论文部分内容阅读
我国地表水源水中普遍存在氨氮超标问题,新的国家生活饮用水卫生标准(GB5479-2006)对氨氮限值提出了更高的要求。我国大部分地区冬季水源水温度低(1~6°C),尤其是黑龙江省,冬季水温低至1~2°C。尽管折点氯化法可以去除水中氨氮,但由于大量使用氯,增加了制水成本,同时也提高了消毒副产物产生风险,因而影响供水安全性。传统生物硝化法具有成本低,便于操作等优点,但是受低温影响,难以在低于10°C条件下发挥作用。异养硝化菌具有去除氨氮功能,且相对自养硝化菌而言对温度变化适应性强,因此研究利用异养硝化菌的这一特性,可为采用生物法去除低温水中氨氮提供新途径。本文从冬季松花江水中分离并获得了24株低温异养硝化菌,在研究它们去除氨氮能力的试验中发现,其中一株低温异养硝化菌HITLi 7T可在2°C水温条件下对氨氮仍有转化作用。该菌体细胞呈短杆状(0.7~1.3μm×0.8~1.4μm),菌落呈乳白色,圆形,不透明,稍凸,边缘整齐,易挑起,革兰氏阴性;HITLi 7T不能在37°C生长,不能水解明胶,不能利用己二酸和苯甲酸作为唯一碳源,可以同化β-丙氨酸和丙二酸;主要脂肪酸为C18:1ω9c(41.92%)和C16:1ω7c(32.97%),还含有少量的C10:0(2.98%)、C12:0(3.37%)、C12:0 3OH(3.90%)、C16:0(7.11%)、C18:0(2.41%)和C18:1ω7c(4.82%);HITLi 7T的G+C%为45.5 mol%,16S r DNA与不动细菌属内其他菌种的相似性为93.5~98.1%。gyr B和rpo B的相似度不到85%,与Acinetobacter lwoffii的DNA-DNA杂交值为36.2%,与Genomic sp.6ATCC17979的杂交值为25.5%。以上结果证实了菌株HITLi 7T为不动杆菌属新菌种,根据国际命名法则,定名为Acinetobacter harbinensis(哈尔滨不动细菌)。HITLi 7T作为哈尔滨不动细菌的模式菌株,已提交至中国普通微生物菌种保藏管理中心(China General Microbiological Culture Collection Center,CGMCC)和韩国典型培养物保藏中心(Korean Collection of Type Culture,KCTC)进行保藏。保藏编号分别为CGMCC 1.12528和KCTC 32411。应用PCR技术从低温异养硝化新菌种HITLi 7T细胞内扩增出了amo A(氨单加氧酶基因)、hao(羟胺氧化酶基因)和nap A(周质硝酸盐还原酶亚基基因)基因;采用硝酸盐还原法测定了NAP(周质硝酸盐还原酶)活性;应用阴离子交换层析和凝胶过滤层析法,分离纯化出了AMO(氨单加氧酶)和HAO(羟胺氧化酶)。HITLi 7T的AMO为分子量31 k Da的单体蛋白,在4~15°C可保持较高活性;HAO是分子量约为61 k Da的单体蛋白,在温度15°C、p H值为7.5酶活性最高,利用铁氰化钾作为电子受体,代表性氨基酸序列为LPSGLYQFR、VTVPHEDFIAK和SEFGPLPDQSMHEK。AMO和HAO对低温异养硝化新菌种HITLi 7T的氨氮转化起关键作用。以人类可能接触低温异养硝化新菌种HITLi 7T量的1000倍(1550 mg/kg),通过腹腔注射方式,接触清洁级6周龄ICR小白鼠,15 d后,小白鼠的体重、生长状态、器官发育、血液指标均正常,新菌种HITLi 7T对生物体无强感染性和毒性;以500mg/kg·d的新菌种量经口喂养小白鼠,90 d后,小白鼠生长状况、血液指标、器官指标均正常,且繁殖2代,低温异养硝化新菌种HITLi 7T对生物体无潜在危害,且无致畸性;对新菌种HITLi 7T及其代谢物进行Ames试验,结果表明,新菌种无致突变风险。以上结果证实,低温异养硝化新菌种HITLi 7T是安全的。采用新菌种HITLi 7T(哈尔滨不动细菌)开展了去除地下水中氨氮的工程化应用研究,针对黑龙江省某地下水净化厂(10000 m3/d)受高氨氮污染的地下水,将新菌种HITLi 7T负载于锰砂和无烟煤滤料上,构建了生物增强滤池。在进水水温6~8°C,进水氨氮浓度0.8~3.6 mg/L条件下,生物增强工艺对氨氮的去除率稳定于90%以上,最高去除率为99.1%,处理后出水指标完全符合国家饮用水卫生标准。应用扫描电镜技术,在无烟煤和锰砂滤料上观察到了稳定的生物膜。采用脱氢酶法测定了生物活性,运行234 d后,一级滤池滤料上的生物活性达167.66 mg/L/g炭和105.61 mg/L/g炭,二级滤池滤料上的生物活性达96.94 mg/L/g炭和87.59 mg/L/g炭。通过PCR-DGGE分析菌群结构,发现低温异养硝化新菌种HITLi 7T可以与土著菌共存,在滤池中形成了稳定的菌群结构,说明新菌种对低温水源水中氨氮去除起显著强化作用。通过以上研究,获得了可在低温下转化氨氮的异养硝化新菌种HITLi 7T(哈尔滨不动细菌),并从其中分离纯化出了低温AMO和HAO,将新菌种HITLi 7T用于处理受高氨氮污染的地下水源水,其在低水温下对氨氮具有很好的去除能力,以上研究结果为采用生物法去除低温水源水中的氨氮提供了理论依据和新的技术途径。