以聚羟基丁酸戊酸共聚酯为碳源去除循环水养殖系统的硝酸盐及生物膜中微生物群落动态

【目的】利用聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)作为固体碳源和生物膜载体,去除循环水养殖系统的硝酸盐,并研究固体碳源反硝化反应器不同运行阶段生物膜中微生物群落结构的动态变化。【方法】采用PCR-DGGE技术对反硝化反应器中微生物群落结构的动态变化进行了分析,采用传统纯培养方法分离反应器中降解PHBV的细菌。【结果】连接固相反硝化反应器能使循环水养殖系统中积累的硝酸盐显著降低,并维持在较低水平(小于10 mg/L),而常规循环水养殖系统中硝酸盐浓度持续增加。系统发育树聚类分析结果表明,反硝化反应器生物膜细菌归属于变形菌门(β-proteobacteria、γ-proteobacteria和δ-proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。反应器运行初期(40 d)的优势种群主要为Acidovorax和Bacillus;运行后期(150 d)的优势种群依次为Clostridium、Desulfitobacterium、Dechloromonas、Pseudoxanthomonas和Flavobacterium。从反应器中分离到的PHBV降解菌株分别归属于Acidovorax、Methylibium、Pseudoxanthomonas和Dechloromonas。【结论】利用PHBV为碳源能有效去除循环水养殖系统的硝酸盐。明确了反硝化反应器在运行过程中,碳源表面生物膜的优势菌群及其动态变化。     

电极生物膜反应器中反硝化菌的初步研究

以电极生物膜反应器中分离的三株反硝化菌(12E、22A、25C)为实验材料,为菌株的形态及生理生化特征进行了初步研究,并进一步研究了单一菌株去除硝酸盐氮的能力,结果表明:三株菌株去除(NO3-)-N(硝酸盐氮)的能力存在差异,25C菌株去除率最高.C/N(碳氮比)对菌株的(NO3-)-N去除率有影响,C/N越大,去除率越高.     

湖泊微生物反硝化过程及速率研究进展

湖泊中微生物介导的反硝化过程对于区域乃至全球的气候环境变化有着深远的影响。因此,研究湖泊微生物反硝化过程及速率有助于我们深刻理解湖泊氮元素生物地球化学循环规律,全面认识湖泊生境对全球氮循环的贡献。本文综述了湖泊生境中反硝化过程(包括典型的反硝化过程及与其他物质循环耦合的反硝化过程,如与有机氮耦合的共反硝化作用、与碳循环耦合的硝酸盐/亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化、与铁循环耦合的硝酸盐依赖型铁氧化、与硫循环耦合的硝酸盐还原硫氧化)的速率、驱动微生物及其影响因素。最后对湖泊反硝化过程研究现状和未来发展方向提出总结与展望。     

1株滩涂沉积物反硝化细菌的鉴定及其性能研究

利用富集培养法从江苏沿海滩涂沉积物中分离筛选获得1株具有反硝化性能的细菌,命名为MD5。通过形态学观察、糖发酵及16S r DNA序列分析对其进行了分类鉴定、系统发育地位及反硝化性能等方面的研究。结果表明,该菌株能在厌氧条件下利用硝酸钠进行反硝化反应,在初始硝酸盐质量浓度为1 500 mg/L、30℃培养条件下,144 h后培养基中硝酸盐脱除率可达90.1%;在好氧培养条件下,该菌株可使能力测试管中硝酸盐质量浓度下降89.3%。菌株MD5的形态学、糖发酵结果与盐单胞菌一致,且基因序列与盐单胞属(Halomonas)细菌Halomonas sp.IW11-1(AB305262.1)的序列同源性达到99%,表明菌株MD5为1株盐单胞属细菌。本研究分离得到的菌株MD5在厌氧和好氧条件下均具有较强的反硝化能力,对海洋沉积物脱氮具有一定的意义。     

固相反硝化系统中微生物群落结构的研究进展

固相反硝化是一种新型的异养反硝化工艺,采用固体有机物同时作为反硝化微生物的碳源和生物膜载体,可用于地下水和低C/N比污水的脱氮处理。固相反硝化系统生物膜的微生物群落结构决定固体碳源的降解效率,进而决定反硝化脱氮的速率和系统的稳定运行。因此,微生物群落结构的研究对于固相反硝化工艺的优化以及反应机理的解析具有重要意义。对不同固相反硝化系统微生物群落结构的研究现状和进展进行了综述,并探讨了当前研究中存在的问题和发展趋势。     

以纸为碳源去除地下水硝酸盐的研究

研究了以纸为碳源和反应介质的生物反应器对水中硝酸盐的去除。结果表明,以纸为碳源的反应器启动快．反硝化反应受温度及水力停留时间影响大。25℃的反硝化速率是14℃的1．7倍。在室温25±1℃,进水硝酸盐氮浓度为45．2mg·L^-1、水力停留时间8．6h时,反应器对硝酸盐氮的去除率在99．6％以上,当水力停留时间为7．2h,氮去除率只有50％。反硝化反应受pH值和溶解氧的影响小,反应进行过程中,纸表面形成了生物膜,纸也被消耗了．采用反应器出水再经活性炭吸附的工艺流程处理高硝酸盐氮地下水,<33．9mg·L^-1的硝酸盐氮完全去除,没有出现NC2-N,最终出水水质DOC<11mg·L^-1。     

好氧反硝化微生物学机理与应用研究进展

近年来,关于好氧反硝化过程的研究主要集中在三个方面:分别是好氧反硝化菌株的分离和脱氮性能表征,好氧反硝化微生物的应用潜力分析,以及好氧反硝化过程的机理研究。好氧反硝化菌株分布范围广泛,可从多种环境中分离得到,种属以Pseudomonas sp.、Alcaligenes sp.和Paracoccus sp.为主。好氧反硝化菌株及菌群在实验室条件下表现出优良的耐冷、耐盐特性,并具有可降解毒性有机物及N_2O减排的潜力。关于好氧反硝化过程的机理研究表明,虽然硝酸盐作为电子受体的竞争力比氧气弱,但反硝化作为辅助电子传递途径,可提高产能效率,防止NAD(P)H的过量积累。因此,硝酸盐可与氧气同时参与微生物的新陈代谢,即发生好氧反硝化现象。未来除了继续分离更新更好的好氧反硝化菌株外,应加强对好氧反硝化机理及实际生物强化方面的研究。     

好氧反硝化细菌及其在微污染水源水修复中的应用研究进展

相比于氨氮,天然水体中的硝酸盐氮通常更稳定,导致更难将其从水中去除。由于好氧反硝化可以在有氧环境下进行反硝化作用去除硝酸盐氮,该过程对含有较高溶解氧的天然水体中硝酸盐氮处理有重要作用。本文综述了好氧反硝化菌的分离纯化现状、微生物代谢机制和环境影响因子,并介绍了功能菌群在微污染饮用水源水生物修复的应用研究进展。与一般的厌氧反硝化类似,好氧反硝化菌的种属分布较广,常见的如假单胞菌属(Pseudomoas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)和芽孢杆菌属(Bacillus)等所属部分微生物均有好氧反硝化能力。大部分好氧反硝化菌株在最佳生长条件下(25–37℃、溶解氧浓度为3–5mg/L、pH为7–8、碳氮比为5–10)具有高效的脱氮效率。但目前好氧反硝化作用在微污染饮用水源水的生物修复方面的应用仍有着脱氮性能不稳定、菌剂流失等不足。此外,目前较少相关中试及实际工程应用的研究,需要进一步的深入探究。     

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。     

好氧条件下复合生物膜-活性污泥反应器中的反硝化菌群结构

以nirK和nirS基因为标记,利用PCR-DGGE技术研究了好氧条件下复合生物膜-活性污泥反应器中的反硝化群落结构。结果表明,样品中大部分nirK-反硝化菌都属于α-变形菌纲中的根瘤菌目Rhizobiales,而nirS-反硝化菌则与β-变形菌纲(包括红环菌目Rhodo-cyclales和伯克氏菌目Burkholderiales)及γ-变形菌纲(假单胞菌目Pseudomonadales)细菌相似。在nirK-及nirS-群落中均发现了未与已知菌群聚类的特殊序列。细菌的生长方式(生物膜或活性污泥)对反硝化群落结构有显著影响。这些结果将为生物膜-活性污泥复合工艺中的反硝化过程提供基础数据。     

反硝化菌在地下水中除硝酸盐的应用进展

地下水是我国主要饮用水源之一,由于化肥使用量增加,我国地下水存在农业氮的面源污染、地下水硝酸盐超标的问题。地下水中硝酸盐过高,可对人体造成伤害,有效去除地下水中硝酸盐对保障居民供水安全至关重要。该文从反硝化细菌、反硝化作用机理及去除地下水中硝酸盐的生物脱氮技术等方面,系统阐述了反硝化菌在地下水中去除硝酸盐的应用进展,并对目前的问题及解决方法进行了展望。     

关于好氧反硝化菌筛选方法的研究

采用污泥驯化手段富集好氧反硝化细菌,将得到的驯化污泥分离纯化,共得到105株菌。用测TN的方法对所筛菌株进行初筛,得到25株对TN去除率达到50％以上的菌株。用氮元素轨迹跟踪测定法复筛,证实这25株菌都可以在好氧条件下进行硝酸盐呼吸,其中24株菌的反硝化过程为：NO3^-N→NO2^-N→N2,研究中还发现在反硝化过程中硝酸盐和亚硝酸盐不存在明显竞争被利用的作用。同时还提出了可能实现短程同步硝化反硝化以及在反馈作用的调节下,加快硝化反应速度的观点。     

好氧反硝化菌的研究进展

综述了好氧反硝化菌的种类和特性、好氧反硝化菌的反硝化作用机制和影响因素.好氧反硝化菌主要包括假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Para-coccus)和芽孢杆菌属(Bacillus)等,属好氧或兼性好氧异养微生物.好氧反硝化菌能在好氧条件下进行反硝化,其主要产物是N2O,并可将铵态氮直接转化成气态产物.催化好氧反硝化菌反硝化作用的硝酸盐还原酶是周质酶而不是膜结合酶.溶解氧和C/N往往是影响好氧反硝化菌反硝化作用的主要因素.介绍了间歇曝气法、选择性培养基法等好氧反硝化菌的主要分离筛选方法.概述了好氧反硝化菌在水产养殖、废水生物处理、降解有机污染物以及对土壤氮素损失的影响方面的研究进展.     

以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为电子供体进行反硝化的可行性及实验研究

【目的】利用N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone, NMP)作为电子供体进行反硝化实验,以实现废水资源化。【方法】分别将NMP废水和葡萄糖作为电子供体加入到模拟的城市污水处理尾水中进行反硝化,比较2种电子供体去除硝酸盐的规律。同时考查NMP在反硝化过程中的氮素释放规律,并对所释放的氮素进行后续处理。最后再对它们作为电子供体时的反硝化污泥采用高通量测序,从微生物群落的角度分析NMP作为电子供体时其作用机理是否相同。【结果】当以NMP为电子供体时,硝酸盐氮的去除速率比葡萄糖为电子供体时要快67%。在8 h的反硝化结束后,剩余的硝酸盐氮、累积的亚硝酸盐氮和NMP本身所释放氨氮之和的总氮,与葡萄糖为电子供体时相近。【结论】NMP废水可以作为电子供体用于城镇污水处理厂的深度脱氮。对2种碳源所驯化的反硝化污泥样品进行高通量分析表明,NMP与葡萄糖作为电子供体用于反硝化反应时,相关的作用机理是不同的。该项研究结果对利用含氮杂环化合物作为电子供体进行反硝化具有重要的理论指导意义。     

耐碱反硝化菌株的分离鉴定与功能检测

【目的】分离获得耐碱反硝化菌株,确定其反硝化活性和耐碱能力。【方法】分离、纯化,获得耐碱反硝化菌株;通过形态观察、生理生化试验和16S rRNA基因测序分析,确定菌株分类地位;试验起始硝酸盐浓度和起始pH对分离菌株反硝化活性的影响。【结果】从实验室稳定运行的高效反硝化反应器中分离获得耐碱反硝化菌株R9,经鉴定归于Diaphorobater nitroreducens;菌株R9能够以甲醇为电子供体、硝酸盐为电子受体进行异养生长,当起始硝氮浓度为50 mg/L、起始pH为9.0时,288 h内硝氮去除率达93.25%;高浓度硝氮可抑制其反硝化活性,半抑制常数Ki为202.73 mg N/L;菌株R9的耐碱性良好,起始pH为11.0时的硝氮去除率是pH为9.0时的86%。【结论】菌株R9归于Diaphorobater nitroreducens,最适生长pH为9.0左右,是一株耐碱反硝化菌。     

真菌异化硝酸盐还原机理的研究进展

真菌异化硝酸盐还原途径的发现打破了反硝化仅存在于原核细胞这一传统观念。真菌异化硝酸盐还原途径是在环境中氧供给受限的情况下发生的, 包括反硝化和氨的发酵。硝酸盐能诱导产生反硝化作用的酶, 其中, 硝酸盐还原酶与亚硝酸还原酶位于线粒体中, 它们所催化的酶促反应能偶联呼吸链ATP合成酶合成ATP, 同时产生NO。与参与反硝化作用前两个酶不同, 真菌NO还原酶能以NADH为直接电子供体将NO还原为N2O, 在NAD+的再生和自由基NO的脱毒中起着重要作用。氨发酵则将硝酸盐还原成NH4+, 同时偶联乙酸的生成和底物水平磷酸化。此文从参与该过程的关键酶、关键酶的表达调节、真菌与细菌异化硝酸盐还原的比较等角度综述了真菌异化硝酸盐还原的最新研究进展。     

曝气生物滤池处理城镇污水厂尾水的强化脱氮及微生物群落特征分析

为优化曝气生物滤池在城镇污水厂尾水深度处理条件, 采用比较方法研究了曝气量、水力停留时间以及硝化液回流等参数对曝气生物滤池去除有机物及脱氮性能的影响, 并通过高通量测序技术分析了曝气生物滤池填料生物膜的微生物群落结构特征。结果表明, 曝气量大小是影响曝气生物滤池硝化性能的直接因素, 增大曝气量有利于反应器内生物膜硝化活性的提高, 但对生物反硝化活性有抑制作用: 水力停留时间过长或过短均不利于生物膜保持高脱氮活性: 而硝化液回流增加了反应器内微生物与污染物的接触机会和反应时间, 有利于提高反应器脱氮效果。综合分析表明, 当曝气量为40 L·h-1, 水力停留时间为0.8 h时, 有硝化液回流的曝气生物滤池出水水质较好, COD平均去除率约为91.8%, NH4+-N平均去除率约为93.1%以及TN平均去除率约为50.4%。曝气生物滤池表现出良好的有机物去除效率, 并具备较高的同步硝化反硝化能力, 主要归因于填料生物膜富集了大量硝化细菌如Nitrospra和Comamonadaceae等以及反硝化细菌如Pesudomonas、Truepera和Azoarcus等。     

一株异养硝化-反硝化不动杆菌的分离鉴定及脱氮活性

[目的]分离筛选并鉴定一株异养硝化-反硝化细菌,并探讨其在脱氮中的作用.[方法]富集培养分离筛选微生物,通过形态观察和生理生化特征及16S rDNA鉴定细菌,定时测定其OD600研究生长曲线,正交试验研究其脱氮影响因素和最佳条件,与污水处理厂活性污泥共同作用检验其脱氮活性.[结果]分离到一株异养硝化-反硝化细菌,鉴定结果表明是一株不动杆菌,命名为Acinetobacter sp.YF14,这是已知报道的第一株进行异养硝化和好氧反硝化的不动杆菌.该菌在12 h时进入对数期,22 h时进入稳定期,45 h以后进入衰亡期.该菌能进行异养硝化,3d后氨氮和总氮的去除率可以达到92％和91％,且无硝酸盐氮和亚硝酸盐氮积累.好氧条件下该菌能进行反硝化,在硝酸盐和亚硝盐培养基中均能将氮几乎完全去除.对该菌脱氮的影响程度大小依次为转速＞接种量＞碳源＞碳氮比＞ pH.当转速为160 r/min,碳源取葡萄糖,接种量1％,碳氮比为8∶1,pH为6.5时,脱氮效果最好.该菌株可以提高活性污泥对于生活污水总氮脱除率约30％.[结论]菌YF14可以明显加强活性污泥脱氮效果,显示了良好的应用前景.     

好氧反硝化菌Achromobacter sp.L16的脱氮特性

在垃圾渗滤液中分离出一株异养硝化-好氧反硝化菌L16,经过形态观察和16S rDNA基因序列分析鉴定为Achromobacter sp.,L16对氨氮和硝酸盐氮的去除率分别为61.94%和98.40%。对菌株好氧反硝化和异养硝化培养条件进行优化结果表明:L16在以硝酸盐为氮源、柠檬酸钠为碳源、C/N为20、培养温度为30℃、培养转速为150 r/min条件下硝酸盐氮去除率为99.74%,总氮去除率58.90%。L16在以氨氮为氮源、柠檬酸钠为碳源、C/N为20、培养温度为30℃、培养转速为200 r/min条件下氨氮去除率提高到93.41%,总氮去除率86.33%。优化后L16具有高效的异养硝化-好氧反硝化能力,可将氮素大部分转化为气体和菌体胞内氮,具有潜在的实际废水应用价值。     

利用BDPs同时作为反硝化微生物的碳源和附着载体的研究

饮用水源水中硝酸盐污染已引起世界各国的普遍关注,异养反硝化是去除水中硝酸盐的主要技术之一。利用可生物降解聚合物（BDPs）同时作为反硝化微生物的碳源和附着生长的载体,近年来得到了人们的关注。该系统对进水水质的波动具有良好的适应能力;BDPs对人体无毒无害,不会污染出水水质。随着各种新型BDPs材料的不断涌现以及BDPs材料生产成本的降低,BDPs材料在饮用水源水生物脱氮中会得到越来越广泛的应用。本文对利用可生物降解聚合物进行反硝化的研究进展进行了综合评述。