基于响应面法对一株好氧反硝化菌脱氮效能优化

【目的】水体富营养化是当今我国水环境面临的重大水域环境问题,氮素超标排放是主要的引发因素之一。好氧反硝化菌构建同步硝化反硝化工艺比传统脱氮工艺优势更大。获得高效的好氧反硝化菌株并通过生长因子优化使脱氮效率达到最高。【方法】经过序批式生物反应器(Sequencing batch reactor,SBR)的定向驯化,筛选获得高效好氧反硝化菌株,采用响应面法优化好氧反硝化过程影响总氮去除效率的关键因子(碳氮、溶解氧、pH、温度)。【结果】从运行稳定的SBR反应器中定向筛选高效好氧反硝化菌株Pseudomonas T13,采用响应面法对碳氮比、pH和溶解氧关键因子综合优化获得在18 h内最高硝酸盐去除率95%,总氮去除率90%。该菌株的高效反硝化效果的适宜温度范围为25?30 °C;最适pH为中性偏碱;适宜的COD/NO3?-N为4:1以上;最佳溶解氧浓度在2.5 mg/L。【结论】从长期稳定运行的SBR反应器中筛选获得一株高效好氧反硝化菌Pseudomonas T13,硝酸盐还原酶比例占脱氮酶基因的30%以上,通过运行条件优化获得硝氮去除率达到90%以上,对强化废水脱氮工艺具有良好应用价值。     

好氧反硝化细菌SY-D-22的分离、优化及脱氮机理

【背景】在处理含硝酸盐氮的废水中,常见微生物不能同时高效去除硝酸盐氮和总氮,导致处理废水时往往使用多种微生物复合菌剂或者使用复杂的工艺。【目的】高效、安全地去除水中的硝酸盐氮和总氮。方法】富集筛选出一株新型高效好氧反硝化细菌,对其进行16S rRNA基因鉴定。利用响应面法对其影响脱氮因素进行优化并探索其最佳脱氮条件。研究其对含硝酸盐氮废水的反硝化能力及脱氮特性。【结果】从活性污泥中筛选获得一株新型高效好氧反硝化细菌SY-D-22,经鉴定为葡萄球菌属(Staphylococcus)。响应面法优化其最佳反硝化条件为：pH 8.18,C/N为13.39,温度31.43°C,摇床转速130 r/min。当以最佳碳源柠檬酸钠为唯一碳源时,对于100 mg/L浓度的NO₃^--N去除率可达100%,同时对于总氮(total nitrogen,TN)的去除率为95.34%,具有高效脱氮能力。【结论】从活性污泥中筛选出一株新型好氧反硝化细菌Staphylococcus SY-D-22,通过响应面法条件优化,菌株的硝酸盐氮去除率达到100.00%,总氮去除率达到...     

一株耐盐反硝化细菌的筛选、鉴定和特性及其产物四氢嘧啶的检测

【背景】石化工业废水具有高盐含氮的特点,高盐度会对微生物代谢造成抑制,导致普通反硝化微生物难以在高盐环境下有效脱氮。【目的】筛选在高盐条件下仍能保持反硝化能力的菌株并研究其特性。【方法】富集筛选出一株耐盐反硝化细菌,对其进行生理生化特性和16S rRNA基因序列鉴定,对其生长条件进行优化并测定该菌株反硝化能力,对菌株在高盐环境下的产物进行定性定量分析。【结果】经鉴定菌株YA16-1为表皮短杆菌(Brevibacterium epidermidis),可对硝态氮进行反硝化作用,在盐度为3%、初始氮浓度为55 mg/L的条件下,18 h的硝态氮转化率达到97%;初始硝态氮浓度为250 mg/L时,24 h内硝态氮转化率达到100%。该菌株的最适生长条件为：2% NaCl,碳源为玉米芯粉,氮源为酵母粉,pH值为6.0,培养温度为30 ℃。菌株在盐度为2%-15%的培养基内生长良好。在15%盐度下,菌株通过产四氢嘧啶维持渗透压,产量为0.89 mg/mL。【结论】菌株YA16-1具有良好的耐盐能力和反硝化能力,在高盐废水处理、保护生态环境和四氢嘧啶的制备具有潜在的应用价值。     

深海沉积物高效脱氮菌筛选分离及其脱氮特性研究

【背景】深海海域具有高压、低温、无光等环境条件,蕴含着丰富而独特的微生物资源。【目的】从深海沉积物中定向分离、筛选脱氮效率高的好氧脱氮菌株资源,并揭示其脱氮特性,为开发水体脱氮微生物技术提供物质基础。【方法】以东太平洋、南大西洋、西南印度洋共10个站位的深海沉积物为研究材料,在28°C下使用无机氮源连续进行两轮富集培养,然后定性筛选可以脱除氨氮、亚硝态氮和硝态氮的菌株,并通过形态学和16S rRNA基因序列分析进行初步分类鉴定;对优选得到的功能菌株,分别采用以氨氮、亚硝态氮、硝态氮为唯一氮源的培养基定量研究其生长和脱氮性能。【结果】从10份大洋深海沉积物样品中共分离得到49株好氧反硝化菌,其中3株在有氧条件下反硝化效率较高,分别命名为Pseudomonassp.G111、Pseudomonassp.G112和Dietziamaris W023a,其中菌株G111和G112与模式菌株博岑假单胞菌Pseudomonas bauzanensis BZ93T的16S rRNA基因序列相似度为99.2%,菌株W023a与模式菌株海洋迪茨氏菌DietziamarisATCC35013T的16SrRNA基因序列相似度为99.9%。菌株G111、G112和W023a培养48h后,对氨氮的脱除率分别为98.0%、85.2%和97.6%;对亚硝态氮的脱除率分别为71.9%、67.5%和34.7%;对硝态氮的脱除率分别为66.0%、52.6%和56.3%。菌株G111、G112和W023a均为异养硝化-好氧反硝化菌,可通过好氧反硝化作用将亚硝态氮和硝态氮还原为含氮气体,也可通过异养硝化-好氧反硝化作用将氨氮转化为含氮气体。【结论】从深海沉积物中分离筛选得到3株高效好氧反硝化菌,所获得的菌株在水体净化、污水处理、生态系统修复等领域具有应用潜力。     

一株海水异养硝化-好氧反硝化菌系统发育及脱氮特性

【目的】确定一株分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌的系统发育地位并探索其脱氮特性和机理,以期为解释异养硝化-好氧反硝化机理以及改进海水养殖及废水的生物脱氮工艺提供理论依据。【方法】通过形态观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析,鉴定该菌株;通过测定菌株在不同无机氮源降解测试液中的生长和脱氮效率,分析其异养硝化和好氧反硝化性能。【结果】经鉴定该菌株属于盐单胞菌属(Halomonas);最适生长条件为盐度3%、pH 8.5、温度28℃、碳氮比10:1,在盐度为15%的培养液中仍能生长;可以同时去除氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮,24 h时对NH4+-N、NO2--N、和NO3--N的去除率可分别达到98.29%、99.07%、96.48%,3种形态无机氮同时存在时,会优先利用NH4+-N,且总无机氮去除率较单一存在时更高,说明该菌株可实现同步硝化反硝化。【结论】该分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌属于盐单胞菌属(Halomonas),在高盐环境中仍能生长,同时具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,能够独立完成脱氮的全部过程。     

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。     

分离于河口区芦苇湿地1株好氧反硝化菌的鉴定及其反硝化特性

【目的】筛选高效脱氮且N_2O释放量少的好氧反硝化细菌,并对菌株的反硝化特性进行研究,可为河口湿地富营养化水体的生物修复提供技术支撑。【方法】经BTB培养基初筛和反硝化能力测定,从辽河河口区芦苇湿地土壤中分离得到1株具有较高反硝化能力的好氧反硝化菌C3。经形态观察、生理生化鉴定和16S rRNA序列分析,对菌株进行鉴定。研究温度、碳源、pH及C/N对其生长量、反硝化能力及N2O释放的影响。【结果】筛选得到的高效好氧反硝化细菌C3,经鉴定属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。反硝化特性研究结果表明,该菌最适碳源为柠檬酸三钠,在温度为30°C、pH为7.0、C/N为10时生长速率和脱氮效率最高且N_2O释放量较少。在此条件下,该菌在36 h内使NO_3~–由179.55 mg/L降至5.08 mg/L,脱氮率高达97.17%。该菌株在整个反硝化过程中中间产物N_2O的最大累积量较低,为0.22 mg/L。【结论】从湿地土壤中分离所得好氧反硝化菌C3为假单胞菌属的1个种(Pseudomonas sp.),该菌株在高效除氮和低N_2O累积方面均具有明显优势,对后续河口湿地富营养化水体治理具有重要意义。     

硝态氮异化还原机制及其主导因素研究进展

硝态氮(NO_3~-)异化还原过程通常包含反硝化和异化还原为铵(DNRA)两个方面,是土壤氮素转化的重要途径,其强度大小直接影响着硝态氮的利用和环境效应(如淋溶和氮氧化物气体排放)。反硝化和DNRA过程在反应条件、产物和影响因素等方面常会呈现出协同与竞争的交互作用机制。综述了反硝化和DNRA过程的研究进展及其二者协同竞争的作用机理,并阐述了在NO_3~-、pH、有效C、氧化还原电位(Eh)等环境条件和土壤微生物对其发生强度和产物的影响,提出了今后应在产生机理、土壤环境因素、微生物学过程以及与其他氮素转化过程耦联作用等方面亟需深入研究,以期增进对氮素循环过程的认识以及为加强氮素管理利用提供依据。     

Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶活性

【背景】异养硝化-好氧反硝化菌由于能够同时实现硝化反硝化作用而备受关注,但由于菌的种类不同,其脱氮途径不尽相同,研究菌株脱氮关键酶的种类及其活性可以推测菌株的脱氮途径,从而为菌株在生产上的应用提供技术支撑。【目的】研究Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶的活性,为菌株脱氮分子机理研究奠定基础。【方法】以柠檬酸钠为碳源,以硫酸铵、亚硝酸钠、硝酸钾为氮源,研究菌株AD-28的脱氮性能并检测其关键酶氨单加氧酶(AMO)、羟胺氧化还原酶(HAO)、亚硝酸盐还原酶(NIR)、硝酸盐还原酶(NAR)的酶活性。【结果】菌株AD-28培养24h的菌密度(OD600)可达1.971,对初始浓度为18.85mg/L的氨氮、26.13mg/L的硝酸盐氮、19.47mg/L的亚硝酸盐氮、66.11 mg/L的总氮去除率均达到96%以上;关键酶AMO、HAO、NIR和NAR的比活力分别为0.028、0.003、0.011、0.027 U/mg。【结论】Pseudomonas alcaliphila AD-28能同时进行异养硝化-好养反硝化作用,该菌在AMO作用下将NH4+-N氧化为羟胺,然后由HAO氧化为NO2--N,NO2--N和NO3--N在NIR、NAR等酶的催化作用下脱氮。     

一株海洋好氧反硝化细菌的鉴定及其好氧反硝化特性

【目的】从处理海洋养殖循环水的生物滤器生物膜中分离到1株具有好氧反硝化活性的细菌(菌株2-8),并进一步研究了该菌的分类地位及反硝化特性。【方法】采用16S rRNA基因序列分析对菌株进行初步鉴定,采用好氧培养技术,探讨了碳源种类、起始pH、NaCl浓度、C/N、温度和摇床转速对菌株2-8好氧反硝化活性的影响。【结果】该菌株的16S rRNA基因序列与Pseudomonas segetis FR1439T(AY770691)的相似性最高,达到99.9%,因此初步鉴定菌株2-8属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.2-8)。碳源类型和C/N对其好氧反硝化作用的影响最为显著,以柠檬酸钠为唯一碳源,C/N为15时脱氮效率最高,低C/N导致亚硝酸盐的积累;其好氧反硝化的最适温度和pH分别为30℃和7.5;菌株2-8在摇床转速为160r/min下脱氮效果最好;NaCl浓度对其反硝化活性的影响不明显。【结论】在初始硝酸氮浓度为140mg/L,以柠檬酸钠为唯一碳源、C/N为15、pH为7.5、NaCl浓度为30g/L,30℃以及160r/min摇床培养的条件下,菌株2-8在48h内脱氮率可达92%且无亚硝酸盐积累。     

Modeling nitrogen cycling in a coastal fresh water sediment

Increased nitrogen (N) loading to coastal marine and freshwater systems is occurring worldwide as a result of human activities. Diagenetic processes in sediments can change the N availability in these systems, by supporting removal through denitrification and burial of organic N (N_org) or by enhancing N recycling. In this study, we use a reactive transport model (RTM) to examine N transformations in a coastal fresh water sediment and quantify N removal rates. We also assess the response of the sediment N cycle to environmental changes that may result from increased salinity which is planned to occur at the site as a result of an estuarine restoration project. Field results show that much of the N_org deposited on the sediment is currently remineralized to ammonium. A rapid removal of nitrate is observed in the sediment pore water, with the resulting nitrate reduction rate estimated to be 130 μmol N cm⁻² yr⁻¹. A model sensitivity study was conducted altering the distribution of nitrate reduction between dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) and denitrification. These results show a 40% decline in sediment N removal as NO ₃ ⁻ reduction shifts from denitrification to DNRA. This decreased N removal leads to a shift in sediment-water exchange flux of dissolved inorganic nitrogen (DIN) from near zero with denitrification to 133 μmol N cm⁻² yr⁻¹ if DNRA is the dominant pathway. The response to salinization includes a short-term release of adsorbed ammonium. Additional changes expected to result from the estuarine restoration include: lower NO ₃ ⁻ concentrations and greater SO ₄ ²⁻ concentrations in the bottom water, decreased nitrification rates, and increased sediment mixing. The effect of these changes on net DIN flux and N removal vary based on the distribution of DNRA versus denitrification, illustrating the need for a better understanding of factors controlling this competition.     

固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans) YLK20去除无机氮的影响因素

【背景】不产氧光合细菌(Anoxygenicphototrophicbacteria,APB)作为一类重要的微生物资源,在水产养殖水体氮污染的修复方面已有广泛研究与应用。养殖水体环境复杂,含多种有机物,尤其是有机氮显著影响菌体除氮功效。【目的】在高浓度无机三态氮(氨氮、硝氮和亚硝氮)共存体系中,阐明小分子有机碳、有机氮和盐度对固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans) YLK20去除无机三态氮的影响规律及机制,挖掘针对性强和适应性广的高效除氮菌株。【方法】采用RAST和KEGG方法分析YLK20基因组碳氮代谢途径及耐盐机制;采用次溴酸钠氧化法、紫外和N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法分别测定氨氮、硝氮和亚硝氮含量。【结果】基因组显示,YLK20拥有EMP、HMP、TCA、固氮、氨化、氨同化和反硝化碳氮代谢途径,含有soh B、nha C、bet B和gbs A等多种耐盐基因。丙酮酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、乙醇和甘露醇是YLK20生长和去除无机三态氮的良好有机碳,葡萄糖和果糖的存在降低了无机三态氮去除能力,蔗糖体系中硝氮和亚硝氮能被良好去除,但氨氮去除能力较低。在高浓度蛋白胨(3.21 g/L)和尿素(1.43 g/L)体系中,YLK20仍能高效去除无机三态氮。YLK20能在3%盐度内生长良好,低盐度时该菌株能良好去除无机三态氮,高盐度时亚硝氮去除能力受到严重抑制。YLK20对海水和淡水实际养殖水体中的无机三态氮有良好去除效果。【结论】YLK20主要通过氨同化和反硝化途径去除无机三态氮,尤其在高浓度有机氮环境中也能高效去除;该菌株适应盐度范围广,兼可适用于淡水和海水养殖水体;该菌株生长和无机三态氮去除影响因素、规律及除氮机制的阐明,可为APB微生物制剂的合理应用提供指导。     

一株高效去除亚硝酸氮细菌的分离鉴定及其脱氮特性研究

【目的】从南美白对虾养殖塘中分离到高效去除亚硝酸氮的细菌, 对其分类和脱氮特性进行了研究。【方法】 以除亚硝酸氮为主要指标, 取养殖塘底层水样分离筛选菌株; 依据16S rRNA基因序列和生理生化特征初步鉴定菌株; 研究不同碳源、碳氮比、起始pH、温度、摇床转速和氯化钠浓度对反硝化除亚硝酸氮的影响, 并考查了菌株对硝酸氮和氨氮的利用情况。【结果】得到的菌株中菌株FP6活性最高, 初步鉴定菌株FP6属于地衣芽孢杆菌。菌株FP6的生长最适脱氮碳源为蔗糖, 菌株FP6去除亚硝酸氮有高活性的条件范围为: C/N值15?25、起始pH 7.0?10.0、温度20 °C?37 °C、摇床转速0?200 r/min和氯化钠浓度0?40 g/L。菌株FP6对硝酸氮和氨氮都有一定的去除能力, 利用硝酸氮时不积累亚硝酸氮。【结论】地衣芽孢杆菌FP6具有优良的除亚硝氮特性, 适宜的温度、pH和盐度范围较宽。     

好氧反硝化细菌碳氮代谢特点及途径的研究进展

好氧反硝化作用的发现打破了反硝化只能在严格厌氧条件下进行的传统认知,为生物脱氮提供了一条新的途径,已成为近些年的研究热点。碳源可为好氧反硝化过程提供能量和电子供体,其代谢难易程度直接影响着好氧反硝化细菌的脱氮效率,因此有必要明确碳源在好氧反硝化脱氮过程中的代谢机理。基于此,本文阐述了好氧反硝化细菌的种类及其对硝态氮与亚硝态氮的代谢途径;系统分析了不同好氧反硝化细菌对碳氮源代谢的差异与代谢机理;综合分析了碳代谢差异对好氧反硝化脱氮过程的影响,并对未来的研究方向进行了展望,旨在深入理解好氧反硝化细菌同时去除碳氮的机理,为提高废水生物脱氮除碳效率提供理论依据。     

基于好氧反硝化及反硝化聚磷菌强化的低温低碳氮比生活污水生物处理中试研究

【背景】低碳氮比生活污水很难达标处理,多级A/O工艺、生物强化技术及生物膜技术的有机结合可有效解决这一问题。【目的】开发出一种泥膜共生多级A/O工艺并进行中试研究,驯化出高效脱氮除磷菌剂并对系统进行生物强化。【方法】通过测定中试设备出水及污水处理厂出水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、总氮(Total nitrogen,TN)、总磷(Total phosphorus,TP)对比分析两种工艺的污染物去除效能,利用高通量测序技术对比生物强化技术对系统微生物群落结构的影响。【结果】中试设备对COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果均优于污水处理厂的处理工艺;驯化的低温好氧反硝化菌TN去除率最大值可达84.21%,驯化的低温反硝化聚磷菌群对磷的去除率最高可达85.75%;利用驯化菌群对中试设备进行生物强化后较好地改善了系统NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果;经生物强化后,具有好氧反硝化和反硝化聚磷功能的Pseudomonas菌群明显增多。【结论】泥膜共生多级A/O工艺对于低碳氮比生活污水的处理具有很好的效果,利用生物强化技术可有效提高低温条件下系统污染物去除效能。     

耐高浓度氨氮的异养硝化好氧反硝化菌株U1的鉴定及其脱氮特性

【背景】城市垃圾渗滤液是一种成分复杂的有机废水,含氮量高,如果未经处理直接排放到环境中会造成严重的环境污染。【目的】筛选可以耐受垃圾渗滤液中高浓度氨氮并高效去除污水中氮素的异养硝化好氧反硝化菌株,为解决垃圾渗滤液的氮素污染提供功能菌株。【方法】从垃圾渗滤液中筛选分离能耐受高氨氮浓度的菌株,通过测定各菌株的脱氮能力,筛选到一株脱氮能力最强的菌株,命名为U1,通过测定16S rRNA基因序列和生理生化特性确定该菌株为铜绿假单胞菌。进一步研究了菌株U1在不同初始氨氮浓度、碳源、转速、初始pH、碳氮比等单因素变量下的脱氮能力,并结合L₉（3⁴）正交试验研究了菌株U1的最佳脱氮条件。【结果】分离出一株铜绿假单胞菌并命名为U1。该菌株的最优脱氮条件为:初始氨氮浓度为1 000 mg/L,红糖和柠檬酸三钠的混合碳源,pH 6.0,C/N为10,转速为130 r/min,菌株U1的最大总氮去除率为64.37%,最大氨氮去除率为76.73%。对于总氮和氨氮含量分别是2 345 mg/L和1 473.8 mg/L的垃圾渗滤液,菌株U1最大总氮去除率为27.86%...