反硝化聚磷菌及其脱氮除磷机理研究进展

水体富营养化是当前水环境保护工作的重点关注问题,微生物修复富营养化水体具有高效、低耗且不产生二次污染等特点,已经成为富营养化水体生态修复的一种重要方式。近年来,对反硝化聚磷菌的研究及其在污水处理工艺中的应用越来越广泛。不同于传统的反硝化细菌联合聚磷菌去除氮磷工艺,反硝化聚磷菌在交替厌氧、缺氧/好氧条件下能同时进行脱氮除磷而被广泛关注与研究。值得注意的是,近几年报道的部分微生物仅在好氧条件下就可进行同时脱氮除磷,但是其脱氮除磷机理仍未理清。基于此,文中总结了目前发现的反硝化聚磷菌和同时硝化反硝化聚磷微生物的种类及特点,并对其脱氮与除磷的关系及其机理进行了系统性分析,对目前反硝化除磷存在的问题进行了梳理,最后对今后的研究方向进行了展望,以期为完善反硝化聚磷菌的脱氮除磷机理及工艺改进提供参考。     

好氧反硝化聚磷菌的筛选及菌群构建优化

【背景】近年来,随着海水养殖规模的扩大,养殖产品产生的排泄物与残留的饲料大量积累,导致养殖水域的氮磷元素含量上升,水体富营养化加剧并对环境造成危害。【目的】从红树林人工湿地中筛选出好氧反硝化聚磷菌株并研究各菌株的最佳除氮除磷效率,随后通过响应面法构建菌群,进一步强化菌株去除污染物的能力。【方法】将前期筛选出的5株耐盐异养硝化-好氧反硝化菌通过异染颗粒染色和聚-β-羟基丁酸(poly-β-hydroxybutyricacid,PHB)染色进行好氧反硝化聚磷菌的筛选,通过单因素试验明确各菌株的最佳除氮除磷条件,并利用Design-Expert软件和Box-Benhnken响应面法进行配比试验。【结果】经过筛选获得3株耐盐好氧反硝化聚磷菌,分别为肺无色杆菌(Achromobacter pulmonis) strain E43、氧化木糖无色杆菌(Achromobacterxylosoxidans)strainJ1和食油假单胞菌(Pseudomonasoleovorans)strain F2,发现菌株E43具有聚磷功能,确定了耐盐好氧反硝化聚磷菌群的最优降解投加比例为E43:J1:F2=1:1:...     

SBR和MBR反应器中好氧反硝化菌的筛选与分析

好氧反硝化菌是土壤、沉积物、活性污泥等介质中广泛存在的一类微生物。研究以相同种泥扩大培养的SBR(序批式活性污泥反应器)和MBR(膜生物反应器)中活性污泥为研究对象,采用平板分离法分别从运行6个月的SBR和MBR反应器中分离得到9株和11株好氧反硝化菌。经好氧反硝化性能测定发现,20株细菌中有16株总氮去除率在50%以上,且NO_2~--N累积量均在0.5 mg/L以下。经系统进化分析表明,在门分类级别中,采用同一种泥的2个反应器中好氧反硝化菌表现出极大的一致性,20株好氧反硝化菌全部属于变形菌门(Proteobacteria)。但是,进一步分析发现不同反应器中好氧反硝化菌表现出较大的属、种间的差异。其中,SBR反应器9株好氧反硝化菌分属于4个属,6个物种;而从MBR反应器获得的11株细菌分属于2个属,6个物种;仅1个物种(Pseudomonas toyotomiensis)在2个反应器均有发现。     

好氧反硝化菌脱氮特性研究进展

好氧反硝化菌的发现,是对传统反硝化理论的丰富与突破. 由于其在脱氮方面的独特优势,已成为目前废水生物脱氮领域研究的热点. 好氧反硝化菌能够在有氧条件下,利用有机碳源生长的同时将含氮化合物反硝化生成N2等气态氮化物,多数还能同时进行异养硝化作用,将铵态氮直接转化为含氮气体. 本文从电子理论、反硝化酶系等方面对目前已分离出的一些好氧反硝化菌的脱氮特性及其脱氮机理进行探讨,分析了溶解氧、碳源类型及C/N等环境条件对其脱氮作用的影响,介绍了好氧反硝化菌的筛选方法及应用现状,对其应用前景和发展方向进行了展望.     

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。     

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。     

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。     

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.     

反硝化聚磷菌的脱氮除磷机制及其在废水处理中的应用

摘要:水体富营养化是当前水污染治理的重点关注对象,利用微生物脱氮除磷开展富营养化水体治理是一种重要的技术。基于反硝化细菌和聚磷菌的脱氮除磷功能,兼具反硝化和聚磷功能的微生物研究及其在污水工艺中的应用越来越广泛。在厌氧和好氧/缺氧环境中,反硝化聚磷菌的脱氮除磷机制有很大差别,且在化学和酶学方面都有所体现。其中,质子驱动力/电子受体理论能够很好地解释反硝化聚磷的化学过程,而反硝化酶系和多聚磷酸盐激酶是酶学过程的主要参与者。当前研究已明确在不同氧含量环境中氮素对磷去除的影响机制,但是否存在磷对除氮作用的影响仍有待进一步研究。在此基础上,本文以氮-磷的偶联过程为切入点,分别从反硝化聚磷的化学过程和酶学机制方面进行简要综述。此外,介绍了反硝化聚磷菌在实验室以及工厂化污水处理中的应用近况,并提出了今后的研究重点与方向,以期为反硝化聚磷菌在环境修复中的进一步开发应用提供理论依据。     

好氧反硝化菌代谢机制及其与重金属相互作用的代谢特征

好氧反硝化是在好氧条件下将NO3--N最终转化为N2的过程.好氧反硝化菌不仅表现出优秀的脱氮性能,可在许多极端条件下生存,还拥有多种重金属耐受性.本文总结了不同重金属Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)对好氧反硝化菌脱氮效率的影响,同时整理了好氧反硝化菌对不同重金属的耐受或去除机制.分析了好氧反硝化菌在工业废水处理中的应...     

活性污泥中菌群多样性及其功能调控研究进展

活性污泥是污水处理厂生物处理工艺的功能主体,活性污泥中菌群的种类、数量及活性是提高污水处理能力与效果的重要基础。本文综述了活性污泥处理工艺中的主要功能细菌(絮凝菌、脱氮菌、除磷菌等)生物群落的多样性与生态特征,并对目前主流的菌群鉴定方式进行总结,最后从运行条件、定向驯化及生物强化3个方面对菌群调控进行论述,以期为活性污泥法污水处理工艺提供一些理论指导。     

污水处理过程中微生物群落多样性及其对环境因子响应的研究进展

污水生物处理系统的性能和稳定性与微生物群落结构和动态密切相关。通过深入了解活性污泥中微生物群落结构及其影响因素,有助于提高污水厂污染物的去除效果。在不同污水活性污泥处理系统中细菌群落主要以变形菌、绿弯菌、放线菌、厚壁菌和拟杆菌为功能菌群;活性污泥中寄居的大多数真菌来自于子囊菌门,还有少量担子菌门;古菌以产甲烷菌为主;而病毒中分布最广的噬菌体和致病性病毒是最主要的关注点。本文通过对相关文献分析及总结,综述了进水组成、不同处理工艺、参数(理化参数和运行参数)、地理位置和气候条件等环境因子对活性污泥中细菌、真菌、古菌以及病毒群落组成的影响,尽可能全面地介绍污水厂微生物群落多样性及其对环境因子的响应。同时,对未来研究方向进行探讨,以期能够为活性污泥中功能微生物的应用及调控提供理论和应用基础。     

好氧反硝化微生物多样性及其反硝化功能初步研究

为研究污水厂/养殖池中好氧反硝化微生物的多样性及菌株反硝化能力,本研究采集了位于福建省厦门市和漳州市的污水处理厂、排污口、污水池、对虾养殖池的污水和污泥样品进行好氧反硝化微生物的富集、分离、鉴定和功能筛选。分别以NaNO3、NaNO2作为唯一氮源共分离纯化获得128株单菌。其中以NaNO3为唯一氮源分离得到63株,以NaNO2为唯一氮源分离得到65株。16SrRNA基因序列分析表明,128株单菌分属于γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria,58.6%)、芽胞杆菌纲(Bacilli,6.4%)、放线菌纲(Actinobacteria,11.7%)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,8.6%)、纤维菌纲(Cytophagia,2.3%)、鞘脂杆菌纲(Sphingobacteria,0.8%)和黄杆菌纲(Flavobacteria,1.6%)7个纲中的38个属。其中盐单胞菌属(Halomonas,29.7%)和芽胞杆菌属(Bacillus,12.5%)为优势菌属,并且广泛存在于各个样品中。反硝化功能初筛结果表明,35株菌能在72h内将20mg·L-1 NO-3-N/NO-2-N完全去除;复筛结果表明,21株菌能在72h内将100 mg·L-1 NO-3-N/NO-2-N完全去除,并且盐单胞菌属、卓贝尔氏菌属(Zobellella)、斯塔普氏菌属(Stappia)及节杆菌属(Arthrobactor)反硝化效果较好,其中斯塔普氏属是首次报道具有好氧反硝化功能。本研究结果表明,污水场/养殖池等环境中可培养反硝化细菌多样性丰富,同时高效反硝化菌的获得也为含氮废水的生物处理提供了良好的菌种资源。     

Selective enrichment and characterization of a phosphorus-removing bacterial consortium from activated sludge

Under alternating aerobic/anaerobic conditions and without additional carbon sources, a bacterial consortium consisting initially of 18 bacterial strains was obtained in a sequence batch reactor. The phosphorus removal capability could only be maintained using sterile filtrate of activated sludge as medium. The addition of calcium and magnesium salts, as well as vitamins and trace elements, to autoclaved sterile filtrate of activated sludge was not sufficient to achieve stable phosphorus removal. A further enrichment by subcultivation on solid, agar, freezing, and shortening of the aerobic and anaerobic phases led to a defined bacterial consortium consisting of four strains. On the basis of physiological and chemotaxonomic characterization, and partial 16S rRNA sequencing, one of the organisms was identified as Delftia acidovorans. A further isolate belonged to the Bacillus cereus group, and the third isolate was identified as Microbacterium sp.. The remaining strain seems to represent a new genus within the Flavobacteriaceae. Under continuous chemostat conditions, this consortium was able to remove up to 9.6 mg P/l phosphate in the aerobic phase and released up to 8.5 mg/l in the anaerobic phase. Up to 25 mg P-polyphosphate/g dry mass was stored under aerobic conditions.     

Survival of the aerobic denitrifier Pseudomonas stutzeri strain TR2 during co-culture with activated sludge under denitrifying conditions

The aerobic denitrifier Pseudomonas stutzeri TR2 (strain TR2) has the potential to reduce nitrous oxide emissions during the wastewater treatment process. In this application, it is important to find the best competitive survival conditions for strain TR2 in complex ecosystems. To that end, we examined co-cultures of strain TR2 with activated sludge via five passage cultures in a medium derived from treated piggery wastewater that contained a high concentration of ammonium. The results are as follows: (i) The medium supported the proliferation of strain TR2 (P. stutzeri strains) under denitrifying conditions. (ii) Nitrite was a better denitrification substrate than nitrate for TR2 survival. (iii) Strain TR2 also demonstrated strong survival even under aerobic conditions. This suggests that strain TR2 is effectively augmented to the wastewater treatment process, aiding in ammonium-nitrogen removal and reducing nitrous oxide production with a partial nitrification technique in which nitrite accumulates.     

脱氮除磷假单胞菌的筛选及定量检测

【目的】筛选具有较强脱氮除磷能力的细菌,建立结合S1酶保护分析的分子探针技术,以分析该菌在发酵过程中的数量变化情况。【方法】采用缺磷培养基厌氧培养、富磷培养基好氧培养和硝酸盐还原产气实验进行脱氮除磷菌筛选。通过16S rRNA基因序列分析及同源性比对,结合菌株的生理生化鉴定试验,鉴定筛选株。设计相应的16S rRNA探针组,建立结合S1酶保护分析的分子探针技术。【结果】筛选的菌株被鉴定为假单胞菌Pseudomonas sp.,命名为LY10。菌株LY10在富磷培养基中好氧培养24 h,总磷去除率达90.01%。在反硝化聚磷培养基中培养48 h,总氮和总磷去除率分别为84.71%和89.37%。针对假单胞菌16S rRNA基因序列设计了一组用于结合S1酶保护分析的分子探针Probe-P.sp,该探针具有很高的甄别灵敏度,能够将LY10与丛毛单胞属(Commonas)等5种细菌区分开;分子探针定量分析假单胞菌LY10,其细胞量与吸光值呈线性关系,检测的线性范围为103~106 cells/mL,线性方程为:y=-0.967 87+0.372 99x(R2=0.996 7,n=5)。【结论】新筛的假单胞菌LY10的脱氮除磷能力较强,具有生物脱氮除磷的工业化应用潜质。所建立的结合S1酶保护分析的分子探针技术的特异性和灵敏度良好,有望应用于混菌体系中的假单胞菌的定性定量分析。     

Carbon,nitrogen and phosphorus removal mechanisms of aerobic granules

Aerobic granules are the potential tools to develop modern wastewater treatment technologies with improved nutrient removal efficiency. These granules have several promising advantages over conventional activated sludge-based wastewater treatment processes. This technology has the potential of reducing the infrastructure and operation costs of wastewater treatment by 25%, energy requirement by 30%, and space requirement by 75%. The nutrient removal mechanisms of aerobic granules are slightly different from that of the activated sludge. For instance, unlike activated sludge process, according to some reports, as high as 70% of the total phosphorus removed by aerobic granules were attributed to precipitation within the granules. Similarly, aerobic granule-based technology reduces the total amount of sludge produced during wastewater treatment. However, the reason behind this observation is unknown and it needs further explanations based on carbon and nitrogen removal mechanisms. Thus, as a part of the present review, a set of new hypotheses have been proposed to explain the peculiar nutrient removal mechanisms of the aerobic granules.     

Survival of the Aerobic Denitrifier Pseudomonas stutzeri Strain TR2 during Co-Culture with Activated Sludge under Denitrifying Conditions

The aerobic denitrifier Pseudomonas stutzeri TR2 (strain TR2) has the potential to reduce nitrous oxide emissions during the wastewater treatment process. In this application, it is important to find the best competitive survival conditions for strain TR2 in complex ecosystems. To that end, we examined co-cultures of strain TR2 with activated sludge via five passage cultures in a medium derived from treated piggery wastewater that contained a high concentration of ammonium. The results are as follows: (i) The medium supported the proliferation of strain TR2 (P. stutzeri strains) under denitrifying conditions. (ii) Nitrite was a better denitrification substrate than nitrate for TR2 survival. (iii) Strain TR2 also demonstrated strong survival even under aerobic conditions. This suggests that strain TR2 is effectively augmented to the wastewater treatment process, aiding in ammonium-nitrogen removal and reducing nitrous oxide production with a partial nitrification technique in which nitrite accumulates.     

分子检测技术对活性污泥中氨氧化细菌的比较研究

采用PCR扩增、随机克隆测序等技术,分析处理含高浓度氨氮的废水处理系统不同驯化时期的4个活性污泥样品,对样品中氨氧化细菌（AOB）的种类和氨单加氧酶（AMO）的活性进行分析比较,并在国内首次采用PCR变性梯度凝胶电泳（DGGE）相结合的技术对样品中总的细菌类群的差异进行研究。结果表明所检测到的氨氧化细菌优势菌群均属于变形细菌的β亚类,与Nitrosomonas sp.具有较高的相似性。活性污泥驯化成熟后,废水处理系统中AMO的活性有明显提高,活性污泥中的细菌类群更加集中,优势菌群相对稳定,系统对废水的处理效率也相应提高。结果表明采用分子检测技术有利于更全面地了解AOB的类群和功能,进而改善废水处理系统的处理效果。     

好氧活性污泥体系中磺胺类抗生素生物降解的研究进展

磺胺类抗生素(Sulfonamides,SAs)是一类被广泛应用于医疗和畜禽养殖的抗菌药物,但其在人和动物肠道中的可降解性较差,会通过人及畜禽粪便和尿液的排放进入污水处理系统。目前,污水处理厂中的好氧活性污泥(Aerobic activated sludge,AAS)被证实能够有效转化SAs。文中基于对国内外文献的调研,总结了好氧活性污泥体系中SAs生物降解的研究进展,对生物降解机理、主要的生物降解途径和影响降解效率的环境因素进行了梳理与回顾,并针对现有研究的不足提出展望,以期为优化污水处理厂中SAs的生物降解提供科学依据。