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.

文章基于高通量测序技术对污水处理厂微生物群落多样性进行分析研究,并针对污水处理脱氨氮效率低,产生二级污染物等问题,筛选分离出同步硝化好氧反硝化菌实现高效脱氮,探索其脱氮特性,为强化微生物法处理高氨氮废水提供新的菌源.微生物多样性分析结果显示,脱氮系统具有丰富的群落多样性,其主要菌门为变形杆菌门(Proteobacteria),主要优势菌属为陶厄氏菌属(Thauera sp.).从污水处理系统的活性污泥中分离鉴定高效脱氮菌株.通过形态观察和 16S rDNA基因序列比对,鉴定分离菌株为康德拉氏副球菌(Paracoccus kondratievae);测定不同氮源降解过程中菌体生长量变化和脱氮效率,分析其同步硝化好氧反硝化性能,结果显示,其 24h内的氨氮去除率为 99.91%,将菌株应用于实际污水处理中,其总氮、氨氮、硝氮脱除率分别为 60.70%,88.77%和86.35%.

通过逐步提高进水中的有机碳源浓度,探讨进水碳氮比(C/N)对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮效能及其微生物特性的影响.结果表明:进水C/N可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当进水C/N由0.0增至6.0时,TFCW中反硝化功能基因的丰度随之增加,系统反硝化性能提高,TFCW中逐渐形成同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)耦合反应体系,其脱氮效果得以强化.当进水C/N＞6.0时,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量逐渐减少,TFCW中的厌氧氨氧化作用与反硝化作用受阻,系统脱氮性能恶化.当进水C/N为6.0时,TFCW中的SNAD作用可得到最大限度的强化,其总氮(TN)去除率和去除负荷分别达(93.3±2.3)％和(149.30±8.00) mg·L-1·d-1,高于CANON系统中TN去除率的理论值.

好氧颗粒污泥是微生物通过自凝聚作用形成的一种特殊的生物聚集体,具有结构致密、沉降性能优异、抗冲击负荷能力强、多功能微生物分区定殖等特点,其在废水强化脱氮除磷与难降解有机物去除方面具有明显的技术优势.针对目前工业和养殖废水及城镇生活污水等碳氮比低、处理出水总氮达标压力大等突出问题,综述基于好氧颗粒污泥的全自养、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、异养硝化-好氧反硝化等强化脱氮工艺,介绍其脱氮机制及技术优势,阐明不同好氧颗粒污泥脱氮工艺的特点与颗粒污泥特性,同时总结各种工艺的启动条件及富集相应功能菌的好氧颗粒污泥的形成因素,评估不同工艺应用于实际废水生物处理的可行性.在此基础上进一步分析进水基质组成(不同碳氮比)、运行模式(连续曝气和间歇曝气)、运行条件(溶解氧浓度、温度和pH)等对好氧颗粒污泥工艺强化脱氮性能与稳定运行的影响.最后提出应进一步优化好氧颗粒污泥强化脱氮工艺的运行参数,解析好氧颗粒污泥微生物菌群功能,揭示好氧颗粒污泥形成与结构稳定的微生物学机理.

[背景]高度集约化的对虾养殖业面临着日益严重的水污染问题,同步高效降解养殖废水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐是对虾养殖业健康可持续发展的重要保障之一.[目的]通过分别固定化硝化菌群(Nitrifying bacterial consortia,NBC)和芽孢杆菌,优化菌群空间结构,提高菌群功能,实现同步高效降解对虾养殖废水中的有机物、亚硝酸盐和氨氮,保障南美白对虾养殖的可持续发展.[方法]采集养殖虾塘底泥进行硝化细菌自养富集和连续培养,利用16SrRNA基因高通量测序技术分析硝化菌群组成.从5株芽孢杆菌中筛选化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)降解能力最强的菌株.选用吸附和成球效果好的无毒包埋材料,通过正交实验优化固定化配方提高机械强度.选择硝化菌群和芽孢杆菌最适使用浓度进行分别固定化并联合应用于对虾养殖废水的处理.[结果]高通量分析结果显示硝化菌群中变形菌门(Proteobacteria,61.10％)占绝对优势,具有自养硝化功能的类群丰度达12.69％并呈高多样性.还包含丰度达47.44％的具有反硝化功能或者潜在反硝化功能的优势菌群和丰度达12.85％的光合细菌,是高有机负荷下硝化作用的重要补充,并可通过反硝化作用实现真正脱氮.COD降解能力最强的是解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefacien) YL-10,48 h内COD降解率达100％.固定化最佳配方为贝壳粉5％、海藻酸钠3％、交联剂氯化钙为4％、优化后的固定化小球其机械强度可达129.68 mN.固定化使硝化菌群的氨氮和亚硝酸盐降解率分别提高了128.13％和130.11％ (P＜0.05),但对芽孢杆菌YL-10的COD降解率无明显提高.1×108 CFU/mL为硝化菌群和芽孢杆菌YL-10在养殖废水中最适使用浓度.在固定化硝化菌群和芽孢杆菌YL-10联合作用下,对虾养殖废水的氨氮、亚硝酸盐和COD浓度在48 h内分别由初始的6.32±0.12、5.69±0.11和65.29±1.14 mg/L降至0.03±0.03、0.06±0.01和0 mg/L (P＜0.05),降解率分别为99.57％、99.03％和100％.[结论]通过优化固定化有效提高硝化菌群的硝化作用,联合COD降解能力强的芽孢杆菌,同步高效降解对虾养殖废水中的有机物、氨氮和亚硝酸盐,为规模化应用于南美白对虾高密度养殖提供科学依据.

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.

好氧反硝化生物脱氮技术自提出以来,凭借能实现同步硝化反硝化、节省基建投资及运行费用等诸多优点,受到国内外环境领域学者的广泛关注.本文首先总结了近年来好氧反硝化菌种的筛选分离情况,以及环境因子对好氧反硝化菌脱氮效能的影响,包括溶解氧(dissolved oxygen,DO)、碳氮比(C/N)、温度等.然后深入探讨了好氧反硝化生物脱氮技术的原理,好氧反硝化过程中的关键功能基因及酶,同时介绍了分子生物技术在好氧反硝化研究过程中的应用,以及好氧反硝化生物脱氮技术在实际应用方面的研究现状.最后,基于目前的研究瓶颈问题,对未来好氧反硝化生物脱氮技术的研究方向提出了科学展望.

从沈阳市南部污水处理厂活性污泥中分离获得同时具备异养硝化和好氧反硝化能力的新型菌株,研究其脱氮特性,为改善污水厂的脱氮处理工艺奠定基础.对菌株进行形态学观察和 16S rRNA基因鉴定;分别以NH4Cl、NaNO2、KNO3 为唯一氮源探究菌株的脱氮能力;以碳源、C/N比、pH值、温度、转速、接种量(V∶V)等因素对菌株脱氮效果的影响进行研究.获得一株新型异养硝化-好氧反硝化菌株,经 16S rRNA基因序列比对为副球菌属(Paracoccus),命名为Paracoccus sp.QD-19.菌株对初始氨氮浓度在 300 mg/L以下的低浓度氨氮去除率能够达到 100％,去除速率为 8.707 mg/(L·h)且在脱氮过程中几乎没有亚硝态氮和硝态氮的积累.以亚硝态氮和硝态氮作为唯一氮源时,对此两种氮源的去除率36 h内均能达到99％,去除速率分别为4.944和5.666 mg/(L·h).确定了去除氨氮的最佳脱氮条件:琥珀酸钠为碳源,C/N比为 10,pH值为 7,接种量(V:V)为 1％,温度为 30℃,转速为 140 r/min.菌株Paracoccus sp.QD-19 同时具有异养硝化和好氧反硝化的能力,并且具备不积累亚硝态氮和硝态氮的特性,为污水厂脱氮工艺的改进提供了实践基础.

[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16SrRNA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 ℃,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95.34％,具有去除硝酸盐氮和亚硝酸盐氮能力.