雷氏普羅威登斯蓖YL和糞產(chǎn)堿桿菌NR異養(yǎng)脫氮性能及機(jī)制研究.pdf

1、從具有高效同步硝化反硝化功能的膜生物反應(yīng)器中分離出2株具有脫氮性能的異養(yǎng)型菌株,分別命名為YL和NR。經(jīng)過生理生化及16SrRNA鑒定,其分別屬于雷氏普羅威登斯菌(Providencia rettgeri)和糞產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes faecalis)。這2株菌的基因序列已提交GenBank,其基因序列登陸號分別為FJ151630和FJ151629。
　　 雷氏普羅威登斯菌YL和糞產(chǎn)堿桿菌NR都能以有機(jī)碳為碳源,在好氧

2、的條件下將氨氮最終轉(zhuǎn)化為氣態(tài)產(chǎn)物,從而實(shí)現(xiàn)氨氮的一步脫除。這種由異養(yǎng)菌在好氧條件下完成的從NH4+或有機(jī)氮到氣態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程,我們將其定義為異養(yǎng)脫氮(Heterotrophic nitrogen removal,簡稱HNR)。論文以國家自然科學(xué)基金項目(No.20676078)為背景,系統(tǒng)地考察了這2株異養(yǎng)菌的生長及脫氮性能,并通過對代謝氨氮過程中的中間產(chǎn)物和其中的一些關(guān)鍵酶的研究,初步探討了存在于這2株異養(yǎng)菌中的異養(yǎng)脫氮途徑。有關(guān)雷氏

3、普羅威登斯菌屬的脫氮性能還未見報道。通過研究發(fā)現(xiàn)生物脫氮可能存在一種不同于傳統(tǒng)生物脫氮途徑的脫氮新途徑,即:NH4+→NH2OH→N2O→N2。這一脫氮途徑與傳統(tǒng)脫氮途徑不同之處在于氨氮在好氧的條件下經(jīng)由羥胺向氣態(tài)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化。而在傳統(tǒng)的生物脫氮途徑中,氨氮是經(jīng)由亞硝酸鹽,在厭(缺)氧的條件下向氣態(tài)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的。這一好氧條件下脫氮新途徑的發(fā)現(xiàn),改變了傳統(tǒng)生物脫氮的固有模式,為進(jìn)一步研究自然界的氮素循環(huán),探索好氧條件下異養(yǎng)菌株的脫氮機(jī)制,開發(fā)新

4、型污水處理工藝打下基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)從非自養(yǎng)性、異養(yǎng)性、脫氮性、好氧性和氮平衡等多方面證明了雷氏普羅威登斯菌YL和糞產(chǎn)堿桿菌NR具有異養(yǎng)脫氮的性能。在30℃和120 rpm的好氧條件下,雷氏普羅威登斯菌YL以葡萄糖為碳源,糞產(chǎn)堿桿菌NR以檸檬酸三鈉為碳源,對不同濃度的NH4+-N均有良好的去除效率。當(dāng)NH4+-N濃度分別為20、40、60、180、240和300 mg/L時,菌株YL對TN的去除率分別為98.

5、3％、98.1％、98.4％、97.8％、95.1％和87.2％；菌株NR對‘TN的去除率分別為91.9％、80.5％、80.6％、81.5％、81.0％和80.1％。
　　 (2)由氮平衡可知,雷氏普羅威登斯菌YL能將絕大部分的NH4+-N轉(zhuǎn)化成生物氮和氮?dú)?；糞產(chǎn)堿桿菌NR能將絕大部分的NH4+-N轉(zhuǎn)化成生物氮、硝酸鹽氮和氮?dú)?。?dāng)初始NH4+-N濃度分別為180、240和300 mg/L時,菌株YL通過異化作用去除的NH4+-

6、N的比例分別為44.6％、52.2％和55.8％,通過同化作用去除的NH4+-N的比例分別為46.7％、39.9％和33.9％。當(dāng)初始NH4+-N濃度分別為180、240和300 mg/L時,菌株NR轉(zhuǎn)化成N2的NH4+-N的比例分別為29.1％、30.9％和33.4％,轉(zhuǎn)化成生物氮的NH4+-N的比例分別為53.5％、47.3％和40.6％,轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮的NH4+-N的比例分別為14.5％、18.0％和18.5％。
　　 (

7、3)雷氏普羅威登斯菌YL在以葡萄糖為碳源,C/N比為10,溫度為30℃,pH值為7.0,轉(zhuǎn)速為l20 rpm時,取得了較高的脫氮效率。Mg2+對菌株YL生長和脫氮的貢獻(xiàn)最大,Mn2+次之。糞產(chǎn)堿桿菌NR在以檸檬酸三鈉為碳源,C/N比為10,溫度為30℃,pH值為7.0～8.0,轉(zhuǎn)速為90～120 rpm時,取得了較高的脫除效率。Mg2+對菌株NR生長和脫氮的貢獻(xiàn)最大,Zn2+次之。
　　 (4)雷氏普羅威登斯菌YL存在硝酸鹽還原

8、酶和亞硝酸鹽還原酶。在好氧的條件下,硝酸鹽還原酶的平均酶活力為0.13 U,酶比活力為0.031U/mg protein；亞硝酸鹽還原酶的平均酶活力為0.15 U,酶比活力為0.041U/mg protein。糞產(chǎn)堿桿菌NR在好氧的條件下不能利用亞硝酸鹽和硝酸鹽,也檢測不到酶活力；但能測到羥胺氧化酶的平均酶活力為0.063 U,酶比活力為0.016U/mg protein。
　　 (5)雷氏普羅威登斯菌YL對NH4+的利用途徑: