异养硝化-好氧反硝化菌协同竞争对脱氮特性的影响

复合菌株XH02+FX03和XH03+FX03对总氮的去除率较差，分别为45.1%和42.1%，两复合菌株之间无显著性差异(P>0.05).复合菌株XH02+XH03+FX03对TN的去除率高于XH02+FX03和XH03+FX03.菌株XH02和XH03的A600无显著性差异(P>0.05)，FX03与XH02、XH03有显著性差异.

3讨论

3.1单菌株的脱氮过程以及高效脱氮特性

Ridson等[19]研究表明，NH4+-N可以通过两种途径转化为气态氮：①NH4+-N→NH2OH→NO2--N→NO-3-N，然后再还原为气态氮;②NH4+-N→NH2OH→NO→N2O→N2，直接产生气态氮，通过生物脱氮作用不会产生NO3-N和NO2--N.

菌株XH02的硝化过程产生NH2OH，不产生NO3--N，并且NH4+-N和TN大大降低，因此，菌株XH02去除NH4+-N应由途径②完成，这与菌株Y-10[20]和WXZ-4[21]的脱氮途径相同.菌株XH03在硝化过程中对NH4+-N和TN的去除率较高，无NO3--N的产生，它的脱氮应由途径②完成.

菌株FX03的硝化过程中，有NO3--N的产生，其脱氮应由途径①完成的.菌株XH02、XH03和FX03在异养硝化和好氧反硝化的过程中都不产生NO2--N，这与好氧反硝化菌DL-23[22]脱氮过程积累大量NO2--N不同.由于NO2--N具有致癌性，所以菌株脱氮过程中不产生NO2--N对生物脱氮具有重要意义.

3个菌株在好氧反硝化过程后期都检测到少量NH4+-N的产生，这与HE等[23-24]的研究中反硝化过程产生少量NH4+-N的结果相一致.当碳源为柠檬酸三钠、氮源为(NH4)2SO4或KNO3并且其初始质量浓度为100mg/L左右时，菌株XH02在第24小时对NH4+-N和NO3--N的去除率均达到90%以上.

李紫惠等[6]研究发现，在氮源初始质量浓度为250mg/L左右时，菌株XH02对NH4+-N和NO3--N的去除率在第24小时只能达到80%左右，因此，氮的初始浓度会影响脱氮效率.菌株XH03和FX03都属于假单胞菌属，XH03有着较好的异养硝化和好氧反硝化能力，在第24小时对NH4+-N和NO3--N的去除率分别达到89.5%和94.0%，与假单胞菌株y3[27]相似.

菌株FX03对NH4+-N的去除率远大于对NO3--N的去除率，这一特点类似于不动杆菌TN14[28]，显著不同于菌株C3[29]，C3可以反硝化去除NO3--N但却不能进行异养硝化去除NH4+-N.

3.2菌株间的协同与竞争对异养硝化特性的影响

微生物间存在着多种复杂的相互关系，如互生、共生、拮抗等[30].根据有效微生物技术原理[31]，不同的脱氮菌共存于同一环境时，如果相互之间生态位分离，形成了互生关系，就能产生协同作用，相互提供营养及其他生活条件，相互受益，促进彼此的生长繁殖.

因此异养硝化-好氧反硝化菌共同培养存在的协同和竞争作用会影响脱氮性能，同样地，通过对单菌株和复合菌株脱氮性能的研究可以揭示菌株之间的协同竞争作用.复合菌株XH02+XH03的A600较相应的单菌株提高了10%左右(见图6)，表明在同一个异养硝化反应体系中菌株XH02和XH03具有协同作用，能够相互促进生长.复合菌株XH02+XH03对NH4+-N和TN的去除率较两单菌株XH02和XH03都有提高.

菌株XH02和XH03通过协同作用进一步提高了脱氮效率.尹明锐等[17]研究发现，异养硝化-好氧反硝化菌WYLW1和WYLW4组合的复合菌株F1较单菌株也能提高NH4+-N的去除率，因此，在异养硝化过程中菌株之间的协同作用对提高脱氮效率具有重要意义.

复合菌株XH02+FX03、XH03+FX03的A600较其相应的单菌株都有下降，因此，在同一个异养硝化反应体系中菌株XH02和FX03、XH03和FX03相互竞争，抑制了生长，这种竞争作用导致复合菌株XH02+FX03、XH03+FX03对NH4+-N和TN的去除率显著下降.

比较复合菌株XH02+XH03+FX03与XH02+XH03对NH4+-N和TN的去除率以及A600可发现，菌株FX03的存在抑制了菌株XH02和XH03的生长，降低了脱氮效率，进一步证明了菌株FX03对菌株XH02和XH03的竞争作用.这与复合菌株N2+N4+N7[16]间的竞争作用类似，比相应单菌株的异养硝化效率差.

可见脱氮效率高的单菌株组合并不一定能取得好的脱氮效果，菌株之间的竞争作用会降低脱氮效率.在异养硝化条件下，比较复合菌株对NH4+-N和TN的去除率以及A600可以发现，在等量菌株XH02、XH03和FX03共存的异养硝化过程中，菌株XH02和XH03间的协同作用强于FX03对XH02和XH03的抑制作用.

3.3菌株间的协同与竞争对好氧反硝化特性的影响

复合菌株XH02+XH03的A600较两单菌株提高了10%左右(见图7)，而对NO3--N和TN的去除率较单菌株只有小幅的提高，说明菌株XH02和XH03在好氧反硝化的反应体系内相互促进了生长，但对脱氮效率的影响小.呼婷婷[32]采用吸附复合的方式组合了异养硝化-好氧反硝化菌Y1和L1，结果表明，复合菌株对NO3--N的去除率较单菌株有较大提高，因此，不同的复合方式会影响菌株之间的协同和竞争作用.

在好氧反硝化过程中菌株FX03对XH02、XH03表现出竞争作用，抑制了XH02和XH03的生长，使复合菌株对NO3--N和TN的去除率下降.在等量菌株XH02、XH03和FX03共存的反应过程中，菌株XH02和XH03的协同作用强于FX03对XH02和XH03的抑制作用.

不同异养硝化-好氧反硝化菌之间既有协同又有竞争，在脱氮过程中，通过提高异养硝化-好氧反硝化菌之间的协同作用、降低竞争作用，能够促进脱氮效率进一步提高，可为新型脱氮工艺的研究提供参考.

4结论

a)菌株XH02和XH03对NH4+-N和NO3--N的去除率较高，当氮源初始质量浓度为100mg/L左右时，第24小时对NH4+-N的去除率分别达到90.2%和89.5%，对NO3--N的去除率分别达到91.8%和94.0%.菌株FX03对NH4+-N的去除率远高于对NO3--N的去除率.

b)复合菌株XH02+XH03在异养硝化和好氧反硝化脱氮过程中能够相互协同、促进生长、提高对氮的去除率.c)在异养硝化和好氧反硝化的过程中，菌株FX03的存在会抑制菌株XH02和XH03的生长，降低脱氮效率.d)在等量菌株XH02、XH03和FX03共存的异养硝化和好氧反硝化过程中，菌株XH02和XH03之间的协同作用强于菌株FX03对XH02、XH03的竞争作用.

来源：环境科学研究；作者：黄郑郑，曹刚，陈海升，李紫惠，莫测辉

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