L的Cu2+和Fe2+对异养硝化过程具有显著地激活作用。

改性硅藻土负载异养硝化-好氧反硝化菌对生活污水的处理研究

硅藻土是一种优良的吸附型微生物固定化载体,经硫酸亚铁及碳酸钙先后改性处理后,控制吸附时间为24 h能达到最佳的菌体负载效果,对异养硝化-好氧反硝化菌的固定化率可达66.13%。利用改性硅藻土负载的异养硝化-好氧反硝化菌对模拟生活污水进行处理,固定化菌对污水中氨氮及COD_(Cr)的去除率分别达到73.9%及83.1%,均高于游离菌。将改性硅藻土负载的异养硝化-好氧反硝化菌投加到反应器中对实际生活污水进行序批式处理,经过多批次的运行,生活污水中总氮、氨氮及COD_(Cr)的去除效果始终维持在较高水平,固定化效果比较稳定,表明改性硅藻土负载异养硝化-好氧反硝化菌在生活污水处理领域具有广阔的应用前景,有利于推动硅藻土经济的发展。

硅藻土负载异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮性能

将硅藻土经改性后作为异养硝化-好氧反硝化菌H1的载体,对负载条件以及固定化菌对环境的耐受性能进行了优化及研究。确定最佳吸附时间为24h,载体投加量为0.06g/m L(硅藻土/菌悬液)。改性剂Fe SO4用量、p H值、温度不仅影响硅藻土载体吸附性,同时影响固定化H1活性。菌株经改性硅藻土负载后较游离菌对p H值及温度耐受性都有所增强,对溶解氧变化适应范围更广,当m(Fe SO4)/m(硅藻土)=3.5%、p H=7.5、温度为30℃、溶解氧为5.1mg/L左右时,固定化H1脱氮性能最佳。使用该固定化菌对生活污水进行连续式处理,8天后目标污染物的去除率趋于稳定,TN、NH4+-N及COD去除率分别达到52.40%、55.64%与61.23%,表明改性硅藻土负载异养硝化-好氧反硝化菌在污水脱氮领域具有广阔的前景。

人工湿地中异养硝化-好氧反硝化菌分离及脱氮除磷特性的研究

为提高对人工湿地养殖尾水处理系统中异养硝化-好氧反硝化菌种类和性能的认知,在其中分离出一株异养硝化-好氧反硝化功能菌株KL1,并研究了其生长影响因子及其脱氮除磷特性。结果表明,菌株KL1经16S rRNA基因同源性分析为假单胞菌属。菌株KL1最佳生长条件如下:最适温度为30~37℃,pH为5~7,碳源为丁二酸钠,C/N为(7∶1)~(7∶18),C/N/P为(14∶2∶1)~(7∶1∶4)。KL1菌株在异养硝化-好氧反硝化过程中,对NH4-N、TN去除率为92%和81%,无NO_(3)-N积累,NO_(2)-N积累量为2%。反硝化过程中对NO_(3)-N和TN去除率为95%和44%,无NH4-N积累。NaNO_(2)为唯一氮源时,NO_(2)-N和TN去除率为56%和41%,无NO_(3)-N积累。NH4Cl为唯一氮源时,除磷率为31%。综上所述,菌株KL1具有较强的异养硝化-好氧反硝化能力及兼具较好的反硝化除磷效果。

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮特性研究进展

异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌能在好氧条件下异养硝化,将硝化产物转化为含氮气体快速脱氮,成为污水生物脱氮处理领域的研究热点。该文综述了近30年来已分离HN-AD菌株的种类、脱氮特性和代谢途径,重点总结了溶解氧、碳源和温度等条件对HN-AD菌生长和脱氮能力的影响,简述了HN-AD菌实际废水处理工艺的应用和研究现状,并对HN-AD菌的研究重点和技术应用前景进行了展望。

活性污泥中异养硝化-好氧反硝化菌的分离及其脱氮性能

该文从活性污泥中分离出三株高效的异养硝化-好氧反硝化菌。这些菌经形态特征和生理生化特征分析以及16S rRNA鉴定,命名为B.subtilis CL1、B.subtilis CL9和G.terrae CL6。在以柠檬酸钠为碳源、硫酸铵为氮源、初始氨氮浓度为50 mg/L、碳氮比为20、温度为30℃、pH为7、反应时间为48 h的条件下,B.subtilis CL1和B.subtilis CL9对氨氮的去除率均为99%,对总氮的去除率分别为98%和96%。以乙酸钠为碳源,其他条件与上述两种菌相同的条件下,G.terrae CL6对氨氮和总氮的去除率均达到100%,且在硝化过程中没有亚硝酸盐氮或硝酸盐氮的累积。

异养硝化-好氧反硝化菌的分离及脱氮特性

文章从某垃圾渗滤液高氨氮源区污染的地下水中分离出2株具有异养硝化-好氧反硝化功能的兼性细菌,分别命名为H-8和H-9,经鉴定确定分别为绿针假单胞菌与弗里德里克斯堡假单胞菌。为探究菌株的脱氮特性,作者利用单因素及响应曲面法优化脱氮条件,并在最佳脱氮条件下,将单菌和复合菌应用于实际垃圾渗滤液高氨氮源区污染的地下水中。结果表明,2株HNAD菌的最佳碳源均为丁二酸钠,pH值为7~8、温度范围为22~28℃、碳氮比(C/N)为10~13、转速为100~150 r/min时2株菌脱氮性能最佳,对NH_(4)^(+)-N和TN的去除效率均在96%以上,表明菌株在高氨氮地下水中具有高效的异养硝化好氧反硝化作用;复合菌在72 h的氨氮和总氮去除率达到了81.56%和75.77%,比最高的单菌提高了26.32%和19.4%,证明复合菌比单菌更适用于实际水中的脱氮处理。该菌株高效同步的硝化反硝化性能表明其在处理高氨氮地下水方面有一定的潜力和应用价值。

纳米ZnO对1株异养硝化-好氧反硝化菌Halomonas sp. KGL1的生物胁迫效应研究

本文通过纳米ZnO(ZnO-NPs)对具有高效脱氮能力的异养硝化-好氧反硝化菌Halomonas sp.KGL1的短期暴露实验,探讨在不同作用浓度下(0,1,10,50 mg·L^-1)ZnO-NPs对菌株的生物胁迫效应。结果表明,ZnO-NPs破坏菌株Halomonas sp.KGL1的细胞膜完整性并改变其粘滞性,使菌株形态结构改变,菌体发生团聚;同时诱导该菌株细胞产生活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS),对菌株细胞产生氧化胁迫,进一步损伤菌株细胞,抑制菌株的生长和脱氮能力,且ZnO-NPs浓度越高,该菌株受胁迫程度越强。不同浓度的ZnO-NPs对菌株Halomonas sp.KGL1的NH+4-N去除率无显著影响,而其NO-3-N、NO-2-N的去除效率显著降低。研究结果可为提高海水养殖废水等高盐含氮废水中脱氮菌株的抗ZnO-NPs胁迫能力的理论研究和实际应用提供科学依据。

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp.PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.

具有N_2O控逸能力的异养硝化-好氧反硝化菌株的筛选鉴定

利用BTB平板培养基以及硝化-反硝化性能测定,从实验室驯化成熟的SBR反应器中筛选出3株异养硝化-好氧反硝化菌.其中WYLW1-6菌株的硝化-反硝化性能尤为突出,经16S rDNA基因序列分析和Biolog测定,该菌株属于蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus).在摇瓶培养时,对该菌株设计L4(23)的正交试验,结果发现,菌株WYLW1-6投加到水中后启动迅速,且生长适应性强,优选条件下,其氨氮最大去除率可达95.21%.用发酵罐对其扩大培养测定N2O逸出量,表明该菌脱氮效果良好,NH4+-N去除率达到97.19%,TN去除率为96.63%,N2O逸出量为1.849 2 mg,其中N2O-N量为1.176 8 mg,N2O-N量占水中脱除TN量的0.598%.菌株WYLW1-6能够独立完成生物脱氮的全过程,高效脱氮的同时N2O逸出量低.该菌可用于构建一个低NO逸出的高效脱氮菌系,从而实现NO生物控逸.

一株贫营养异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及脱氮特性

为了探究并优化菌剂应用于微污染水源水体修复的机制和条件,主要针对水库沉积物内筛选出的贫营养好氧反硝化菌进行了菌种鉴定及脱氮特性研究,考察菌株在不同环境条件下的脱氮效果,明确了该菌株的最适宜生长条件,并基于水库水体中贫营养条件对菌株进行水源水库原水的驯化培养试验研究,以期实现该菌株对微污染水源水库原水中氮源污染物的脱除,为原位投菌技术实际工程应用提供理论依据。从微污染水源水库沉积物中驯化筛分出一株高效异养硝化-好氧反硝化菌A14,通过扫描电镜观察、生理生化特征、16S r RNA基因测序和Biolog GenⅢ鉴定,确定该菌株为革兰氏阴性短杆菌,鉴定为皮特不动杆菌(Acinetobacter pittii)。在好氧条件下,菌株细胞内表达反硝化功能基因nap A,以NO3-为唯一氮源进行反硝化作用时,36 h时NO3-去除率为78.89%。以NH4+为唯一氮源时,48 h NH4+去除率为95.25%,TN去除率达80.42%,TOC去除率达98.30%,表明该菌株具有异养硝化-好氧反硝化特性。在改变环境条件过程中,该菌株在以乙酸钠为碳源,温度为30℃,C/N为12,p H为7,接种量为10%时,NO3-去除率最高为86.62%,并且在10℃下脱氮率达到40.18%。在水源水库原水脱氮实验中,接种处理TN去除率为50.95%,NO3-去除率为80.25%。结果表明,菌株A14在微污染水源水体菌剂脱氮修复中具有良好的应用潜力。

一株异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮性能研究

选用四因素三水平L9(34)正交试验表设计实验,通过测定对NO3--N(硝酸盐氮)和TIN的去除能力,研究碳源、碳氮比(ρ(CODCr)/ρ(N))、溶解氧含量(ρ(DO))以及pH 4种不同因素对一株恶臭假单胞菌好氧反硝化性能的影响.结果表明,该菌株对NO3--N的最大还原率可达100%;对NO3--N还原率影响最大的因素为ρ(CODCr)/ρ(N),其次为ρ(DO),碳源和pH;对应的最优条件:碳源为柠檬酸三钠,ρ(CODCr)/ρ(N)=15,转速为60 r/min,pH为6.5.对TIN去除率影响最大的因素为ρ(CODCr)/ρ(N),其次为碳源,ρ(DO)和pH;对应的最优条件:碳源为柠檬酸三钠,ρ(CODCr)/ρ(N)=15,转速为100 r/min,pH为6.5.同时又对该菌株的异养硝化能力进行了测定发现,该菌株自身可实现同步硝化反硝化,其对氨氮的去除率可达60.91%,即该菌株可以独立完成生物脱氮的全部过程.

异养硝化-好氧反硝化菌Paracoccus pantotrophus ATCC 35512的研究进展

近年来发现了一类具有偶联异养硝化-好氧反硝化功能的细菌.Paracoccus pantotrophus ATCC 35512是其中最早发现的细菌.通过对该菌株16SrRNA序列和细胞色素c的氨基酸序列分析,确立其为一个新种Paracoccus pantotrophus,ATCC35512被确定为模式株.该菌株的异养硝化-好氧反硝化偶联途径假说被提出,其反应途径中涉及的一系列酶和电子传递体也陆续被纯化研究.本文综述了对该菌株系统分类、形态和生理生化特征、硝化–反硝化偶联假说及氮循环酶系等的研究进展,并提出了进一步揭示异养硝化–好氧反硝化现象的研究方向.