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。

一株异养硝化-好氧反硝化细菌Paracoccus sp.QD-30分离及脱氮特性研究

为获得具有异养硝化-好氧反硝化能力的高效脱氮菌,从沈阳市南部污水厂活性污泥中筛选分离得到能高效脱氮的异养硝化-好氧反硝化菌株.通过筛选得到一株脱氮能力最强的菌株,命名为Paracoccus sp.QD-30.通过测定16SrRNA基因序列确定该菌株为副球菌属,并进一步研究了Paracoccus sp.QD-30菌株在不同氮源环境下的脱氮特性和单因素环境因子的最佳脱氮条件.菌株最大氨氮去除率为87.69%,最大亚硝态氮去除率为77.19%,最大硝态氮去除率为77.25%.最佳脱氮条件:琥珀酸钠为最佳碳源、C/N质量比为14、温度为35℃、pH为7,转速为140 r/min.菌株Paracoccus sp.QD-30是一株新型且具有高效脱氮能力的副球菌,在生物脱氮领域具有较好的工程应用前景.

脱氮副球菌YF1的反硝化特性研究

从活性污泥中分离出1株反硝化细菌,16SrDNA序列分析表明该菌株为脱氮副球菌属(Paracoccus),研究其在好氧、厌氧条件下的脱氮特性并进行优化。结果表明,在碳源为葡萄糖,碳氮量比为20、温度30℃、pH为7.5、接种量体积分数1.5%、微量元素投加体积分数0.02%的最优降解条件下,该菌对初始质量浓度为100.0mg·L-1的硝酸盐在30h内的降解率在好氧条件下为95.3%,厌氧条件下为96.3%,并且都没有亚硝酸盐的积累,具有良好的脱氮特性。

脱氮副球菌硝酸盐／亚硝酸盐还原酶的活性变化及对养殖水体中无机氮素的转化

以一株脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)为试验菌株,研究了其在不同溶氧条件下菌体内硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性的变化及对水体中无机氮的转化。结果表明,脱氮副球菌是一株好氧细菌,当水体中存在碳源及3种不同形式的无机氮时,水体DO的水平决定了菌体的生长速率及对无机氮的转化利用效率。DO充足,菌体生长速率快,细胞量高,反之则生长缓慢。脱氮副球菌可有效转化不同形式的无机氮,其以同化的方式转化NH+4-N,而以反硝化方式转化去除NO-2-N和NO-3-N。反硝化作用的程度取决于细菌体内异化型硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活力。而异化型硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的活力受到水体中NO-3-N和NO-2-N的含量以及DO水平的显著影响。从转化速率和效能上来看,水体DO至少应保持在3.6mg·L-1以上。将活菌数≥109个·mL-1的脱氮副球菌按0.75、1.50、2.25mg·L-1的用量加入淡水池塘养殖水体,在38d试验期内可使养殖水体中的NH+4-N下降39.71%～49.33%,NO-2-N下降50.00%～64.39%,NO-3-N下降44.44%～60.00%,高锰酸盐指数下降7.81%～21.49%,对养殖水体中的无机氮素及有机物污染具有较好的控制效果。研究显示,脱氮副球菌的好氧反硝化作用可以为养殖水体有氧条件下的脱氮提供一条新的思路。

脱氮副球菌的好氧反硝化特性及对养殖水体中氮素的控制

以一株脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)为试验菌株,研究了其在好氧环境下的最适生长条件以及在不同溶氧条件下对NO2--N、NO3--N的转化去除情况。结果表明,脱氮副球菌好氧下的最适生长温度为30℃,最适生长pH值为7.0。在溶解氧比较充足的情况下(6.6～7.3mg.L-1),脱氮副球菌对NO2--N、NO3--N的去除以同化吸收为主,少部分是经由反硝化作用去除,最大去除率可达100%和97.58%。随着溶氧的降低,脱氮副球菌的反硝化能力增强,NO2--N、NO3--N通过反硝化作用去除的比例增加。将活菌数≥109个.mL-1的脱氮副球菌按1.0、2.5mg.L-1的浓度加入养殖水体,在10d内可使养殖水体中的NH4+-N下降41.89%～49.23%,NO2--N下降33.33%～42.86%,NO3--N下降48.28%～67.74%,对养殖水体中的氮素污染具有较好的控制效果。研究显示,脱氮副球菌的好氧反硝化作用可以为养殖水体有氧条件下的脱氮提供一条新的思路。

有机碳源添加对脱氮副球菌脱氮效果的影响

以脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)为菌种来源,可生物降解聚合物PCL为有机碳源和生物膜载体,对养殖水体的硝酸盐氮进行脱除实验。结果表明,以特定反硝化菌株接入反硝化装置,可以有效去除硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。经过15 d的驯化,60 d的反硝化实验,硝酸盐氮的去除率达到79%,且无亚硝态氮的明显累积;扫描电镜结果表明,固相碳源表面形成的凹陷可为脱氮副球菌提供碳源及载体,具有较好的生物利用性。以PCL为碳源,可以提高养殖水体中的C/N,且操作简单,在经济上具备一定的可行性。

脱氮副球菌DYTN-1高效去除污水中的总氮

利用脱氮副球菌的异养硝化和好氧反硝化一体的特点,测定其去除污水中总氮(total nitrogen,TN)的效果。污水中TN在24 h内可被游离状态的脱氮副球菌DYTN-1由100 mg/L降低至20 mg/L以下。为了提高对TN的去除效率,对游离细胞进行了固定化,以不同的二价金属阳离子作为交联剂对脱氮副球菌细胞进行细胞固定化。结果表明:固定化的细胞DYTN-1可以在8 h内使得污水中TN的含量由100 mg/L降低至20 mg/L以下,达到了国家排放标准。正交试验优化后,12批次污水中大部分批次达标所用时间在3 h以内。固定化的最佳条件为:海藻酸钠(sodium alginate,SA)含量为3%,SA与菌种比例为1∶1,氯化钡浓度为0. 1 mol/L,固定化时间为5 h,固定化后的脱氮副球菌DYTN-1可以显著提高废水中的总氮的去除效率。

固定化脱氮副球菌同时去除硝酸盐和重金属锌离子

采用将脱氮副球菌Paracoccus strain YF1固定在竹炭上,以达到同时提高硝酸盐和重金属锌的去除效率的目的.实验结果表明:在最佳炭化温度600℃的条件下,改性竹炭对0.5 mmol·L^-1 Zn^2+的去除率接近100%,对5 mmol·L^-1硝酸盐去除率为20%.培养基中单独加入硝酸盐或Zn^2+,或者同时加入硝酸盐和Zn^2+时,24 h时固定化菌对两者去除效率都达到96%以上;而竹炭对Zn^2+的去除效率均达到99%,对硝酸盐的去除率都小于24%;游离菌对Zn^2+基本没有去除作用,对硝酸盐去除由于Zn^2+共存,从96%降低到81%.固定化菌对Zn^2+的吸附符合伪二级动力学模型,对硝酸盐符合零级动力学模型.此外,固定化菌重复利用5次,前3次对5 mmol·L^-1硝酸盐和0.5 mmol·L^-1Zn^2+的去除率均高于96%,第4次开始,去除率有所下降.

山梨糖脱氢酶在脱氮副球菌中的表达

目的:在脱氮副球菌PD1222中表达山梨糖脱氢酶(SDH)。方法:从质粒pMD-18T上复制氨苄西林抗性基因Ampr,从酮古龙酸菌中复制SDH基因sdh,先后酶切连接到pIND4质粒上,构建pIND4-Ampr-sdh穿梭质粒;再把pIND4-Ampr-sdh电转入大肠杆菌S17-1λpir作为供体菌,脱氮副球菌PD1222为受体菌进行双亲本接合转移;挑取壮观霉素和氨苄西林双抗平板上的接合子进行培养,菌液PCR复筛接合子,测序鉴定,通过DCIP法和非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳法检测阳性克隆的SDH活性。结果:构建的质粒pIND4-Ampr-sdh成功转入脱氮副球菌PD1222中,SDH获得表达并检测到其蛋白活性。结论:实现了SDH在脱氮副球菌中的表达,为在脱氮副球菌中研究SDH的下游电子传递链奠定了基础。

一株异养硝化细菌的分离鉴定和脱氮特性研究

筛选对高浓度NH3-N养殖废水具有高效硝化能力的菌株,研究其硝化性能。通过比较几种已报道的筛选方法和不同生境中异养硝化细菌筛选效果,确定了以乙酰胺为唯一碳源和氮源,从高氨氮生境中可以筛选到高效的异养硝化细菌;进一步通过富集培养分离,从沼气池出水口水中分离到一株异养硝化细菌,并根据部分长度的16S rDNA序列进行了系统发育分析。该菌株具有高效异养硝化功能,在初始氨氮浓度为104mg·L-1的异养氨化培养基中培养12h后,氨氮和总氮去除率分别达81.7%和53.7%,最终氨氮和总氮去除率可达90.1%和61.3%,且培养液中无明显的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮累积。16S rDNA的序列分析鉴定,该菌株与Paracoccus denitrificans具有99%相似性,结合生理生化分析认定该菌株是一株脱氮副球菌,命名为Paracoccus denitrificans FJAT-14899。筛选出的菌株Paracoccus denitrificans FJAT-14899对氨氮具有高效的去除率,显示了良好的应用前景。

高效除氨氮异养硝化细菌的分离鉴定及其脱氮条件优化

为去除畜禽粪便好养堆肥过程中产生的氨气,筛选具有高效除氮功能的微生物,该文通过摇瓶连续富集驯化,从垃圾渗滤液处理厂的活性污泥中筛选到1株高效除氨氮菌株Z53,通过形态特征及16Sr RNA基因序列鉴定,确定其为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans),并通过正交试验对其脱氮条件进行优化。试验表明该菌株最适碳源为丁二酸钠,最佳C/N为15;最佳氨氮去除条件为摇床转速160 r/min、250 mL三角瓶装液量为40 mL、温度30℃、pH值为7.0。在此条件下接种1%的菌液,该菌株在11h内将(191.4±0.7)mg/L的氨氮完全去除,平均去除速率为17.4mg/(L·h)。通过氮素形态测定显示该菌株不仅具有异养硝化作用,可将氨态氮氧化为硝态氮,且无亚硝态氮积累;还具有反硝化作用,在好氧条件下消耗硝态氮生成亚硝态氮,硝氮平均去除率为16.8mg/(L·h),在厌氧条件下反硝化作用产生N2,硝氮平均去除率为9.8 mg/(L·h)。该研究体现了菌株Z53有望用于堆肥厂中的生物滴滤装置并高效去除氨氮,从而达到降低氨气污染的目的,具有良好的开发应用前景。

响应曲面法优化脱氮副球菌的反硝化脱氮条件

为探究脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)对养殖废水的反硝化脱氮性能,在模拟废水条件下进行不同条件下脱氮性能研究。通过单因素试验,对温度、转速、pH、菌悬液投加量和反应时间5个影响因子进行研究。选取菌悬液投加量、转速和反应时间3个因素,通过响应曲面法进行优化。结果表明,在菌悬液投加量3.5 mg/L、转速140 r/min、反应时间17.5 h的条件下,反硝化脱氮效率为79.52%(预测值为79.98%)。采用优化后的培养条件进行脱氮验证,反硝化速率显著增加。脱氮副球菌作为一种好氧反硝化细菌,脱氮效果稳定。本研究可为Paracoccus denitrificans生物脱氮工程实践提供有益参考。

脱氮副球菌YF1微生物燃料电池生物阴极脱氮和产电

以脱氮副球菌YF1构建纯种生物阴极微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)进行脱氮和产电机理的研究。研究结果发现,阴极碳氮比、pH值对产电和脱氮效率有明显影响。当MFC的阴极运行条件pH值为8.0,碳氮比为20时,运行时间15 h时,脱氮率高达100%,输出电压为150 mV。上述结果表明,微生物燃料电池运行过程中,细菌降解硝酸根的机理为将硝酸根还原为N2或者直接将其作为自身的营养物质而利用。循环伏安(CV)与扫描电镜(SEM)的结果表明,在微生物燃料电池运行中,副球菌YF1通过接触导电作为产电的电子供体。

共基质条件下脱氮副球菌W12对吡啶的降解

为了研究难降解有机物在共基质条件下的生物降解性能,从实验室的废水生物处理反应器内采集活性污泥样本,以吡啶为唯一碳、氮源筛选出来一株脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)W12,选择3种共基质:葡萄糖、苯酚和喹啉,研究了W12分别在这种基质中对吡啶降解的影响。结果表明:葡萄糖对吡啶的降解具有促进作用,但其促进作用存在一个最优点,过高浓度的葡萄糖不促进降解,甚至会减慢吡啶的降解。苯酚对吡啶的生物降解有抑制作用,且随着苯酚浓度的增大而增大。喹啉对吡啶的生物降解也有抑制作用,且随着喹啉的增大而增大,但W12在单基质和共基质下均不能降解苯酚和喹啉。

脱氮副球菌W12降解吡啶的影响因素及其赋存质粒特性

从实验室的废水生物处理反应器内的活性污泥样本,筛选出来一株以吡啶为唯一碳、氮源的脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans),命名为W12;研究了温度、pH值、吡啶初始浓度和投菌量对W12降解吡啶的影响.结果显示,在试验温度范围内高温有利于W12降解吡啶;同时W12降解吡啶的最适pH值范围在7～9;吡啶初始浓度越大降解时间越长,且投菌量越大吡啶降解越快.此外还研究了W12菌上赋存的质粒特性.脉冲场试验表明,W12菌上2个质粒的大小分别为169kb和182kb,并通过质粒消除试验证实了质粒参与了编码吡啶降解基因.

聚酰胺微塑料对大肠杆菌和脱氮副球菌的毒性

微塑料对环境微生物的毒性尚不清楚.本研究通过生长曲线测试、活性氧(ROS)生成、无机氮转化效率和塑料添加剂检测,探究了聚酰胺(PA)微塑料对典型环境微生物—大肠杆菌和脱氮副球菌生长的影响.PA微塑料对大肠杆菌的毒性与其浓度呈正相关,高浓度PA(100 mg·L^(-1))微塑料对大肠杆菌和脱氮副球菌的生长均产生了显著抑制,胞内ROS提升水平分别为20.4%~29.2%和82.5%~212.7%.高浓度PA微塑料虽然抑制了脱氮副球菌生长但不会影响其脱氮性能.塑料添加剂检测结果表明,在高浓度PA微塑料暴露下塑料添加剂双酚A和邻苯二甲酸二乙酯有溶出并被脱氮副球菌吸附的可能.未来应进一步关注微塑料对环境微生物的影响及其毒性机制.

金属纳米材料在厌氧条件下对脱氮副球菌反硝化作用的影响

以脱氮副球菌YF1为实验菌株,研究纳米Fe0和纳米Fe/Ni 2种金属纳米材料对菌体生长及其反硝化作用的影响。实验结果表明:添加纳米材料到反应体系中会降低实验菌株的生长量和生物反硝化作用,纳米Fe/Ni对实验菌株的毒性比纳米Fe0大。在含硝态氮初始浓度为100 mg/L的反硝化培养基中接种脱氮副球菌,于30℃培养20 h,脱氮率为89.47%,而菌+1 000 mg/L纳米Fe/Ni的体系脱氮率仅为64.33%;菌+1 000 mg/L纳米Fe0体系的脱氮率为76.36%。不同体系的反硝化过程均可采用零级动力学模型进行拟合(相关系数R2>0.92)。这2种金属纳米材料对实验菌株的生长量及其反硝化作用的影响程度,与体系的pH和温度有较大关系。

微生物固定化生物炭对水体铵态氮去除效果的研究

为探究微生物固定化生物炭对水体铵态氮(NH_(4)^(+)-N)去除效果的影响,以花生壳生物炭(BC)为载体,通过吸附和包埋两种方法将脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、假单胞菌(Pseudomonas)和拉乌尔菌(Raoultella)固定在生物炭上,然后将该微生物固定化生物炭投加到NH_(4)^(+)-N模拟废水中,结合表面微观结构表征,研究其对水体NH_(4)^(+)-N的去除性能。结果表明:吸附和包埋法均能将微生物固定到生物炭表面,并在生物炭表面呈饼状、杆状和粒状分布。吸附法固定脱氮副球菌和假单胞菌,分别缩小生物炭比表面积和孔容积5.5%~17.2%和5.4%~25.8%。吸附法固定拉乌尔菌,分别增大生物炭比表面积和微孔容积45%和43%,缩小介孔和大孔容积。包埋法引入—CH_(2)、C—H和C=O键等新的官能团,但由于带入包埋材料,使固定微生物生物炭比表面积减少87.3%~96.3%,孔容急剧缩小,其中介孔缩小84.1%~98.2%,微孔几乎全部被封堵。因此,吸附法制得的固定化微生物生物炭对水体NH_(4)^(+)-N去除速率较包埋法高1.16~3.44倍。研究表明,吸附法和包埋法均能将微生物固定在生物炭表面,包埋法对生物炭的孔隙结构和表面官能团影响更大,吸附法对水中NH_(4)^(+)-N的去除效率更高。

代谢工程强化脱氮副球菌DYTN-1去除氮素污染物

【目的】脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)是一种环境友好的α-变形菌纲菌株,在有氧条件下也可进行反硝化过程,具有较好的脱氮能力。本研究以脱氮副球菌DYTN-1为底盘细胞,筛选氮素诱导型启动子用于强化硝化和反硝化途径,进而达到代谢工程强化脱氮副球菌DYTN-1去除氮素污染物的目的。【方法】通过接合转移的方法分别将过表达amoA、amoB、hao和nirS基因的重组质粒导入脱氮副球菌DYTN-1细胞中。经过荧光定量检测和氮素定量检测对脱氮副球菌DYTN-1的基因元件和氮去除能力进行表征。【结果】从基因组中挖掘了6个受NO_(2)^(‒)、NO_(3)^(‒)和NH_(4)^(+)诱导的启动子,诱导差异为2‒26倍;且过表达nirS的菌株用2 g/L KNO_(3)处理24 h后培养基中NO_(3)^(‒)的残余量为野生型菌株的67%。同时过表达hao和nirS基因的菌株在用1 g/L NH_(4)Cl和2 g/L KNO_(3)处理12 h后,其NO_(3)^(-)的剩余量仅为野生型菌株的50%,且最终总氮的降解效率达79.5%,剩余总氮仅为野生型菌株的一半。【结论】上述研究表明,利用筛选获得的启动子工具在P.denitrificans DYTN-1中进行代谢工程改造强化氮素污染物的去除具有可行性。

一株非发酵反硝化聚磷菌的筛选及其代谢模式研究

利用活性污泥与生物膜复合系统富集反硝化聚磷菌(DPB)并进行了功能菌的筛选及反硝化聚磷实验,考察了乙酸、PO43--P和NO3--N、PHB和糖原的变化,分析了厌氧和缺氧代谢模式以及PHB在此过程中所起的作用.结果表明,分离到的YB菌株与脱氮副球菌属最相似,是一类非发酵的反硝化聚磷菌.厌氧阶段,YB菌株合成1mg的PHB释放0.11mg的P,作为非发酵菌,合成PHB所需要的能量ATP大部分来自聚磷酸盐的释放.缺氧阶段,YB菌株分解1mg的PHB聚集0.15mg的P,PHB分解产生的ATP多用于聚磷过程;与以前报道的聚磷菌在厌氧和缺氧条件下的代谢模式不同.厌氧阶段聚磷酸盐的释放将影响PHB的合成,进一步影响反硝化聚磷效果,因此认为应重点跟踪△P/△PHB和△NO3--N/△PHB,而不是△P/△COD、△NO3--N/△COD或者△P/△NO3--N.