污水处理中氨氧化古菌的富集培养ppt
污水处理系统中厌氧氨氧化细菌的富集策略
污水处理系统中厌氧氨氧化细菌的富集策略
冯婉仪;李家麟;段晨雪;彭永臻
【期刊名称】《北京工业大学学报》
【年(卷),期】2024(50)2
【摘要】厌氧氨氧化(Anammox)工艺有利于实现可持续的污水生物处理,自发现以来就引起了人们的极大兴趣,与传统的生物脱氮技术相比,其优势在于节约充氧电耗与外加碳源所需的运行费用,以及较低的剩余污泥产量。
然而,厌氧氨氧化细菌(AnAOB)的生长速率极其缓慢,限制了Anammox工艺的大规模应用。
综述了以往富集AnAOB的研究,主要介绍了以下3个方面:接种污泥选择、载体与反应器设计以及外加化学物质。
该文将有助于研究人员规划和设计一个合适的AnAOB富集策略,有利于拓宽Anammox工艺在污水生物处理中的应用。
【总页数】9页(P207-215)
【作者】冯婉仪;李家麟;段晨雪;彭永臻
【作者单位】北京工业大学城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室【正文语种】中文
【中图分类】X703
【相关文献】
1.厌氧氨氧化细菌的富集及不同温度下动力学研究
2.污水排海口底泥厌氧氨氧化菌的富集培养与脱氮效果
3.海洋环境中的厌氧氨氧化细菌与厌氧氨氧化作用
4.污水
厂活性污泥中厌氧氨氧化细菌的群落结构研究5.JZ1A自动气象站现场核查仪的功能要点及注意事项
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氨氧化菌的研究及其在废水处理中的应用
氨氧化菌的研究及其在废水处理中的应用废水处理作为环境保护的一项重要工作，关系到人们的生产生活环境。
传统的废水处理方式主要是利用物理和化学方法处理，但这些方法处理完后，仍然会有一定量的氨氮残留在水中，给环境造成严重污染。
因此，一些新型的废水处理技术逐渐得到关注，其中氨氧化菌在废水处理中的应用引起了广泛的关注。
氨氧化菌是一类在自然界中常见的细菌，其主要功能是将含氮物质转化为亚硝酸盐。
氨氧化菌的研究是比较早的一个领域，早在19世纪50年代，科学家们就已经发现了氨氧化菌的存在和作用。
随着人们对环保的高度重视和废水处理技术的不断改进，氨氧化菌在废水处理中的应用逐渐被广泛认可。
氨氧化菌的应用原理基于其对含氨废水中氨氮的转化作用。
对于含氨的废水，通过预处理采用硝化/反硝化过程将氨氮转化为亚硝酸盐，再将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，最后利用硝酸盐还原反应降解污染物。
氨氧化菌的参与，能够将废水中高浓度的氨氮转化为亚硝酸盐，降低废水中的氨氮浓度，减轻氨氮对环境的污染。
除了在废水处理方面的应用，氨氧化菌还有其他的应用价值。
例如，氨氧化菌在农业生产中也有应用，可用于改良土壤、提高农作物生产效率和保护生态环境等方面。
然而，氨氧化菌在废水处理中的应用也存在一些问题。
由于氨氮浓度较高，氨氧化反应速率较慢，废水处理效果可能不理想；另外，氨氧化菌的灵敏度较高，容易受到恶劣环境的影响，导致处理效力下降。
针对这些问题，科学家们不断进行研究，试图提高氨氧化菌在废水处理中的应用效果和稳定性。
总的来说，氨氧化菌在废水处理中的应用是一项值得开发和推广的新技术。
其有望在保障水资源安全、改善生态环境等方面发挥积极的作用。
科学家们需要进一步进行深入研究和开发创新，通过科技手段不断推动废水处理技术的创新和提升。
厌氧氨氧化菌PPT课件
厌氧氨氧化菌需要在低氧分压、低有机碳源和高氨氮浓 度的条件下生长，同时需要保持适宜的pH值和温度。
厌氧氨氧化菌的基因研究
01
基因组研究
通过对厌氧氨氧化菌的基因组进行测序和分析， 可以了解其代谢机制和进化关系。
02
分子生物学技术
利用分子生物学技术，如PCR、基因克隆和表达 等，可以研究厌氧氨氧化菌的基因结构和功能。
厌氧氨氧化菌的应用研究
随着对厌氧氨氧化菌的深入了解，研究者们开始探索其在污水处理、生物脱氮等方面的应 用。通过优化反应条件、驯化菌群等方式，成功实现了厌氧氨氧化技术在废水处理中的应 用，为解决全球性的水体富营养化问题提供了新的思路。
厌氧氨氧化菌的研究挑战与展望
厌氧氨氧化菌的分子 生态学研究
尽管我们已经对厌氧氨氧化菌的生态 学和生理特性有了初步了解，但是其 分子生态学机制仍不清晰。未来研究 需要关注厌氧氨氧化菌的基因组学、 转录组学和蛋白质组学等方面的研究 ，深入揭示其生态适应机制和代谢机 制。
厌氧氨氧化反应的化学方程式为： NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O。
该反应过程中，厌氧氨氧化菌将氨氮 和亚硝酸盐分别氧化为氮气和硝酸盐， 同时释放能量，用于合成细胞物质和 维持生命活动。
厌氧氨氧化菌的能量代谢
厌氧氨氧化菌的能量代谢是通过厌氧氨氧化反应实现的，该反应释放的 能量一部分用于合成细胞物质，另一部分以高能物质的形式储存于细胞 内。
生物脱氮。
厌氧氨氧化菌的生物脱氮过程相 较于传统的物化法脱氮具有更高 的效率和较低的成本， 要进一步研究和优化，以提高其
处理效果和实用性。
在环境保护方面的应用
厌氧氨氧化菌在环境保护方面具有广泛 的应用前景，不仅在污水处理和生物脱 氮方面有重要作用，还能够应用于土壤
厌氧氨氧化菌PPT
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发现与历史
发现
厌氧氨氧化菌的发现可以追溯到20世纪90年代，荷兰科学家在污水处理厂的厌氧沉淀池中发现了这 种微生物。
历史
自发现以来，厌氧氨氧化菌成为了研究热点，其研究涉及生物反应机制、生态学和污水处理等方面。
生态与环境分布
生态
厌氧氨氧化菌在自然界的生态系统中 广泛存在，特别是在缺氧或低氧的生 态系统如河流、湖泊和海洋等中占据 重要地位。
水、食品加工废水等高氨氮废水，降低废水对环境的污染。
研究成果转化案例
总结词
将厌氧氨氧化菌的研究成果转化为实际应用技术和产品 ，推动相关产业的发展。
详细描述
基于厌氧氨氧化菌的研究成果，开发高效、环保的生物 脱氮技术和设备。例如，利用厌氧氨氧化菌的特性，开 发出新型生物反应器，提高脱氮效率和稳定性。此外， 将厌氧氨氧化菌应用于环保产业、农业等领域，推动相 关产业的可持续发展。同时，通过技术转让、合作开发 等方式，将研究成果转化为实际生产力，促进经济发展 和社会进步。
厌氧氨氧化菌
目录
• 厌氧氨氧化菌简介 • 厌氧氨氧化菌的生物特性 • 厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用 • 厌氧氨氧化菌的研究进展与挑战 • 厌氧氨氧化菌的实际案例
01 厌氧氨氧化菌简介
定义与特性
定义
厌氧氨氧化菌是一种自养型微生物， 能够利用亚硝酸盐作为电子受体，将 氨氧化为氮气。
特性
厌氧氨氧化菌具有专性厌氧的特性， 对氧气敏感，只有在低氧或无氧环境 中才能正常生长。
03
在高氨废水处理中，需根据废 水的具体情况选择合适的预处 理和后处理工艺，以确保处理 效果和达标排放。
在其他方面的应用
污水处理培训(厌氧好氧)课件
适用于农村生活污水和畜禽养殖废水处理，具有 投资少、运行稳定等优点。
04 污水处理案例分析
城市污水处理案例
城市污水处理概述
城市污水处理是指通过物理、化学和生物等方法去除城市污水中的污染物，使其达到排放 标准或回用标准的过程。
城市污水处理流程
城市污水处理主要包括一级处理、二级处理和三级处理三个阶段。一级处理主要去除悬浮 物和油脂等杂质，二级处理主要去除有机物和营养盐等，三级处理则进一步去除难降解有 机物、氮、磷等物质。
好氧处理技术需要足够的氧气供应，通常通过曝气设备（如鼓风机）提供。
好氧处理技术的种类
01
02
03
活性污泥法
利用活性污泥中的微生物 絮体对污水中的有机物进 行吸附和降解。
生物膜法
通过在反应器内培养生物 膜（如生物滤池、转盘过 滤器等），利用生物膜对 有机物的吸附和降解。
氧化塘法
利用自然界的微生物和藻 类在人工控制的池塘中降 解有机物。
厌氧处理技术可以处理高浓度有 机废水，具有较高的有机负荷和
较低的能耗。
厌氧处理技术的种类
1 2
上流式厌氧污泥床（UASB） 一种高效厌氧反应器，通过悬浮生长的厌氧污泥 与废水充分接触，实现有机物的降解和产气。
膨胀颗粒污泥床（EGSB） 一种改进型的UASB，通过增加反应器高度和增 大水力流速，提高有机物去除率和产气率。
好氧处理技术的应用场景
生活污水处理
适用于处理生活污水，如 家庭、学校、医院等场所 产生的污水。
工业废水处理
适用于处理工业废水，如 食品加工、制药、造纸等 行业的废水。
城市污水处理
适用于处理城市污水，包 括城市下水道污水和合流 污水。
厌氧氨氧化菌的驯化和富集培养方法
厌氧氨氧化菌的驯化和富集培养方法下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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污水的厌氧生物处理课件
根据进水的方向将厌氧固定膜反应器 分 为 升 流 式 ( USFF) 、 降 流 式 ( DSFF) 和平流式(LSFF)三种；根据填料填充
的程度分为全充填型和部分充填型。
填料可采用拳状石质滤料，如碎石、 卵石等，也可使用陶粒、塑料等填料。
烷化严重受阻。
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
(2) pH及碱度
按降解机理分段：
产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在 6.5-7.5 之间。
在消化系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过 产甲烷阶段，则pH会降低，影响甲烷菌的生活环境。
反应器的pH值过低，常表现为挥发酸浓度过高； pH值过高， 常见于NH4+浓度过高。
(5)有机负荷
按降解机理分段：
在厌氧法中，有机负荷通常是指容积有机负荷，简称容积负荷， 即消化器单位有效容积每天接受的有机物量[kgCOD/m3 ∙d]。此外也 有用污泥负荷表达的，即[kgCOD/kgVSS . d]。
厌氧消化过程中，产酸阶段反应速率比产甲烷阶段反应速率快 得多， 必须十分谨慎的选择有机负荷，使挥发性脂肪酸的生成和消 耗不致失调，形成挥发酸的积累。为保持系统的平衡，有机负荷不 能过高。
甲烷产量的70%
产氢产乙酸阶段
在产氢产乙酸菌的作 用下
产甲烷阶段
两组生理上不同 的产甲烷菌
③ 厌氧消化的4阶段理论
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
参考教材第357页
由于产甲烷菌在厌氧处理的各个阶段中，对环境的影响最敏感机，理分段： 世代时间相对较长，甲烷化反应速度较慢，常作为厌氧消化过程的 控制阶段， 反应条件应重点满足甲烷菌的环境要求。
氨氧化细菌富集培养的实验研究
ＭＬ Ｓ １ Ｓ ０左右 。
１ ３ 方 法 ．
数 的氨氧化 细菌 的 富集 培养 方 法 ， 到 了 富集 氨 氧 化 达
细 菌的 目的 ， 并进 行 了扩大 实验进 一步验 证其 可行性 ，
富集 培养 实验 ： ５ Ｌ培 养 箱 中采 用 间 歇换 水 进 在 行 氨 氧 化 细 菌 的 富 集 培 养 ， 换 培 养 基 时 间 间隔 为 更 ２ ， 制 温度在 （ ０ ） 、 Ｈ 值 ７ ５ ８ ５ 溶 解氧 ４ｈ 控 ３ ±１ ℃ ｐ ． ． 、
Ｄ Ｏ用 ｅｍｏＯｒ ｎ８ ０ Ｔｈ ｒ ｉ ５ Ａ型 溶解 氧仪 测 定 ； Ｈ ｏ ｐ 值 由 Ｐ ３型精 密 数 显 酸度 计 测 定 ； 氮 浓 度 由纳 氏 Ｈ－ 氨
作 者 简介 ： 正 勇 （９ ３ ） 男 ， 苏南 京 人 ， 士研 究生 ， 章 １８一 ， 江 硕 主要 从 事环 境 工程 技 术 方 面的 研 究 ； 讯 联 系 人 ： 立超 ， 授 。 Ｅｍａ ： 通 安 教 － ｉ ｌ
・
或者几个 参数 就可 以创造 氨氧化 细 菌 占主导 地位 的环 境， 达到 氨 氧化 细 菌 富集 （ 即亚 硝 酸 盐 累 积 ） 目的 。 的
作 者在此 建立 了一种 以溶 解 氧 、 度 、 Ｈ 值 为控 制 参 温 ｐ
７Ｈ２Ｏ ．２ ０ ０～ ０ ４ Ｍ ｇ ． ０； ＳＯ４ ・ ７Ｈ ２ ． ０ ２５～ ０． ０； Ｏ ５
摘
要 ： 立 了一种 氨 氧 化 细 菌的 富 集培 养 方 法 。采 用 该 技 术 培 养 ３ ， 氧 化 细 菌 能 够 富 集 达 到 ９ 的 亚 硝 酸 建 ０ｄ 氨 Ｏ
盐 累积 率 。 同时 进行 了扩 大规 模 的 实验 ， 果 也 验 证 了该技 术 的 可行 性 ， 结 为短 程 硝 化 一 反 硝 化 的 实际 应 用提 供 了依 据 。 关键词 ： 氧化 细菌； 氨 亚硝 酸 盐 累积 率 ； 程 硝 化一 反 硝 化 短 中图 分 类 号 ： ０ ． Ｑ ９ —３ Ｘ７３１ ３３ ５ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２ ５２ （０ ７０ －０ ６ －０ １ ７ — ４ ５２ ０ ） ７ ０ ３ ２
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图4．富集物中HJ-2b 菌的扫描电镜观察(50000×)
富集 AOA 的生长和代谢特性
对一个周期内AOA富集培养基的氨氮、亚硝态氮，16S rＲNA基因 拷贝数和amoA基因拷贝数进行连续监测，得到的结果如图5所示。 氨氮的降解在第10天的时候全部完成，同时生成的亚硝态氮趋于稳
HJ-2b在16S rＲNA基因和 amoA基因的进化关系上产生
了较大的差异，换用不同的引
物检测之后,该差异仍然存在。 这是在之前的AOA富集中从未 被报道过的。一种可能的解释 是HJ-2b菌的amoA基因并不是
sp．JG1的16S rＲNA基因相似度
达到100%，但在amoA基因的进 化关系上却与之相距较远，且细 胞形态有较大差异，是不同 Nitrososphaerasp．JG1的一种
富集 培养基
(Decode DGGE，伯乐)， 凝胶成像仪 (Gel Doc XＲ，伯乐) 紫外分光光度计 (DＲ5000，哈希) 环境扫描电子显微镜 (Quanta200，FEI)
2 材料方A 基因的检测及系统发育分 析 16S rＲNA 基因 和 amoA 基因的 定量
株。这些菌株都是从海洋沉积物、土壤、热泉等自然环境中富集得到。到目前为止，还没有从污水处理系统( 活性污 泥) 中富集分离 AOA 的报道。污水处理系统依靠氨氧化反应来去除氨氮，研究者在国内外多个污水处理系统中均发 现了 AOA，在部分系统中，AOA 的数量甚至超过 AOB 几个数量级。但与 AOB 不同的是，并非每一个氨氮去除效 果良好的系统中都能发现 AOA 的存在。研究者对于影响 AOA 存在性的因素做出了多种不同的猜测，包括氨氮浓
组内的AOA大多数来源于土壤环境。
富集 AOA 的系统发育鉴定
对同样的样品使用古菌amoA基因引物(23F/61致(630bp，GenBank 登录号 KP027213)。用BLAST数据库比对建树之后进化关系如图3所示。与16S rＲNA基因不同， amoA基因比对的结果显示HJ-2b与Nitrososphaera sp．JG1进化关系距离较远，二者相似度只有72%。而与HJ-2b进化关系最 接近的一株AOA是Nitrosopumilus maritimus，相似度为83%。按照比对结果，HJ-2b的amoA基因属于AOA的另外一个分支:
多的是编码氨单加氧酶α亚基的 amoA 基因，以该基因作为指示，发现 AOA 广泛分布于海洋、土壤、热
泉以及污水处理系统等环境中，是氨氧化过程的重要参与者。与 AOB 相比较，AOA 对于底物氨氮和氧具 有较高的亲和力，这使得 AOA 在低氨氮和低溶解氧条件下依然能够有较好的氨氮去除效果。
文章背景
2 材料方法
2 材料方法
采用的液体培养基包含 NH4Cl(0.5mmol/L)，KH2PO4 (0.1mmol/L)，NaHCO3 (2.5mmol/L)， 1%污泥上清液(原始污泥离心后取上清， 过0. 2μm 滤膜( GTTP，millipore) 除菌， 提供必须的微量元素和维生素等物质)。 用1mol/L的HCl调pH至6. 5，121℃灭菌 20min。之后加入氨苄青霉素(50mg/L) 以及链霉素(25mg/L)。后续的生长和代 谢试验采用的培养基与富集一致。
古菌的单一性判断
使用 PCＲ-DGGE 对不同时间段的古菌
16S rＲNA 基因多样性进行检测，结果如 图 1 所示。 经初步比对分析确认是 AOA 序列。
富39bp)用BLAST数据库比对，做出的系统发育树如图2所示。本研究富集得到的HJ2b菌与之前报道的Nitrososphaera sp．JG1最为接近，在覆盖度为94%时序列相似度为 100%;其次与Nitrososphaera evergladensisSＲ1较为接近，覆盖度99%时，序列相似度为99%。依据16S rＲNA基因进化关系进行鉴定，HJ-2b菌与上述两株 已报道的AOA为同一个属，即Nitrososphaera属。此外，根据AOA研究中常用的古菌分类方法，HJ-2b 属于GroupI．1组，该
GroupI．1a组，该组AOA成员大部分来自于海洋环境。HJ-2b的16S rＲNA基因和amoA基因在系统发育归属上产生了较大差
异。
富集 AOA 的细胞形态观察
使用扫描电镜对富集后的培养基进行观察，视 野中大多数细胞为如图4所示的杆状细胞，可 认为该细胞就是富集得到的HJ-2b菌。细胞大
小为: (1.0±0.2)μm×(0.30±0.04)μm。
N．europaea。最大比氨氧化速率为3.9fmol/(cell· d)，稍低于
N．maritimus和N．devanaterra，与N．europaea相比差距仍 然较大。
富集 AOA 的生长和代谢特性
为了探究 16S rＲNA 基因和 amoA 基因的对应关系。在同一周期 中我们也同时检测了amoA基因的拷贝数。如图5所示，amoA基因
定，细胞数(近似用16S rＲNA基因拷贝数代替)在第12天时达到顶峰，
之后便进入衰退期开始下降。 根据图5计算得到HJ-2b的生长和代谢速率，如表2所示。HJ-2b的最 大比增长速率为0.43d－1，代时为1.6d，该速率比N．maritimus稍 低，和其余AOA菌株大致相当，但远低于纯培养的AOB菌株
古 菌 16S rＲNA 基 因变性梯度凝胶 电 泳( DGGE) 分析
扫描电镜分析
AOA 的富集培养
3 结果
AOA的富集效果检测
AOB 的存在性检测
AOB 的存在性检测: 对第 5 个周期之后多 个时段的富集物进行检测， 针对细菌 amoA 基因进行 PCＲ 扩增， 均未见条带
AOA 在培养体系中的纯度
种不同菌的可能，从而也就间接证明了本研究得到16S rＲNA基因
与amoA基因序列均属于HJ-2b菌的基因组。
4 讨论
01
以通用的16S rＲNA基因的进化关 系为准，本研究将HJ-2b归于 Nitrososphaera 属。尽管该 AOA与Nitrososphaera
02
HJ-2b 的代时为1.6d， 约为38h。
03
且该数据是在实验室条件下测定
得到的，在实际的污水处理系统 中，比生长速率会更慢，代时会 更长。而AOB的代时一般在 7 － 36 h 之间。相比之下AOA在实际 情况下的代时比AOB要长,这可能 是在很多污水处理系统中只存在 AOB的原因。较短的污泥停留时 间导致AOA不能够充分增长， 最 终流失。
古菌占培养体系中所有原核生物( 古菌 + 细菌) 的比例为 93% 。 体系中杂菌全部属于α-变形菌纲，其 中 最多的属是鞘氨醇单胞菌属(62%)，其次 还有少部分的慢生根瘤菌属(17%) 以及不 粘柄菌属(14%) 。
由此可证明富集体系中并不含 AOB，
AOA 是唯一的氨氧化微生物， 也是体系 内氨氧化反应的全部贡献者。
污水处理系统中氨氧化古菌的 富集培养以及性质
目录 CONTENTS
1 文章背景 2 材料方法 3 结果 4 讨论
1 文章背景
文章背景
硝化反应在氮循环中起着重要作用，同时也是污水处理系统脱氮的关键反应。氨氧化反应是硝化反应的第
一步，也是其中的限速步骤。一直以来该步骤都被认为是由氨氧化细菌( Ammonia-oxidizing bacteria， AOB) 独自参与的。然而近年来研究发现，参与氨氧化反应的微生物还有另外一个大的类群，即氨氧化古菌 ( Ammonia-oxidizing archaea，AOA )。 AOA 属于古菌中的奇古菌门 ( Thaumarchaeota)，与 AOB 在进化归属，生理生化特性方面存在较大差异，但二者参与氨氧化过程的部分基因是同源的。其中应用最
其本身具有的，而是来自于横
向的基因转移。
AOA。
THANK YOU
当前国内外的研究主要以调研和统计 AOA 的分布情况为主，对 AOA 进行富集和分离的研究仍然较少。由于古菌 本身生长缓慢，受环境波动影响大，富集和分离较为困难。目前已报道的纯培养 AOA 只有两株: 海洋亚硝化短小杆
菌 ( Nitrosopumilus maritimus) 和维也纳亚硝化球菌( Nitrososphaera viennensis) ，此外富集培养的 AOA 有 8
富集 来源
活性污泥取自天津市某污水处理 厂HJ，该厂采用BDP生物倍增工 艺，进水氨氮80－300 mg/L， 出水氨氮小于1mg/L，污泥浓度 6000－8000mg/L。取样点溶解 氧浓度为0.6 mg/L。取样后将 污泥置于冰盒中暂时保存，带回 实验室后立即开始接种培养。
材料
仪器
PCＲ仪 (S1000，伯乐) 定量 PCＲ 仪 (iQ5 Multicolor，伯乐) 变性梯度凝胶电泳系统
的变化趋势与16S rＲNA基因一致，为了进一步进行比较，我们对
两个基因的数目进行了线性回归分析，如图6所示。两个基因数目变 化显著相关，随着AOA的繁殖和衰亡呈现同样的增减趋势。且在此 过程中两个基因数的比值基本保持不变，整体上在0.8793约为0.9左 右浮动。由此可以排除16S rＲNA基因与amoA基因分别来源于两
度、溶解氧、盐度、停留时间等。由于缺乏来源于污水处理系统的富集菌株，上述猜测无法通过直接的微生物学实
验证实，仅停留在调研和统计阶段。 本文针对上述存在的问题，从污水处理系统中富集得到高纯度的 AOA，经过系统发育鉴定之后，确认其中仅含有一 种 AOA，之后对其生长特性和代谢特性进行了研究。本研究对深入了解污水处理系统中 AOA 的独特性质，探究 AOA 在污水处理系统中的存在条件具有重要参考价值。