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异养硝化-好氧反硝化菌协同竞争对脱氮特性的影响

北极星环保网来源:环境科学研究 黄郑郑2017/11/4 9:35:11我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:反硝化 污水处理 生物脱氮

北极星环保网讯:为了探讨在脱氮过程中异养硝化-好氧反硝化菌类之间的协同和竞争作用,以A2/O工艺好氧污泥中筛出的三株异养硝化-好氧反硝化菌———XH02、XH03和FX03为研究对象,经16SrDNA基因序列系统发育分析,鉴定XH02为人苍白杆菌(Oobactrumsp.),XH03和FX03为假单胞菌(Pseudomonassp.).

生物脱氮技术

在此基础上,分别考察了单菌株和复合菌株(XH02+XH03、XH02+FX03、XH03+FX03和XH02+XH03+FX03)在异养硝化和好氧反硝化条件下的脱氮特性.结果表明:菌株XH02和XH03具有高效脱氮特性,在异养硝化过程中,第24小时对NH4+-N的去除率分别为90.2%和89.5%;在好氧反硝化过程中,二者在第24小时对NO3--N的去除率分别为91.8%和94.0%.

复合菌株XH02+XH03无论在异养硝化还是好氧反硝化过程中,均能相互协同,促进生长,进一步提高了脱氮效率,在第24小时对NH4+-N和NO3--N的去除率分别达到97.1%和96.7%.在硝化和反硝化过程中,菌株FX03对XH02、XH03均存在着竞争关系,FX03的存在会抑制菌株XH02和XH03的生长,显著降低脱氮效率.研究显示,异养硝化-好氧反硝化菌XH02和XH03之间的协同作用可以强化废水生物处理,提高脱氮效率.

关键词:复合菌株;异养硝化-好氧反硝化;脱氮特性;协同竞争;混合培养

随着经济的快速发展,水体中氮素污染呈逐渐加重趋势.生物脱氮技术因具有简单高效且成本低廉等特点而日益受到关注[1].

在脱氮菌中异养硝化-好氧反硝化菌由于可在同一个空间内进行硝化和反硝化成为研究热点.异养硝化菌在降解有机底物的同时可将NH4+-N转化为NH2OH、NO2--N和NO3--N[2];好氧反硝化菌在有氧环境中可把NO3--N或NO2--N作为电子受体进行呼吸作用[3],这打破了传统反硝化作用只能在厌氧条件下进行的观点,好氧反硝化使得同步脱氮体系的构建成为可能.

近年来,国内外对异养硝化-好氧反硝化菌的研究取得了一定成果,能够异养硝化-好氧反硝化的菌属有人苍白杆菌(Oobactrumanthropi)[6]、粪产碱菌(Alcaligenesfaecalis)[7]、假单胞菌(Pseudomonas)、泛养硫球菌(Thiosphaerapantotropha)[10]、芽孢杆菌(Bacillus)[11]、不动杆菌(Acinetobacter)[12]、雷氏普罗威登斯菌(Providenciarettgeri)[13]和嗜吡啶红球菌(Rhodococcuspyridinivorans)[14]等.

与自养硝化菌和厌氧反硝化菌相比,异养硝化-好氧反硝化菌具有世代周期短、生长迅速、可耐受低溶解氧和高有机负荷、对环境的适应能力强的特点[15],使其在污水处理方面很有前景.不同的异养硝化-好氧反硝化菌对氮素的去除能力不同,有些去除NH4+-N能力强,有些去除NO2--N和NO3--N能力强,因此,可以利用菌群之间共生、协同等作用提高水体中氮素的去除率.

司文攻等对筛选的多株异养硝化菌进行简单混合,初步研究了复合菌株在异养硝化过程中对NH4+-N的去除率,但并没有进一步研究菌株之间的协同与竞争,也未对复合菌株的反硝化脱氮特性进行研究.该研究以筛选出的高效异养硝化-好氧反硝化菌为对象,考察单菌株和复合菌株的脱氮特性,探讨混合异养硝化-好氧反硝化菌群之间的协同竞争,以期丰富生物脱氮理论并且为提高污水脱氮效率提供一定的技术参考.

1材料与方法

1.1菌源

试验污泥取自广州市大坦沙污水处理厂A2/O工艺,分别用异养硝化和好氧反硝化培养基通过平板划线的方式得到三株异养硝化-好氧反硝化菌XH02、XH03和FX03.

1.2培养基

异养硝化培养基(g/L):(NH4)2SO40.50g,柠檬酸三钠3.46g,维氏盐溶液50mL,C/N=8,加水溶解,补充蒸馏水至1L,pH=7.5.

好氧反硝化培养基(g/L):KNO30.77g,柠檬酸三钠3.46g,维氏盐溶液50mL,C/N=8,加水溶解,补充蒸馏水至1L,pH=7.5.

维氏盐溶液(g/L)[18]:K2HPO45.0g,MgSO4˙7H2O2.5g,NaCl2.5g,MnSO4˙4H2O0.05g,FeSO4˙7H2O0.05g.

LB培养基(g/L):蛋白胨10.0g,NaCl10.0g,牛肉膏3.0g,加水溶解,补充蒸馏水至1L,pH=7.5,用于菌株活化.

以上所有培养基均在0.11MPa、121℃下灭菌30min,冷却后备用.

1.3试验方法

1.3.1菌株的系统发育分析

菌株XH02、XH03和FX03基因组DNA的提取以及16SrDNA的PCR扩增和测序均由上海生工生物工程技术服务有限公司完成.将其基因序列提交至GenBank进行Blast检索,然后用MEGA6.0软件,以Neighbor-Joining法构建系统发育图.

1.3.2异养硝化和好氧反硝化特性的测定试验

种子培养液:挑取XH02、XH03和FX03单菌落分别接种于装有100mLLB培养基的250mL锥形瓶中,30℃、150r/min下摇床振荡培养8h,取出10mL菌悬液以4000r/min离心5min,弃去上清液,取5mL无菌水将细菌混匀洗涤一遍,再离心,弃去上清液,取2mL无菌水,将留在离心管底部菌体悬浮混匀后全部转移到装有50mL无菌水的100mL锥形瓶中,混匀,作为菌株的种子培养液.

生物脱氮技术

菌株组合方案:在无菌条件下分别取各菌株的种子培养液,按表1所示方案中对应的接种量分别接种于异养硝化和好氧反硝化培养基中,于30℃、150r/min下培养72h,每隔12h检测培养液中菌体生长量(A600)、ρ(TN)、ρ(NH4+-N)、ρ(NH2OH)、ρ(NO3--N)和ρ(NO2--N)的变化,测定ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)、ρ(NO2--N)和ρ(NH2OH)时,均用经离心后细菌培养液的上清液,测定ρ(TN)时则用细菌悬浊液.

延伸阅读:

ABR厌氧氨氧化反硝化协同脱氮除碳研究

如何利用好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化?

反硝化滤池在某工业园区污水处理厂的中试研究

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