高效亚硝酸型反硝化菌生长特性及脱氮研究

第49卷第2期2009年3月大连理工大学学报JournalofDalianUniversityofTechnologyVol.49,No.2Mar.2009文章编号:100028608(2009)0220180207高效亚硝酸型反硝化菌生长特性及脱氮研究张云霞,周集体3,袁守志(大连理工大学环境与生命学院,辽宁大连116024)摘要:采用定向筛选法,对反硝化污泥进行驯化和富集,得到了富含亚硝酸型反硝化菌的混合菌体.采用批式试验考察了不同环境因子对该菌体生长和脱氮速率的影响,构建了亚硝酸盐降解动力学模型,初步探讨了菌体在填料床生物膜反应器中的脱氮性能.结果表明,该菌体属于兼性厌氧菌,只有在氧缺乏的环境下才能发生反硝化作用;最适的生长和脱氮条件是以柠檬酸三钠为碳源,ρ(TOC)∶ρ(N)=4,温度30℃,pH=9.菌体在此条件下具有很高的活性,比脱氮速率达0.25h-1,是相关文献报道的6～10倍;具有较强的耐盐特性,可耐受13%的盐浓度;在填料床生物膜反应器中运行稳定,具有较强的抗碳氮源冲击负荷的能力.本研究有利于促进新型短程硝化反硝化工艺的实施以及解决传统反硝化过程中亚氮积累的问题.关键词:生物脱氮;亚硝酸型反硝化菌;比脱氮速率;亚硝酸盐降解动力学中图分类号:X172文献标志码:A收稿日期:2007202219;修回日期:2009201206.作者简介:张云霞(19802),女,博士生;周集体3(19562),男,教授,博士生导师.0引言近年来,氮素给环境造成的污染问题日益突出,其危害也日益被人们所认识和重视.各国研究人员采用不同的方法来处理含氮废水.生物脱氮技术是处理含氮废水的最有效方法[1、2],其中短程硝化反硝化生物脱氮比传统的生物脱氮工艺可节约40%碳源和25%能源、30%～40%的反应器体积,具有污泥产量低、占地面积少等优点,越来越受到国内外专家的重视,并成为污水生物脱氮技术研究领域的热点[3、4].短程硝化实现了亚硝酸盐的积累,而要使亚硝酸盐不发生硝化反应而直接还原至氮气,创造有利于亚硝酸型反硝化菌生长的条件是实现这一过程的关键.此外,在传统的活性污泥系统进行反硝化过程中经常发现具有毒性作用的NO-2积累.导致亚氮积累的机制主要是:(1)亚硝酸盐和硝酸盐还原酶活性的不平衡;(2)O2、NO-2和NO-3对亚硝酸盐还原酶的抑制;(3)环境条件有利于选择仅仅将硝酸盐氮还原至亚硝酸盐的微生物[5].因此,亚硝酸盐的还原反应在废水的反硝化过程中发挥了重要作用.目前为止,已分离出60多种反硝化菌,主要分布于3个属:Pseudomonas、Alcaligenes和Bacillus[6],大多数为兼性厌氧菌.对反硝化微生物的研究主要集中于以硝酸盐氮为电子受体的反硝化菌,对亚硝酸型反硝化菌集中在功能基因(nirS和nirK)的研究[7、8],而对可以耐受高浓度亚硝酸盐的反硝化菌的特性知之甚少.为弥补这一不足,本文采用定向筛选法驯化得到高效的亚硝酸型反硝化菌,优化影响亚硝酸型反硝化的环境因子,构建亚硝酸盐氮降解动力学模型,以期为短程硝化反硝化工艺的应用以及传统反硝化过程中亚氮积累问题的解决提供技术参数.1材料和方法1.1菌种的驯化待驯化的污泥取自本实验室一体式生物脱氮反应器的缺氧池,污泥为黑色,呈絮状,有臭味,泥水比为1∶5.采用定向筛选法对反硝化污泥进行驯化和富集,在100mL血清瓶中加入富集培养基,灭菌后接种10%的待驯化污泥,胶塞密封,30℃培养箱静置培养7d左右,再取1mL培养液转入新鲜培养基中,如此反复,经过1个多月的连续驯化,得到了以亚硝酸盐为最终电子受体的亚硝酸型反硝化菌为试验菌体.1.2培养基1.2.1富集培养基NaNO21g/L,三水乙酸钠2.2g/L,K2HPO40.5g/L,MgSO4·7H2O0.4g/L,NaCl1.0g/L,pH7.2～7.4.1.2.2脱氮实验培养基NaNO20.5g/L,二水柠檬酸三钠2.45g/L,K2HPO40.5g/L,MgSO4·7H2O0.4g/L,NaCl10g/L,pH7.2～7.4.1.3环境因子对菌体生长的影响采用批次试验法,试验开始时,向100mL血清瓶中加入100mL不同条件下脱氮实验培养基,接种两环菌液,胶塞密封,30℃培养箱中静置培养.然后定时取样分析菌体浓度,取线性部分[9]计算生长速率.1.4环境因子对脱氮速率的影响采用批次试验法,试验开始时,向100mL血清瓶中加入100mL不同条件下脱氮实验培养基,接种0.1g湿菌体,胶塞密封,30℃培养箱中静置培养.然后定时取样分析NO-22N浓度和菌体浓度,取线性部分[9]计算脱氮速率.1.5生物脱氮速率的测定[10]采用N(12萘基)2乙二胺光度法,用分光光度计测定单位时间内NO-22N浓度的降低量,pH的测定采