好氧反硝化细菌Acinetobacter haemolyticus ZYL的脱氮性能及其代谢机理研究

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大量硝酸盐氮的废水排放会引起水体富营养化、危害人体健康。因此废水中硝酸盐氮的去除问题亟需解决。生物脱氮技术是目前应用最广泛的含氮物质去除方法。传统的生物法高效脱氮的关键是在于好氧和缺氧条件下连续暴露的废水,而完全除去废水中的溶解氧(DO)来保证严格的缺氧环境这一点是难以完成的。好氧反硝化的发现,使硝化和反硝化发生在单一好氧条件下得以实现,有效地解决了传统生物脱氮对厌氧和缺氧环境条件的严格要求,已成为当前的研究热点。然而,好氧反硝化细菌即使属于同一菌属,其脱氮性能也可能存在差异。因此,好氧反硝化菌的分离及其脱氮性能研究工作仍需继续加强,为随后在实际废水处理中的应用提供理论基础。
  本研究从太原某污水处理厂收集的活性污泥中分离纯化获得一株好氧反硝化菌,命名为ZYL。首先通过菌落形态观察、革兰氏染色和16S rDNA序列分析等方法来鉴定菌种;其次采用单因素实验对菌株的好氧反硝化性能进行优化;然后从氮源利用、产气性能和氮平衡三个方面进一步了解菌株ZYL的脱氮性能;最后,通过对菌株ZYL脱除硝酸盐氮过程中的反硝化关键酶活性和基因进行分析,推断出菌株的反硝化路径。本研究的主要结论如下:
  (1)从活性污泥中分离纯化获得出一株好氧反硝化细菌,命名为ZYL。通过菌落形态观察、革兰氏染色、16S rDNA序列分析对菌株ZYL进行鉴定,结果表明菌株ZYL归属于溶血性不动杆菌属(Acinetobacter haemolyticus)。
  (2)菌株ZYL最佳脱氮条件:碳源为丁二酸钠、C/N为20、初始pH为7、温度为30?℃和转速为120rpm;菌株ZYL的生长随着初始硝酸盐浓度的逐渐增加而变化不大,但硝酸盐氮的降解效率却呈逐渐降低的趋势。
  (3)菌株ZYL以硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮为唯一氮源进行培养时均有氮气的产生。氮平衡实验结果进一步表明以硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮为唯一氮源时分别有62.23%、62.93%和64.81%的初始氮源转化为胞内氮,同时分别伴有34.41%、33.23%和32.50%的氮损失,推测主要以氮气等气态氮的形式逸出了,这表明菌株能够进行好氧反硝化和异养硝化。
  (4)硝酸盐氮降解过程中硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性均呈现先增大后减小的趋势,最大酶活力分别为0.16和0.15U/mg proteins;并从菌株ZYL的基因组中成功扩增出napA和nirS,从酶活和基因水平上证明了菌株ZYL的好氧反硝化性能。
  (5)综合分析菌株ZYL的好氧硝酸盐降解性能、产气性能、氮平衡结果、关键酶活性和反硝化基因扩增结果,推断出菌株ZYL好氧硝酸盐氮脱除路径为通过亚硝酸盐氮最终转化为氮气。
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