过表达亚硝酸盐还原酶的重组大肠杆菌辅助污水短程硝化

【目的】为了体现并突出亚硝酸盐还原酶在污水脱氮以及短程硝化中的重要性,对过表达亚硝酸盐还原酶的大肠杆菌进行了污水脱氮的研究。【方法】通过转化带有亚硝酸盐还原酶基因的重组质粒,将亚硝酸盐还原酶在大肠杆菌中过表达,通过分析重组大肠杆菌的产物研究了该酶的表达及还原亚硝酸盐的情况,通过将该重组菌与已报道的硝化-反硝化细菌或生活污水进行混合培养,研究重组菌用于辅助氨氮去除的短程硝化能力。【结果】重组大肠杆菌能正确表达亚硝酸盐还原酶,OD600=2.0的菌悬液在2 h内还原约1 mmol/L的亚硝酸盐,并产生几乎等量的一氧化氮;重组大肠杆菌与Acinetobacter sp.YF14菌株等比例混合时,12 h能够提高氨氮脱氮效率约(36.0±7.4)%,且在4 h时,最大亚硝酸盐的积累量减少37%;重组大肠杆菌(OD600=1.0)12 h内能够提高污水厂活性污泥的脱氮效率约(31.0±5.7)%,且未检测到亚硝酸盐和硝酸盐的积累;溶氧水平对于亚硝酸盐还原酶重组菌辅助脱氮具有明显的影响,中等溶氧量[(6.4?0.7)mg/L]时脱氮效果最好。【结论】过表达亚硝酸盐还原酶的大肠杆菌可以提高污水脱氮的短程硝化能力。     

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。     

盐分对生物脱氮工艺中硝化反应的影响与机理

高盐废水来源广泛,在利用生物脱氮法处理高盐含氮废水时,盐分会对生物脱氮产生抑制作用.硝化反应是生物脱氮工艺中的关键过程,研究盐分对硝化反应的影响机理具有重要意义.本文概述了盐分对废水生物脱氮过程中硝化反应影响的研究进展,总结了盐胁迫对好氧氨氧化过程、亚硝酸盐氧化过程中硝化效率和反应特性的影响规律,并分析了盐分对硝化微生物细胞形态、生物絮体结构和胞外聚合物特性变化以及菌群结构的影响,系统阐述了盐胁迫下的硝化反应机理,为高盐分高铵氮废水生物脱氮工艺设计提供理论指导.
     

亚硝酸盐对污水生物除磷影响的研究进展

亚硝酸盐作为生物硝化和反硝化的中间产物, 存在于污水生物脱氮除磷系统中。对于生物强化除磷工艺亚硝酸盐既是电子受体用于反硝化除磷, 同时又是抑制剂影响生物除磷过程。本文综述了聚磷菌在厌氧、好氧和缺氧环境中的代谢机理, 在此基础上分别从好氧除磷和反硝化除磷两方面介绍了亚硝酸盐对污水生物除磷影响的研究, 同时概述了亚硝酸盐对生物除磷的抑制机理, 并对该领域的研究提出了个人见解。     

脱氮微生物及脱氮工艺研究进展

脱氮是大部分污水处理系统中不可缺少的一环。由于具有经济高效、工艺简单和无二次污染等显著优势,生物脱氮工艺在最近数十年中备受关注。根据脱氮微生物的生理特性和脱氮机制不同,文中分类综述了近年来生物脱氮工艺的研究进展,重点对比分析了硝化菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌以及以这些菌为基础的不同生物脱氮工艺的优缺点,为复杂污水环境的脱氮工艺选择提供参考。基于微生物脱氮机制,通过合成生物学技术开发高效脱氮菌株,结合不同工艺优点并应用自动化模拟最佳条件,从而建立经济高效的脱氮工艺将是未来发展的重要方向。     

短程反硝化菌株FDN-1的分离鉴定及其脱氮性能

从富集的活性污泥菌群中,筛选得到反硝化菌株FDN-1。通过对菌株形态观察、生理生化鉴定以及16SrDNA序列分析,确定该菌株为黄杆菌属（Havobacterium mizutaii）。以N02---N为氮源、甲醇为碳源进行驯化,亚硝酸盐氮浓度在200-400mg／L范围时,总氮去除率均在90％以上;脱氮能力验证结果表明,该菌株能够处理含亚硝酸盐的污水,进水亚硝酸盐氮浓度不能超过600mg／L。     

亚硝酸盐氧化细菌的生态位以及对海洋环境变化的响应机制

硝酸盐是海洋微生物可利用氮的主要形式,也是限制表层海洋生物生产力的主要营养物质,海洋中的硝酸盐主要由氨和亚硝酸盐的氧化产生。探索亚硝酸盐氧化细菌在海洋生态系统中的生态位以及对环境变化的响应机制,对认识微生物参与的氮循环具有十分重要的意义。本文综述了海洋亚硝酸盐氧化细菌的研究进程及其主要种类,并总结了其主要的生理生态学特征,指出微生物在海洋生态系统变迁中所衍生出的适应对策。基于当前的研究现状,展望亚硝酸盐氧化细菌未来的研究方向,以期更好地了解海洋中亚硝酸盐的氧化过程,为进一步认识氮在生物地球化学中的循环奠定基础。     

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化及其功能微生物研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO）是耦合氮循环和碳循环的关键环节,主要是由亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌（Candidatus Methylomirabilis oxyfera）介导完成,对于研究全球氮和碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文首先总结了国内外N-DAMO的影响因素和在不同自然生态系统中的分布;然后阐述了N-DAMO菌的生理生化特性及其富集培养优化实验和检测技术,最后探讨了N-DAMO技术的应用现状。本综述不仅有助于揭示全球碳氮循环的耦合作用机制,也为N-DAMO反应耦合其他厌氧生物处理过程应用到污水的除碳脱氮上提供了理论依据。     

金属离子对粪产碱杆菌C16的脱氮和亚硝酸盐积累的影响

【目的】研究不同金属离子对异养氨氧化细菌C16的生长和脱氮性能影响,探讨适于C16生长和脱氮的金属离子及其浓度。【方法】实验选用Mg2+、Mn2+、Fe2+、Cu2+、Zn2+5种金属离子,对C16的生长﹑脱氮性能﹑亚硝酸盐氮积累以及相关酶活性进行研究。【结果】Mg2+明显促进C16的生长和NH4+-N氧化速率;较高浓度Mn2+使得C16无法生长;原培养基中缺少Fe2+会抑制C16的生长和NH4+-N氧化速率;在原培养基中加入0.1 mmol/L的Cu2+对C16的生长和脱氮具有一定的促进作用,Cu2+使得培养基中基本无NO2--N和NH2OH的积累;不同浓度的Zn2+对C16的生长和氨氮去除有抑制作用。酶活实验结果显示,0.1 mmol/L Mg2+促进了羟胺氧化还原酶(HAO)的活性;0.1 mmol/L Cu2+促进了硝酸盐还原酶(Nar)和亚硝酸盐还原酶(Nir)的活性。【结论】Mg2+是C16生长和脱氮过程中的一种重要金属离子;加入Cu2+可避免过量亚硝酸盐积累。     

一株反硝化光合细菌的生物学特性及系统发育分析

【目的】养殖水体中亚硝酸盐的过量积累会对养殖生物产生毒害作用,应用脱氮细菌去除亚硝酸盐是养殖水质调控的重要手段之一,本文意在得到一株高效去除亚硝酸盐的光合细菌。【方法】采用软琼脂稀释法分离纯化光合细菌菌株,通过电镜观察、生理生化试验研究其生物学特性、依据16S rDNA和光合反应中心M亚基基因(Gene coding for photosynthetic reaction center subunit M,pufM)序列对其做系统发育分析。【结果】从淡水养殖塘中分离筛选到一株高效还原亚硝氮的光合细菌菌株wps。该菌株为革兰氏阴性菌,细胞杆状,大小为0.4-0.6μm×1.5-4.0μm,极生丛生鞭毛,片层状光合内膜,兼性厌氧光照条件生长,单菌落及液体培养物呈红色,含细菌叶绿素a和类胡萝卜素。最适生长pH范围为5.5-8.5,最适生长盐度范围为0-2%,最适生长温度范围为25℃-38℃。菌株wps与Rhodopseudomonas palustris的16S rDNA序列相似性为98.9%,光合反应中心M亚基基因序列的相似性为94.9%,但是二者在生物学性质上有较大差异,如菌株wps在pH5.5生长,不能光自养生长,不利用柠檬酸盐、甲酸盐进行光异养生长,需盐酸硫胺素和泛酸钙做生长因子等。【结论】菌株wps可能为Rhodopseudomonas属的一个新种,且在养殖水体水质调控中具有重要应用前景。     

一株异养型亚硝酸盐氧化细菌的分离及其降解特性的研究

以亚硝酸盐和琥珀酸钠作为惟一氮、碳源从活性污泥中筛选分离一株能够高效氧化亚硝酸盐的硝化菌株,并对其形态学、生理生化及16S rDNA同源性进行分析,在此基础上研究pH、温度、转速、初始亚硝基氮的浓度以及盐浓度对其氧化亚硝酸盐的影响。结果显示,在好氧条件下,该菌株能在12 h内将356.004 mg/L亚硝酸盐降解99.53%。根据形态学特征、生理生化特性以及16S rRNA同源性分析,初步将该菌株鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),并将其命名为LYS-86。该菌株氧化亚硝酸盐的最适pH8.0-10.0,温度30℃,转速180 r/min,盐浓度1 g/L。当培养基中初始亚硝酸盐浓度为0.5 g/L时,菌株LYS-86的硝化活性最高,随着培养基中初始亚硝基氮浓度的不断提高,菌株LYS-86的硝化活性会不断下降。本研究利用硝化细菌选择性培养基从活性污泥中筛选到了一株异养型亚硝酸氧化菌菌株,该菌株具有高效的硝化活性,为今后该菌株的实际应用及理论研究奠定了基础。     

氢自养微生物的驯化及其反硝化特性研究北大核心

【目的】本研究筛选出弱酸性环境下利用无机碳源进行高效脱氮的氢自养微生物,探究不同无机碳源对体系反硝化能力的影响,以及长期驯化过程中反应器内水质参数、微生物群落结构和脱氮周期变化规律。【方法】氢自养微生物的驯化采用一种成本低廉、气密性优良、可计算氢气利用率的序批式反应器,通过及时向装置内补充氢气、无机碳源、营养液和硝酸盐对微生物进行连续驯化。【结果】驯化的微生物利用NaHCO_(3)和CO_(2)作为混合无机碳源对硝酸盐的脱氮效果要优于单一使用NaHCO_(3);在环境温度为20℃,pH为6.3-7.0,硝态氮初始投加量为15 mg-N/L时,NO_(3)--N最高反应速率为1.374 mg-N/(L·h),氢气最高利用率为43.4%,脱氮周期为16 h,且脱氮过程中无亚硝酸盐积累;驯化得到的微生物主要为嗜酸菌属(Acidovorax),占比达84.4%。【结论】利用本研究的装置和驯化方法对土著微生物进行脱氮驯化是可行且高效的,可筛选出在弱酸性环境下利用无机碳源进行反硝化的氢自养微生物,为地下水中硝酸盐污染的生物修复提供理论依据,也为后续进一步研究弱酸性环境下氢自养微生物同时脱氮固铀奠定基础。     

高效反硝化菌aHD7的筛分、脱氮特性及厌氧氨氧化性

从活性污泥中筛选出一株高效反硝化菌aHD7,30℃静置培养3d,脱氮率可达91.7％,且反应过程中亚硝酸盐积累量较低,3d后亚硝酸盐氮浓度基本稳定在1.8mg.L-1.显微镜观察显示,菌株为革兰氏阴性杆菌,大小为0.5 μm×(1.5～2.5) μm.通过生理生化特性及16S rDNA同源性分析,初步推断该菌株为门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina).考察了碳源、C/N、氮初始浓度、pH等因素对菌株反硝化性能的影响.结果表明:对中低浓度硝酸盐(硝酸盐氮浓度≤276.95 mg.L-1),脱氮率接近100％,硝酸盐氮浓度高达553.59 mg·L-1时,脱氮率可达66.8％,且亚硝酸盐积累量甚微;最适碳源为乙醇;C/N为6～8和偏中性条件有利于反硝化反应.aHD7具有较强的厌氧氨氧化性,平均氨利用率达4.56 mg·L-1·d-1.     

生物脱氮新工艺研究进展

废水生物脱氮已经成为水污染控制的一个重要研究方向,传统的生物脱氮采用的是硝化－反硝化工艺,但存在很多问题,最近的一些研究表明,生物脱氮过程中出现了一些超出人们转传统认识的新现象,为水处理工作设计处理工艺提供了新的理论思路,现就这一领域的研究进展作一综述。     

生物脱氮新工艺研究进展*

废水生物脱氮已经成为水污染控制的一个重要研究方向。传统的生物脱氮采用的是硝化 反硝化工艺 ,但存在很多问题。最近的一些研究表明 :生物脱氮过程中出现了一些超出人们传统认识的新现象 ,为水处理工作者设计处理工艺提供了新的理论和思路。现就这一领域的研究进展作一综述。     

脱氮功能菌去除市政废水中氮素的研究

为了探讨实验室筛选获得的氨氧化细菌CM-NRO14和反硝化细菌CM-NRD3联合去除市政废水中氮素的应用价值,采用了两级A/O工艺进行菌株去除废水中氮素的小试实验,最后将菌株用于废水脱氮工程中。结果表明,脱氮功能菌实现了短程硝化-反硝化,氨氮去除率在98%以上,总氮去除率在75%以上, COD (化学需氧量)去除率大于90%,出水各项指标均低于城镇污水处理厂污染物排放一级(A)标准。脱氮功能菌在去除市政废水中氮素方面有很高的应用价值,可用于城镇污水处理厂提标改造等。     

间歇曝气对微污染源水生物接触氧化修复系统脱氮性能的影响

针对寡营养生境下生物脱氮过程碳源不足等问题,开展不同间歇曝气方式对微污染源水生物接触氧化修复系统脱氮性能的影响研究,探究修复系统短程硝化反硝化的可行性与过程机理.结果表明:在停曝-曝气时间为8 h-16 h的间歇曝气方式(Ⅰ)下启动的生物接触氧化修复系统,其铵态氮(NH+4-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)的平均去除率分别稳定在93.0%、78.1%、19.4%;而在停曝-曝气时间为16 h-8 h的间歇曝气方式(Ⅱ)下运行修复系统,其NH+4-N、CODMn平均去除率仍能分别维持在81.2%、76.4%,体系内NO-2-N发生积累,TN去除率增至50%以上.对工况Ⅱ下修复系统周期内氮素转化特性分析发现,在确保出水NH+4-N、溶解氧(DO)浓度达标的前提下,缩短曝气时间可将体系DO长时间控制在0.5～1.5 mg·L-1,亚硝酸氧化菌(NOB)生长及其活性受到抑制,NO-2-N明显累积,最终实现了微污染源水生物接触氧化修复系统的短程生物脱氮.     

基于甲烷氧化菌的脱氮技术研究进展

甲烷氧化菌利用甲烷作为唯一碳源和能源,在氧化甲烷的过程中能有效地实现脱氮,该过程分为好氧甲烷氧化耦合反硝化(aerobic methane oxidation coupled to denitrification,AME-D)和厌氧甲烷氧化耦合反硝化(anaerobic methane oxidation coupled to denitrification,ANME-D),在碳循环和氮循环的研究中具有重要意义。本文通过总结近年来有关甲烷氧化菌的分类与分布,阐述AME-D和ANME-D的基本原理、影响因素和应用情况,提出相应的研究方向,以期为甲烷氧化菌在污水脱氮中的应用提供参考。     

人工湿地氮去除关键功能微生物生态学研究进展

人工湿地是一种能有效处理水体氮素污染的生态技术,其中微生物是驱动人工湿地系统中氮素去除的重要引擎。近20年来,随着分子生物学技术的广泛应用,有关人工湿地氮去除功能微生物生态学方面研究取得了一些重要进展。以硝化-反硝化作用和厌氧氨氧化作用这两种重要的人工湿地微生物脱氮途径为主,针对氨氧化细菌/古菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌等关键脱氮功能微生物的研究,重点归纳总结了目前有关这几类关键功能菌群在人工湿地中的丰度、活性、多样性、分布特征与影响因素,及其对废水中氮去除的作用,并在此基础上对今后的重点研究工作提出了展望。面向未来人工湿地氮去除关键功能微生物的研究应侧重其在污水净化和温室气体减排等方面的生态功能研究,同时加强其代谢过程与机制以及不同功能菌群间的关联研究。     

反硝化细菌在污水脱氮中的作用

反硝化是在反硝化细菌的作用下,以硝酸盐作为最终电子受体而进行的无氧呼吸过程。从污水脱氮的角度论述反硝化在污水脱氮中的作用、污水脱氮的机理、污水脱氮过程中反硝化作用的影响因素等。从反硝化的角度出发,论述了反硝化细菌的类群、反硝化作用的机理、反硝化细菌细胞中参与反硝化过程的关键酶。另外,还论述了近年来发现的有氧反硝化细菌、自养反硝化细菌及反硝化除磷细菌等方面的研究进展。