不同碳源和碳氮比对一株好氧反硝化细菌脱氮性能的影响
好氧反硝化菌的脱氮特性研究与探讨
经 成为 研究 热 点之 一 ， 论文 采 用 Ｓ Ｒ反 应 器 筛 选 出 本 Ｂ
由于本实验主要考查好 氧反硝化菌 的脱氮效率 ，
Ｏ 光 ；Ｏ 的好氧反硝化菌 ， Ｎ ， 和 Ｎ 为底物进行好氧反 因此 测 定 的 主 要 项 目有 ： Ｄ（ 密 度 值 ） Ｎ ； 一Ｎ； 以 Ｏ一 Ｏ一
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不同碳氮比对好氧堆肥进程和腐殖质及其组分含量的影响
不同碳氮比对好氧堆肥进程和腐殖质及其组分含量的影响好氧堆肥是一种有效的有机废弃物处理和回收利用方法。
碳氮比是一个重要的指标，能够影响好氧堆肥过程中的微生物活性和有机物的分解转化。
同时，好氧堆肥产物中的腐殖质含量和组分也是另一个关键因素，可以反映堆肥质量和土壤肥力。
一、碳氮比对好氧堆肥进程的影响好氧堆肥过程中，有机物的分解需要大量的微生物参与，而碳和氮是这些微生物生长和繁殖的基本营养元素。
合适的碳氮比可以提供丰富的能量和氮源，增进微生物的活动，推动有机物的降解。
若果碳氮比偏低，即碳源不足，微生物无法得到足够的能量供应，堆肥过程会变慢或停滞不前。
反之，若果碳氮比偏高，即氮源不足，微生物无法得到足够的氮源来维持正常的生长和代谢，也会影响堆肥过程。
因此，选择合适的碳氮比是增进好氧堆肥进程的重要一环。
二、碳氮比对腐殖质含量的影响腐殖质是好氧堆肥的产物之一，其主要由有机质分解形成，具有良好的保水保肥功能。
碳氮比可以直接影响好氧堆肥过程中有机质的分解与转化，从而影响腐殖质的含量。
适当调整碳氮比可以提高有机质的分解速率，增加腐殖质含量。
一般来说，碳氮比在20:1到30:1左右是适合的，这样可以充分利用有机质中的碳和氮，增进腐殖质的形成。
三、碳氮比对腐殖质组分的影响腐殖质是复杂的混合物，其组分种类和含量决定了其特性和功能。
碳氮比可以影响腐殖质的化学结构和组成。
探究表明，当碳氮比低于25:1时，腐殖质中的蛋白质、多糖等含量较高，而碳氮比高于25:1时，腐殖质中的脂肪、芳香族化合物等含量相对较高。
因此，调整碳氮比可以影响腐殖质中不同组分的含量，从而影响腐殖质的性质和功能。
结论：选择合适的碳氮比是增进好氧堆肥进程和提高腐殖质含量的关键。
碳氮比过高或过低都会影响好氧堆肥的效果。
适当调整碳氮比可以提高有机物的分解速率，增加腐殖质的含量，并影响腐殖质的组分和性质。
因此，在实际的好氧堆肥过程中，应依据不同的有机废弃物的特性和需要，合理选择碳氮比，以获得较好的堆肥效果和腐殖质质量综上所述，碳氮比对好氧堆肥过程中的有机质分解和转化起着重要的影响作用。
不同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响
0.
0. 4 ～ 0. 9 664（ CH3OH） 0. 6 ～ 0. 8
0. 4 ～ 0. 5 0. 18（CH3OH）
0. 04 ～ 0. 08 0. 048
理论产率而言，甲醇都是其中最理想的碳源。同时
外加碳源不仅能够促进人工细菌的脱氮作用，还能 够提高细菌的脱氮能力〔5〕。
1. 3 不同碳源的反硝化效果 不同的有机物在作为碳源时，若采用不同浓度
糖类物质作为碳源其处理效果是比 较理想 的，但也有一定的缺陷。G"mez M. A.［15、16］等曾采 用蔗糖、乙醇及甲醇作碳源处理受污染的地下水。 结果表明，以蔗糖作外碳源时，会产生亚硝酸盐的 积累，另两种碳源则几乎没有积累现象；同时发现， 以甲醇和乙醇作碳源的体系中，溶解氧的影响要远 远低于蔗糖体系中溶解氧的影响。另外，其作为高 碳化合物，微生物生长量相对要高于醇类物质，这 样在反应体系中，就易引起堵塞。
不同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响 王丽丽
不同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响
InfIuence of Different Carbon Source and Ratio of Carbon and Nitrogen For Water Denitrification
王丽丽 赵 林 谭 欣 闫 博 （ 天津大学环境科学与工程学院 天津 300072）
不同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响 王丽丽
100% 。Soares M. I. M.［11］等以原棉作为碳源处理 井中饮用水的 NO3- 时，处理效果也达到了要求。
纤维素作为碳源，可以取得不错的效果，但是 通常会受到温度的影响（ Volokita［10、17］）（1996），以 及后处理所带来的困难，实用性并不是很好。 1. 4 不同碳氮比对反硝化效果的影响
碳氮比对MBBR系统脱氮性能及微生物群落的影响
碳氮比对MBBR系统脱氮性能及微生物群落的影响碳氮比对MBBR系统脱氮性能及微生物群落的影响引言：随着人口的增加和工业的发展，水体污染逐渐成为了全球性的环境问题。
其中，氮污染是一大关注焦点，因为氮化物的排放不仅会导致水体富营养化，还可能对水生态系统造成严重破坏。
因此，研究和优化脱氮技术对于保护水体资源具有重要意义。
在已有的脱氮技术中，移动床生物膜反应器（Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR）因其高效、稳定的特点被广泛应用于废水处理领域。
MBBR系统介绍：MBBR系统是一种使用生物膜固定在填料上进行废水处理的技术。
此系统利用微生物的生物催化作用，将废水中的有机物和氮化物转化为无害的物质，达到净化水质的目的。
膜固定微生物膜是MBBR系统的核心部分，也是决定其脱氮性能的重要因素。
碳氮比对MBBR系统脱氮性能的影响：碳氮比是指废水中的有机碳与氨氮的比值。
研究发现，碳氮比对MBBR系统的脱氮性能具有重要影响。
适宜的碳氮比可以提高MBBR系统的脱氮效果，而过高或过低的碳氮比则会导致MBBR系统脱氮效果下降。
碳氮比过低：当废水中的碳氮比过低时，即有机碳供应不足，微生物在脱氮过程中会受到限制。
由于缺乏足够的碳源，微生物转化氨氮的能力会降低，无法有效地将氨氮转化为氮气释放。
此外，低碳氮比还会使微生物群落的构成发生变化，导致一些优势微生物的减少，从而降低了脱氮效果。
碳氮比过高：相反地，当碳氮比过高时，废水中的有机碳供过于求，微生物可能会选择以有机碳作为优先废物去利用，从而导致脱氮效果下降。
虽然过高的碳氮比可以更好地满足微生物对碳源的需求，但过多的有机碳会抑制氨氮的转化过程，影响氮的去除效果。
微生物群落的影响：除了碳氮比外，微生物的种类和数量对MBBR系统的脱氮性能也具有重要影响。
适宜的微生物群落结构可以提高系统的稳定性和脱氮效率。
然而，当碳氮比过高或过低时，微生物群落将受到影响，导致优势微生物的减少或增加。
碳源及碳氮比对异养反硝化微生物异养反硝化作用的影响
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JIN Cui-ping1, XIANG Si2, GUO Xi2, CHENG Kai1* (1.Hubei Key Laboratory of Ecological Restoration for River-Lakes and Algal Utilization, College of Resources and Environmental Engineering, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China；2.Wu Han Cyano-King Enviromental Technology, Wuhan 430068, China). China Environmental Science, 2019,39(4)：1478~1484 Abstract：The growth and the removal efficiency of TOC, NH4+-N and TN of a heterotrophic ammonia oxidizer Delftia tsuruhatensis HT01 were studied when SDS, cane molasses, sodium succinate, sodium acetate, sucrose, glucose, fructose or sodium citrate was used as sole carbon source. Furthermore, two rounds of the pilot-scale test were performed using leather sewage. The results indicated that NO2--N was produced in heterotrophic condition by HT01 and NH4+-N, TN and SDS were removed simultaneously at the removal efficiency of 74%, 14% and 34%, respectively. Moreover, the highest growth rate and the highest removal efficiency of TOC (71%) were observed when sodium succinate and sodium was used as sole carbon source, respectively. While the highest removal efficiency of NH4+-N (98%) and TN (29%) were observed when fructose was used as sole carbon source. The growth of HT01 was observed in leather sewage, and the removal efficiency of COD, NH4+-N and TN was 38%, 49% and 22%, respectively, in the second round of pilot-scale test.Key words：Delftia tsuruhatensis HT01；sodium dodecyl sulfate(SDS)；heterotrophic ammonia oxidation；leather sewage传统生物脱氮技术首先需要在好氧条件下经自养硝化菌将NH4+-N氧化为NO2--N或NO3--N,再于厌缺氧条件下经异养反硝化菌还原生成含氮气体[1].而异养氨氧化-好氧反硝化菌则突破了上述理论限制,该类微生物可以在异养好氧条件下同时实现氨氧化和反硝化,并同步去除有机物[2-5],因此能够极大简化微生物脱氮工艺,具有重要的应用价值.考虑到异养氨化-好氧反硝化菌的异养生长特性,碳源种类对这类微生物的脱氮效果有着显著影响[6-12].以十二烷基硫酸钠(SDS)为代表的阴离子表面活性剂,是工业及生活洗涤剂的核心成分,由于其具有高起泡性及低氧化电位,会通过影响污水处理过程中微生物的活性而降低污水处理效率[13-15],甚至会降低受纳水体的溶解氧(DO)量乃至毒害水生生物[13-15].微生物降解SDS具有特异性高、成本低和副作用少的优点,国外虽已报道了多株以假单胞菌为主的SDS降解菌[16-19],但目前国内对于SDS降解菌的报道还非常罕见[20-21],能够同步去除SDS、NH4+-N与总氮(TN)的菌种更是尚未见诸报道.戴尔福特菌(Delftia sp.)广泛分布于自然界,在地表水、土壤、污水中均有分布,并具有降解多种环境污染物的能力,有关其去除TN能力的研究较多[22-29],也有零星报道指出部分该属菌株能够异养氨氧化[30-31],而对这类菌降解(利用)SDS的能力知之甚少,对不同碳源影响戴尔福特菌异养氨氧化-好氧反硝化能力的研究也较少.为此,本文探索了一株戴收稿日期：2018-09-13基金项目：国家科技重大专项(2017ZX07602002)* 责任作者, 教授, chengkaicn@4期金翠萍等：不同碳源对Delftia tsuruhatensis HT01脱氮性能的影响 1479尔福特菌对SDS的去除能力,还研究了不同碳源对该菌株脱氮能力的影响并进行了皮革污水处理的中试,为应用戴尔福特菌进行污水处理提供参考.1材料与方法1.1培养基基础培养基:MgSO4⋅7H2O 0.05g,K2HPO4 1g, NaCl 2g,FeSO4⋅7H2O 0.4g,NaHCO31.5g,CaCl2⋅2H2O 0.5g;微量元素溶液1mL;加纯水至1L[32].微量元素溶液:CuSO4⋅/5H2O 0.075g, ZnSO4⋅7H2O 0.3g, CoCl2⋅6H2O 0.375g,MnCl2⋅2H2O 0.3g,EDTA 0.5g, NaMoO4⋅2H2O 0.22g, H3BO4 0.014g;加纯水至1L.SDS碳源培养基:在基础培养基中添加0.4g/L NH4Cl作为唯一氮源,再添加2g/L SDS作为唯一碳源.常规碳源培养基:在基础培养基中添加0.4g/L NH4Cl作为唯一氮源,再分别添加2g/L蔗糖、葡萄糖、果糖、柠檬酸钠、丁二酸钠、甘蔗糖蜜或乙酸钠作为唯一碳源.1.2接种菌液的制备Delftia tsuruhatensis HT01[33]分离于垃圾渗滤液污水处理系统.为制备接种液,先将该菌种接种于添加了0.4g/L NH4Cl和2g/L乙酸钠的基础培养基中,于27℃,190r/min振荡培养至对数期,再将菌悬液于6000r/min离心10min,弃上清液,用基础培养基离心洗涤3次,并用基础培养基重悬菌体,于27℃, 190r/min振荡饥饿处理1d后,作为接种菌液.1.3 不同碳源对生长及脱氮性能的影响按5%的接种比例,将接种菌液分别接种至120mL不同碳源的培养基中,以此作为实验组,相应的不接种菌液的培养基作为对照组.实验组与对照组均设置3个平行,并置于27℃,190r/min振荡培养箱中培养.每隔8h取样,测量菌悬液的吸光值OD600(以指示其生长情况)、TN和TOC.另将菌悬液6000r/min 离心10min,取上清液用0.22µm针头过滤器过滤,测定透过液中NH4+-N、NO2--N及NO3--N含量.NH4+-N含量采用水杨酸法[34], NO2--N和NO3--N的测量分别采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法和硫酸肼还原法[34]. TN和TOC含量采用德国Elementar vario TOC/TN测定仪完成.1.4 菌株SDS降解转录激活酶基因系统发育树根据D. tsuruhatensis HT01的全基因组测序结果,发现该菌具有SDS降解转录激活酶基因[35],将测序结果在NCBI中进行Blastn序列比对[https:// /Blast.cgi],并采用Neighbor- Joining法(Mega 6)构建了该基因的系统发育树. 1.5菌株处理皮革污水中试采用的皮革污水由于盐度较高(约20000mg/L)而不适于自养氨氧化菌的生长,实验期间污水的COD与NH4+-N含量的波动范围分别为4350~ 5355, 687~768mg/L.实验分2轮进行,第1轮实验中,实验组为向1t污水中接种3.5L以乙酸钠为唯一碳源的对数期D. tsuruhatensis HT01菌液,同时向污水中加入1.4kg乙酸钠,并在通气培养至第3,4, 5,6d 时各补加1.4kg乙酸钠,继续培养至第7d.对照组为未加入菌液(但按照与实验组相同的剂量补加了乙酸钠),空白组则既不加菌液,也不加乙酸钠.试验期间的水温为21~23℃,DO为3.22~5.59mg/L,pH值为7.8~8.0.为模拟污水序批处理的效果,又开展了第2轮试验:取第2轮培养至第7d的实验组污水0.5t,加入0.5t未经处理的污水,同时加入1.4kg乙酸钠,并在培养至第2d时补加乙酸钠1.4kg,继续培养至第3d.对照组与空白组的设置及试验过程中的水温、DO及pH值的变化均与第1轮试验相同.1.6统计分析采用Origin7.5作图,图中的误差线均用SD表示.统计分析采用SPSS17.0,显著水平以P < 0.05计.2结果分析2.1 以SDS为唯一碳源时的生长与脱氮性能0204060 80 100 1200.00.10.20.3OD60时间(d)图1 SDS为碳源的培养基中的生长曲线Fig.1 The growth curve when SDS was used as carbon source1480 中国环境科学 39卷D. tsuruhatensis HT01能够在以SDS为唯一碳源的培养基中生长,其对数生长期从24h开始,至84h 达到稳定期时(图1),其最大OD600接近0.3,TOC去除率达到33.94%,说明细菌具有利用SDS生长并去除SDS的能力.与此同时,NH4+-N和TN的去除率分别达到了73.73%和13.95%,说明该菌能够同时利用SDS并高效脱氮和去除TN.D. tsuruhatensis HT01菌株的SDS降解转录激活酶基因的系统发育树如图2所示.可见 D. tsuruhatensis HT01菌株的SDS降解转录激活酶基因与其它D. tsuruhatensis的同类基因的同源性较高,而与其它菌种的同类基因的差异较大.SPH-1 (CP000884.1)isolate ANG1 (CP019171.1)strain RAY209 (CP022656.1)H16 (AM260480.1)N-1 (CP002878.1)strain X1 (CP014845.1)strain DSM 16583(CP010310.2)Pseudomonas sp. strain ATCC 19151 (M86744.2)Pseudomonas protegens CHAO (NC 021237.1)HT01 (MH393620)0.05图2 HT01菌株SDS降解转录激活酶基因的系统发育树Fig.2 Phylogenetic tree of SDS degradation transcriptional activation protein gene2.2菌株在常规碳源中的生长及碳源利用情况D. tsuruhatensis HT01在7种常规碳源中的生长量(图3)均明显高于以SDS为唯一碳源时生长量,但该菌株在这7种常规碳源中的生长曲线仍明显不同:以丁二酸钠为唯一碳源时,接种8h后即表现出了明显生长,16h时就达到稳定期,OD600最大为0.81;而以乙酸钠或柠檬酸钠为唯一碳源时,8h起进入对数期,至24h进入稳定期,OD600最大值分别为0.89,0.75;当以蔗糖、果糖和甘蔗糖蜜为唯一碳源时,虽然晚至24h时才进入对数期,但却具有最大的生物量,其OD600最大分别能达到1.21,1.08和1.13;而当以葡萄糖为唯一碳源时,延迟期长至48h,最大生物量时的OD600也达到了0.95.D. tsuruhatensis HT01在利用7种常规碳源生长的过程中,培养基中的TOC浓度也明显下降(图4),至稳定期时,以蔗糖、葡萄糖、果糖、柠檬酸钠、丁二酸钠、甘蔗糖蜜或乙酸钠为唯一碳源时的TOC去除率分别为54.87%(64h),59.77%(80h),62.49%(64h), 47.29%(32h),26.49%(24h),38.34%(48h),70.92%(32h).特别是,以乙酸钠为唯一碳源时的TOC去除率显著高于其它碳源(P<0.05),说明碳源种类明显影响了TOC去除率.此外,以蔗糖、果糖或甘蔗糖蜜为唯一碳源时的TOC去除率也较高,此现象与这3种碳源条件下该菌的生物量(以OD600计)较大的结果是吻合的.08162432 40 48 56 64 7280OD60时间(h)图3 不同常规碳源中的生长曲线Fig.3 The growth curves by using different conventionalcarbon sources蔗糖64h葡萄糖8h果糖64h柠檬酸钠32h丁二酸钠24h甘蔗糖蜜48h乙酸钠32h1020304050607080TOC去除率(%)碳源种类及取样时间图4 不同常规碳源条件下的TOC去除率Fig.4 The removal efficiency of TOC by using differentconventional carbon sources4期 金翠萍等：不同碳源对Delftia tsuruhatensis HT01脱氮性能的影响 1481此外,为了验证该菌的异养氨氧化性能,选取以乙酸钠为唯一碳源时的组别,测量了24h 时(生物量峰值)的NO 3--N 与NO 2--N 含量.结果发现, NO 3--N 含量无法检出,而NO 2--N 含量则达到(64±33)µg/L,考虑到培养基中的本底NO 2--N 含量低于3µg/L(N -(1-萘基)-乙二胺光度法检测下限),说明HT01能够异养氨氧化生成NO 2--N. 2.3 菌株在常规碳源中的脱氮性能随着细菌的生长,D. tsuruhatensis HT01也表现出明显的脱氨和脱总氮性能.由图5可见,当达到稳定期时:以果糖为唯一碳源时的NH 4+-N 去除率最高,达到了97.79%,相应的TN 去除率也达到了28.58%;以葡萄糖为碳源时, NH 4+-N 去除率也高达89.62%,但TN 去除率仅为10.19%;以蔗糖为碳源时, NH 4+-N 和TN 的去除率分别为75.25%和22.19%;以乙酸钠为唯一碳源时的NH 4+-N 去除率虽然高达70%,但其TN 去除率却仅为约10%;以柠檬酸钠、丁二酸钠或甘蔗糖蜜为唯一碳源时,NH 4+-N 去除率约为60%,且以丁二酸钠为碳源时的TN 去除率较高达到28.54%,而在以柠檬酸钠为碳源时则完全不能去除TN.进一步统计分析表明,NH 4+-N 的去除率与测量时的培养时长显著正相关(P <0.05,r 2=0.67),而与对数期时长无显著相关性(P >0.05),说明培养时长是影响NH 4+-N 去除率的主要因素.而TN 去除率与培养时长及对数期时长等均无显著相关(P >0.05),说明该菌的反硝化脱氮性能与生长的关系较弱.蔗糖64h葡萄糖80h果糖64h柠檬酸钠32h丁二酸钠24h甘蔗糖蜜48h乙酸钠32h20 40 60 80 100 120 去除率(%)碳源种类及取样时间NH 4+-N TN图5 不同常规碳源条件下的NH 4+-N 和TN 去除率 Fig.5 The removal efficiency of NH 4+-N and TN by usingdifferent conventional carbon sources2.4 皮革污水处理结果由图6可见,接种HT01并补充碳源(乙酸钠)后,污水中NH 4+-N 和COD 的去除率均显著高于对照组与空白组(P <0.05),至第1轮试验结束时(第7d),试验组的NH 4+-N 和COD 去除率分别达到47%和79%,而对照组的去除率则分别为28%和49%,空白组的去除率更是仅为15%和36%,说明HT01明显促进了皮革污水中NH 4+-N 与COD 的同步去除.去除率(%)天数(d)图6 第1轮中试的NH 4+-N 和COD 去除率Fig.6 The removal efficiency of NH 4+-N and COD in the firstround of pilot test与第1轮试验的结果类似,第2轮试验中(图7),试验组的NH 4+-N 和COD 的去除率也显著高于对照组与空白组(P <0.05).去除率(%)天数(d)图7 第2轮中试的NH 4+-N 和COD 去除率 Fig.7 The removal efficiency of NH 4+-N and COD in thesecond round of pilot test对比2轮污水处理中试,第2轮中试至第3d 时,试验组的NH 4+-N 去除率即达到了49%,甚至高于第1轮中试时第7d 时的NH 4+-N 去除率(47%).由于第1轮中试时HT01的接种量仅为0.35%,而第2轮中试的换水率为50%,说明HT01能够在第1轮的试验中持续生长,并积累了更多的生物量,所以在第2轮试验中才表现出了更快的脱氮速度.此外,2轮中试1482 中国环境科学 39卷终点时,试验组的TN去除率(平均为22%)也明显高于对照组和空白组(平均为11%),也说明该菌在本次中试中能够去除皮革污水中的部分TN.3讨论目前国内关于SDS降解菌的分离报道较少[20-21],国外虽分离得到了较多的SDS降解菌[36],但这些菌多属于Pseudomonas sp.和Actinobacterium sp.,仅Yilmaz等[14]从地表水体中筛选出一株具有降解SDS能力的D. acidovorans,但目前尚未有D. tsuruhatensis降解去除SDS的报道.SDS降解转录激活酶基因的进化分析表明,尽管Genbank中的部分D. tsuruhatensis菌的某些基因与本菌的SDS降解转录激活酶基因同源性极高,但这些基因却并未被注释为SDS降解转录激活酶基因,这些 D. tsuruhatensis菌的SDS降解活性也均未见诸报道,说明D. tsuruhatensis菌的SDS降解活性很可能被低估了.考虑到D. tsuruhatensis多来源于污水[24-28],具有较强的耐污性能,因此其在污水处理中的应用潜力也更大.此外,Paulo等[13]分离出的2株Pseudomonas sp.能够以NO3--N为唯一氮源,实现同步去除SDS和反硝化,而本研究则首次发现D. tsuruhatensis HT01能够以NH4+-N为唯一氮源,实现同步去除SDS、NH4+-N和TN,为污水中SDS的降解及脱氮提供了新的思路.有关D. tsuruhatensis异养氨氧化性能的研究报道较少,不同碳源对D. tsuruhatensis去除NH4+-N和TN影响的研究屈指可数,仅刘晶晶等[22]比较了柠檬酸三钠、乙酸钠和琥珀酸钠对D. tsuruhatensis好氧反硝化性能的影响,发现柠檬酸三钠为最优的反硝化碳源.此外,王欢等[25,27]研究发现Delftia sp. WXZ-1以柠檬酸三钠为碳源时的NH4+-N去除率为55%,略低于HT01在柠檬酸钠中的NH4+-N去除率(59.43%).匡燕[31]等定性描述了D. acidovorans对葡萄糖、碳源、蔗糖等碳源有利用能力,但没有细致研究菌株在不同碳源中的生长特点.Li等[28]仅以丁二酸钠为碳源对D. acidovorans HS-043开展了好氧反硝化性能研究.崔文娟等[37]仅以酵母粉作为Delftia sp. NS2和NS5硝化过程中的碳源,最大生物量OD600均在0.45左右,明显低于本研究中HT01在各种常规碳源中的生物量.此外,类似于 D. acidovorans[31]和D. tsuruhatensis WXZ-15[25]的异养氨氧化过程,D. tsuruhatensis HT01也能在以乙酸钠为碳源时积累少量的NO2--N,既证明了 D. tsuruhatensis HT01具有异养氨氧化能力,也说明该菌异养氨氧化的产物可以被好氧反硝化所迅速消耗[38].本研究发现,D. tsuruhatensis HT01能利用多种形式的碳源,但不同碳源对该菌的生长及脱氮性能影响较大,综合考虑到实际污水处理的成本与耗时,如仅以去除NH4+-N为目标,应选择乙酸钠作为碳源,但如以去除TN为目标,则应以蔗糖(或果糖)作为碳源.因此在本次处理皮革污水的中试研究中,以NH4+-N 为主要目标污染物,补加乙酸钠作为碳源,不但能够有效去除NH4+-N,而且(通过第2轮序批式中试)证明该菌能够适应高盐度的皮革污水并能够积累生物量,说明在实际应用该菌种处理皮革污水时,初期只需少量接种,即可在皮革污水中自行增殖,再通过污泥回流等方式即可使生物量不断积累,从而达到增效的目的.此外,D. tsuruhatensis HT01分离于垃圾渗沥液,考虑到垃圾渗沥液具有高盐、高氨、高COD的特征[39-41]与皮革污水[42-44]高度相似,很可能是该菌能够适应并有效处理皮革污水的主要原因.4结论4.1 D. tsuruhatensis HT01能够通过异养氨氧化积累少量的NO2--N,还能够同步去除SDS、NH4+-N 及TN.4.2碳源种类明显影响D. tsuruhatensis HT01的生长与脱氮能力,以丁二酸钠为碳源时的生长速度最快,以乙酸钠为碳源时的TOC去除率最高,以果糖为碳源时的NH4+-N和TN去除率最高.4.3 D. tsuruhatensis HT01能够适应高盐皮革污水,并有效去除其COD、NH4+-N及TN.参考文献：[1] 叶剑锋.废水生物脱氮处理新技术 [M]. 北京:化学工业出版社,2006:10-12.Ye J F. New technology for biological denitrification of wastewater [M]. 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不同碳源和碳氮比对一株好氧反硝化细菌脱氮性能的影响
env ironm en t. The resu lts sh ow ed that n itrate reductase activ ity w as in flu enced by d ifferent carbon sou rce. The nitrogen rem oval rate by us ing succin ate and
K eywords: aerob ic den itrification; b iolog ical n itrogen rem ova;l C /N; P seudom ona s
1 引言 ( Introduct ion)
随着水体中氮素污染日益严重, 脱氮成为目前 水处理研究中的 重要课题. 目前普遍认为, 生物脱 氮是从废水中去除氮素污染的较为经 济有效的方
C /N rat io of 1 ~ 14, n it rate reduction ma in ly occu rred in the grow th phase of the 4~ 10 hou r and there w as m in im n itrite accumu lation in the p rocess.
2. 3 试验装置
试验装置由 2 L 具塞密闭的试剂瓶及管件组成
( 见图 1) , 整个反应器是密闭的, 进出口两端配有孔
径为 0. 25 m 的滤菌器. 在反应器中装入 1 L DM 培
养基后密封, 与氧气罐连接, 打开进气口和排气口,
以 3L m in- 1的流量通入纯氧气 3m in, 驱走反应器和
T echnology, H arb in 150090
2. D ep artm en t of M un icipal Engineering, W uhan U n ivers ity, W uhan 430072
不同碳源及含量对反硝化脱氮效果的影响研究现状
碳 源 投 量
定 的 影 响
１ ． 乙醇 ２
马 勇 ［在 Ｓ Ｒ 反 应 器 中发 现 甲醇 、 ４ Ｂ ］ 乙醇 为 碳 源 时 污 泥 产
目前 ． 内外 对 外 碳 源 的 投 加 种 类 和投 量 进 行 了 一 系列 国 的研 究 ．发 现 不 同 外 碳 源 对 系 统 的 反 硝 化 过 程 影 响 不 同 ． 即
硝 化 速率 。混 合 Ｖ Ａ碳 源 的反 硝 化 速率 比组 成 它 的单 一 Ｆ
Ｖ Ａ 的反 硝 化 速 率 高 ． Ｆ 碳 源 的 反 硝 化 速 率 比相 应 的 醇 Ｆ ＶＡ
垃 圾 渗 滤 液 中 富含 有 高 浓 度 的 有 机 废 水 ．其 中 Ｃ ＯＤ一 般 为 １０ ０ ／ ５ ０ ｍｇ Ｌ．新 鲜 垃 圾 渗 滤 液 的 可 生 化 性 高 ． 大 约 为 ０４ ０６ 所 以 ． 垃 圾 渗 滤 液 作 为 一 种 以 废 治 废 的碳 源 具 有 ．～ ．． 以 很 大 的应 用 前 景 ． 目前 在 这 方 面 也 有 了一 定 的研 究 。
率均 为 Ｏ ： ． 尚会来 ＿ Ｓ Ｒ反应 器 中试 验发现 ． ４ ５ Ｂ ＿ 在 以乙醇为碳 源． 硝酸 盐为 电子受体 时 ． 佳 的 ＣＮ＝ ， 源缺乏 时会引 起 最 ／ ５碳
亚 硝 酸 盐 积 累 还 有 研 究 发 现 ． 甲 醇 为 碳 源 时 硝 酸 盐 氮 去 用
使 外碳源投 加量相 同 ． 理效果也 不 同。 活性污 泥法方面 ． 处 在 虽 然还没有 定量 的确 定 出最佳 可行 的碳源种类 和投加 量 ． 但
２１ ，ｏ ０．３ １ｏ． Ｎ
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王弘宇 1, 2 ,马放 1, 3 , 苏俊峰 1 ,左薇 1 ,张献旭 1 ,张佳 1
1. 哈尔滨工业大学市政环境工程学院 黑龙江省环境生物技术重点实验室 , 哈尔滨 150090 2. 武汉大学市政工程系 ,武汉 430072 收稿日期 : 2006204229 录用日期 : 2006211229
第 27 卷第 6 期 2007年 6月
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circum stantiae
Vol. 27, No. 6 Jun. , 2007
王弘宇 ,马放 ,苏俊峰 ,等. 2007. 不同碳源和碳氮比对一株好氧反硝化细菌脱氮性能的影响 [ J ]. 环境科学学报 , 27 (6) : 968 - 972 W ang H Y, Ma F, Su J F, et al. 2007. Influence of carbon source and C /N ratio on nitrogen removal of aerobic denitrifier [ J ]. Acta Scientiae Circum stantiae, 27 ( 6) : 968 - 972
1 引言 ( Introduction)
随着水体中氮素污染日益严重 ,脱氮成为目前 水处理研究中的重要课题. 目前普遍认为 ,生物脱 氮是从废水中去除氮素污染的较为经济有效的方
法之一 (孙锦宜 , 2003 ). 传统生物脱氮包括好氧硝 化和缺氧反硝化 2 个过程. 反硝化是硝酸盐或亚硝 酸盐被还原成气态氮的生物过程 ,它的生理学意义 就是在呼吸过程中产生了 ATP,而氧化态氮在此电 子呼吸链中被作为电子受体. 一直以来 ,反硝化被
1988; Scholten et a l. , 1999; Patureau et a l. , 1998). 国内周丹丹等人率先提出了污泥驯化 →细 菌分离纯化 →初筛 (测 TN ) →复筛 (氮元素轨迹跟 踪测定 )的高效好氧反硝化富集和筛选方法 (周丹 丹 , 2004;马放 , 2005). 利用此方法 ,筛选得到 TN 去 除率高于 70%的好养反硝化菌 6株 ,马放等 ( 2005) 着重对好氧反硝化菌株 X31 的部分反硝化特性进 行了深入的研究 ,并就 DO、pH值和温度等生态影响 因子进行了探讨 (马放 , 2006 ). 但对于好氧反硝化 菌来说 ,碳源和 C /N 也是非常重要的速率限制参 数. 菌体生长过程中需要有机物作为碳源提供其生 长和反硝化过程中所必需的能源 ,因此 ,有机碳源 在硝酸盐还原过程中有 3 个用途 ,即用于菌体的生 长 、呼吸和反硝化. 在生物反硝化系统中 ,反硝化细 菌可以利用碳源作为电子供体 、硝酸盐氮作为电子 受体将硝酸盐还原成氮气 ,同时达到去除有机物的 效果. 由此可见 ,碳源是生物反硝化过程所必不可 少的一种物质. 在反硝化过程中应采用低生长量 (即细胞产率低 ) 的有机物质作为碳源. 而 C /N 也 在反硝化过程中起 着很 重要的 作用 , Cervantes等 (1999)认为 , C /N 是在呼吸过程中获得高效反硝化 效率的主要控制参数.
文章编号 : 025322468 (2007) 06: A
Influence of carbon source and C / N ra tio on n itrogen rem ova l of aerob ic den itr if ier
试验装置由 2 L 具塞密闭的试剂瓶及管件组成 (见图 1) ,整个反应器是密闭的 ,进出口两端配有孔 径为 0. 25μm 的滤菌器. 在反应器中装入 1 L DM 培 养基后密封 ,与氧气罐连接 ,打开进气口和排气口 , 以 3L·m in- 1的流量通入纯氧气 3m in,驱走反应器和 管路内的空气 ,以尽量避免空气中所含氮气对测量 结果的干扰. 关闭排气口 ,通入氩气 ,通过气体压力 表的读数确定反应器内压力为正压时 ,停止通入氩 气 ,然后关闭进气口. 与此同时 , 打开磁力搅拌器 (目的是使培养液均质并与上部氧气充分接触 ) ,培 养过程中溶解氧 (DO )一般维持在 8 ～10 m g·L - 1. 通入氩气的目的是制造有压条件 :一是使反应器内 形成正压 ,使氧能够更充分地溶解到培养液中 ,确 保绝对好氧 ;二是正压能够阻止空气中的氮气进入 反应器. 温控仪用以控制反应器外部水浴温度 ,通 过反应器内磁力搅拌子搅拌传热 ,使培养液温度与 水浴温度相同. 取样口 1用于取气体样 ,来监测培养 过程中氮气生成量 ,取样口 2用以取培养液样品 ,用 来监测培养过程中 pH 值和 DO 的变化以及用于菌 体生物量的测定 , 样品经离心后取其上清液监测 NO3- 2N、NO2- 2N 和 TN 的变化.
本文针对好氧反硝化菌株 X31,考察不同碳源 和碳氮比对 X31菌株的好氧反硝化性能的影响 ,以 期为好 氧 反 硝 化 细 菌 应 用 于 工 程 实 践 提 供 基 础 资料.
验要求进行调整. 微量元素溶液成分 : ED TA 50. 0 g·L - 1 ; ZnSO4
2. 2 g·L - 1 ; CaC l2 5. 5 g·L - 1 ; M nC l2·4H2 O 5. 06 g·L - 1 ; FeSO·4 7H2 O 5. 0 g·L - 1 ; (NH4 ) 6Mo7 O2. 4H2 O 1. 1 g·L - 1 ; CuSO4·5H2 O 1. 57 g·L - 1 ; CoC l2·6 H2 O 1161 g·L - 1 ; pH = 7. 0. 2. 3 试验装置
Abstract: The effects of carbon source and C /N ratio on denitrification of aerobic denitrifier were investigated in the batch culture under aerobic environment. The results showed that nitrate reductase activity was influenced by different carbon source. The nitrogen removal rate by using succinate and acetate was significantly higher than that by using malate. However, denitrification rate by using acetate was slightly higher than that by using succinate, in which a high denitrification rate (NO3- ) of 11. 86mg·g - 1·h - 1 was also achieved w ith acetate as the electron donor. It was found that nitrogen removal rate was above 90% w ith a C /N ratio of above 5 and nearly comp lete denitrification can be obtained at the op timal C /N ratio of 5～6. In the range of the C /N ratio of 1～14, nitrate reduction mainly occurred in the growth phase of the 4～10 hour and there was m inim nitrite accumulation in the p rocess. Keywords: aerobic denitrification; biological nitrogen removal; C /N; Pseudom onas
摘要 :利用间歇培养装置研究了好氧条件下丁二酸盐 、乙酸盐和苹果酸盐 3种不同碳源对好氧反硝化细菌 X31脱氮性能的影响 ,并就不同碳氮 比 (C /N )条件下菌株 X31的反硝化能力展开了研究. 结果显示 ,不同碳源种类对菌株硝酸还原酶活性有明显影响. 以丁二酸盐和乙酸盐作为碳 源时 ,其脱氮效果均要明显好于苹果酸盐作为碳源. 以乙酸盐作为碳源时菌株的反硝化速率要稍高于丁二酸盐作为碳源 ,其反硝化速率可以达 到 11. 86mg·g - 1·h - 1. 不同碳氮比 (C /N )条件下 , X31菌株的好氧反硝化能力亦不相同. 当 C /N 大于 5时 ,脱氮率能达到 90%以上. 最适宜的碳 氮比是 5～6,在此区间能进行完全的反硝化. 当 C /N 在 1～14之间变化时 ,硝酸盐还原基本都发生在菌株生长的第 4～10h,整个反硝化过程中 亚硝酸盐浓度一直保持在极低的水平. 关键词 :好氧反硝化 ;生物脱氮 ;碳氮比 ;假单胞菌
WANG Hongyu1, 2 , MA Fang1, 3 , SU Junfeng1 , ZUO W ei1 , ZHANG X ianxu1 , ZHAN G J ia1
1. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Environmental B iotechnology, School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090 2. Department of Municipal Engineering, W uhan University, W uhan 430072 Rece ived 29 Ap ril 2006; accepted 29 November 2006
基金项目 : 国家重点基础研究发展计划 (973) (No. 2004CB185050) Supported by the National Basic Research Program of China ( 973) (No. 2004CB185050) 作者简介 : 王弘宇 (1976—) ,男 ,博士 , E2mail: cwwflybutter@ yahoo. com. cn; 3 通讯作者 (责任作者 ) B iography: WANG Hongyu ( 1976—) , male, Ph. D. , E2mail: cwwflybutter@ yahoo. com. cn; 3 Correspond ing author