从活性污泥中筛选到一株高效的耐低温脱氮菌株W4,评估了该菌株在5、15和25℃下的脱氮性能.结果表明,W4属于假单胞菌属(Pseudomonas),能够在4～42℃、盐度(NaCl)为0～30 g·L-1与pH 6～9条件下生长.在5 ℃条件下,菌株W4能够在72 h内将初始浓度为76.0 mg·L-1的NH4+-N去除74.3％,相应的脱氮平均速率达0.78 mg·L-1·h-1.好氧条件下菌株在5 ℃时可去除42.4％的NO3--N(86.3 mg·L-1)或38.2％的NO2--N(82.2 mg·L-1);在15、25℃条件下菌株脱氮能力进一步提高,对NH4+-N的去除率超过95％,对NO3--N和NO2--N的去除率分别超过66％和69％.菌株W4具有异养硝化-好氧反硝化(HA-ND)代谢活性,在硝化过程中不出现N02--N的积累,在中低温条件下去除无机氮污染具有较好潜力.本研究结果有助于丰富低温脱氮微生物资源并可为HA-ND脱氮工艺提供支撑.

为了提高低温废水的生物脱氮效率,从寒冷地区冬季土壤和底泥中分离筛选耐低温异养硝化-好氧反硝化细菌,研究其脱氮特性及途径.通过菌落和细胞形态特征观察、16S rRNA基因序列分析鉴定菌种.分别以NH4+-N、NO3--N、NO2--N为唯一氮源,以NH4+-N和NO3--N为混合氮源,考察菌株在低温条件(10℃)的硝化、反硝化以及同步硝化反硝化性能.采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)对菌株的脱氮功能酶基因扩增,推测低温脱氮途径.结果表明,从河水底泥中筛选出一株异养硝化-好氧反硝化菌,经鉴定为Pseudomonas veronii,命名为P.veronii DH-3.该菌分别以相同初始含氮量(105 mg/L)的NH4+-N、NO3--N和NO2--N为唯一氮源,在 10℃好氧培养 48 h时,氮的去除率分别为 99.07%、96.89%和 90.29%,且在脱氮过程中几乎无亚硝酸盐的累积.以NH4+-N和NO3--N为混合氮源时,NH4+-N在 48 h内被完全去除,NO3--N的去除率为 87.09%;氮平衡分析结果表明,以NO3--N和NO2--N为唯一氮源时含氮气体和细胞内生物氮的转化率均低于NH4+-N,表明该菌株的异养硝化能力强于好氧反硝化能力.脱氮功能基因hao、napA、nirS、nirK、cnorB和nosZ的成功表达,进一步证实该菌株具有硝化反硝化能力.根据上述研究结果,推测该菌株低温脱氮的主要途径为异养硝化-好氧反硝化作用和同化作用.菌株P.veronii DH-3 具有良好的异养硝化-好氧反硝化性能,为低温含氮废水的生物净化提供了理论支持.

异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)是对传统自养硝化异养反硝化理论的丰富与突破.HN-AD菌在好氧条件下可快速实现氨氮、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)三氮同步脱除.它们不仅具有分布范围广、适应能力强、代谢通路特殊等特点,而且还具有世代时间短、脱氮速率快、高活性持久等独特优势,在高盐、低温、高氨氮等极端条件表现出了巨大的脱氮潜力,因此在废水生物脱氮领域受到广泛关注.文中在介绍HN-AD菌属类别及代谢机理的基础上,重点总结了在高盐、低温、高氨氮等极端条件下进行氨氮脱除的HN-AD种属,系统分析了它们在极端条件下的脱氮特性及潜力,并简述了HN-AD菌在极端条件下的工艺应用研究进展,最后展望了HN-AD脱氮技术的应用前景和研究方向.

[背景]好氧反硝化是指在有氧条件下进行反硝化作用,使得硝化和反硝化过程能够在同一反应器中同时发生,是废水脱氮最具竞争力的技术.红树林湿地中蕴藏着丰富的微生物资源,分布着大量好氧反硝化微生物.[目的]了解耐盐微生物的脱氮机制,为含盐废水生物脱氮的工程实践提供理论依据,对一株分离于红树林湿地中的耐盐好氧细菌A63的硝酸盐异化还原能力进行分析.[方法]利用形态学特征及16S rRNA基因序列测定分析,对其种属进行了鉴定,采用单因子实验测定该菌在不同环境因子下的硝酸盐还原能力,并对其反硝化脱氮条件进行了优化.[结果]初步判定该菌株为卓贝儿氏菌(Zobellella sp.),其能在盐度0％-10％、pH 5.0-10.0、温度20-40℃范围内进行反硝化脱氮和硝酸盐异化还原为氨(dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)作用.菌株A63最适生长碳源为柠檬酸钠(1.2 g/L),适宜脱氮盐度为3％、pH 7.0-7.5、温度30-35℃,且C/N为10.在最适脱氮条件下,该菌株12 h内能将培养基中208.8 mg/L硝态氮降至0,且仅有少量铵态氮生成,无亚硝态氮积累,脱氮率高达99％.此外,该菌株在高盐度、低C/N比、弱酸性和低温等不利生境中DNRA作用显著.[结论]细菌A63生长范围宽,脱氮效率显著,适用于海水养殖废水处理.研究为今后开发高效含盐废水生物脱氮工艺奠定了基础,对于加深氮素转化规律的认识、丰富生物脱氮理论有着重要意义.

Acinetobacter harbinensis HITLi 7T是一株低温氨氮去除能力较强的异养硝化细菌,在其基因组信息中发现一个冷休克蛋白基因SE27_RS01265,基因全长624 bp,编码207个氨基酸.系统发育分析发现,该蛋白与Acinetobacter属菌株的冷休克蛋白同源性为64.73％?82.13％,与菌株A.kookii(GenBank No:WP_092820441)同源性最高.预测该蛋白分子量为23.68 kD,没有信号肽,是非分泌型的不稳定碱性疏水蛋白;二级结构主要由Alpha螺旋、延伸链、Beta转角和无规则卷曲等四部分组成.荧光定量PCR研究发现,该基因在低温条件下高表达,在12.5℃相对表达量最高.本研究为解析冷休克蛋白在菌株HITLi 7T低温生长与氨氮去除中的作用提供理论基础.

从冬季北京化工大学污水处理站活性污泥、江苏省某污水处理厂生物转盘污泥和实验室的好氧颗粒污泥中筛选出3株较好的低温异养硝化的菌株制成混合菌剂,解决低温条件下异养硝化菌硝化能力差的问题.应用传统分离纯化培养技术筛选菌株,纳氏试剂分光光度法评价菌株的异养硝化能力,通过形态观察、生理生化特性和16S rDNA测序对菌株进行种属鉴定,设计正交试验和单因素试验,确定菌剂复配比并进行固定化,探究低温异养硝化的最优条件.在13℃下共筛选出3株脱氮效果好的菌株,经鉴定均属于不动杆菌(Acinetobacter sp.),复合菌剂最佳复配比为1:1:1,进行固定化后在碳源为柠檬酸钠、pH为8、NH4+-N浓度为50 mg/L、NaCl浓度为10 g/L-20 g/L时,其氨氮去除效率可达95.86％,对高氨氮,高盐度废水具有较高耐受性,在低温废水处理方面具有潜在的应用价值.

[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℃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16SrRNA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Psseudomonas sp.G111、Pseudomonas sp.G112和Dietzia maris 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Dietzia maris ATCC35013T的16S rRNA基因序列相似度为99.9％.菌株G111、G112和W023a培养48 h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.