一株异养硝化好氧反硝化菌的筛选和脱氮性能研究

作者：徐然、黄家鑫 环境学院

指导老师：王慧 环境学院

关键词：生物脱氮，异养硝化，好氧反硝化

摘要

微生物原位修复脱氮是目前重要的修复技术，具有见效时间短、成本低等优点，而高效的菌种资源对脱氮效率的增加至关重要，因此筛选优质的微生物菌种并对其应用效果进行评价具有重要意义。异养硝化好氧反硝化菌由于生长速率快，能在有氧条件下去除水体中的氨氮和硝态氮，而受到关注。本课题组从污水处理厂活性污泥中，以柠檬酸钠为碳源，分别以氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮为唯一氮源，富集并筛选出了39株菌株，从中筛选出一株同时具有硝化和反硝化能力且脱氮效果最好的菌株39号进行进一步的研究。该菌株为革兰氏阴性菌，为假单胞菌。该菌株在好氧条件下24h能将100mg/L硝酸盐氮去除71.3%，16h内能将50mg/L硝酸盐氮去除90%以上。若以氨氮作为单一氮源，当氨氮浓度为84.2mg/L时，处理24小时后，去除率为58.2%，去除速率达2.04mg/( L·h)，没有硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的大量积累。当氨氮浓度为40mg/L时，处理16小时后，去除率可达85.3%。该菌株生长迅速，生长16h可达到生长稳定期。上述研究结果表明，该菌具有异养硝化好氧反硝化能力，有望运用于同步硝化反硝化过程。后续可对已有实验进行补充，并对该菌的脱氮条件及其处理实际污水的脱氮效果进行深入研究。

菌株的筛选

取污水处理厂活性污泥，分别用以氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮为唯一氮源的培养液富集三代后，稀释接种到筛选培养基上。根据反硝化反应显酸性的特征，通过光圈大小，选择菌落50个，转移到纯化培养基中，经过5次划线纯化，得到39株菌株。

图1 菌株的培养与纯化

   将39株菌株分别接种到以氨氮为氮源的培养液中，培养足够长的时间，测定培养液中氨氮浓度，选择氨氮去除效果最好的10株，测定其亚硝酸盐氮浓度和硝酸盐氮浓度，确认两种无机氮没有大量积累，选择去除率最高的一
株菌，为39号细菌，进行菌种鉴定。发现其为假单胞菌，为革兰氏阴性菌。

图2 菌株的筛选

图3 系统发育树

图4 细菌的电镜照片

定量测定该菌对硝酸盐氮的脱氮效果

令该细菌在以硝酸盐氮为唯一氮源的培养基中生长。初始硝酸盐氮浓度为100mg/L左右，培养24小时后硝酸盐氮浓度降低28.7mg/L,去除率达到71.3%，但亚硝酸盐氮产生了积累，最后没有消减，推测可能为亚硝酸盐氮积累较多产生毒性。COD值由2358.5mg/L降低至1694mg/L，去除率达28.2%。

仅将硝酸盐氮浓度降低一半进行实验，发现16小时后硝酸盐氮浓度降低至5mg/L以下,去除率达到90%以上，没有产生亚硝酸盐氮的积累，COD值由2859.5mg/L降低至688.825mg/L，去除率达75.9%。可见该细菌很可能不适于处理高浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。

图5 对高浓度硝酸盐氮脱除

图6 对低浓度硝酸盐氮脱除

定量测定该菌对氨氮的脱氮效果

令该细菌在以氨氮为唯一氮源的培养基中生长。在培养24h后，氨氮浓度从84.2mg/L降低至35.2mg/L，去除率达到58.2%，没有硝酸盐和亚硝酸盐的大量积累。COD值从2627mg/L降低至1802.5mg/L，去除率达到31.4%。将氨氮浓度降低一半进行实验，发现在培养16h后氨氮浓度从40mg/L降低至5.86mg/L，去除率达到85.3%，COD值从3032.5mg/L降低至711.05mg/L，去除率达到76.6%。可见该菌株对氨氮的脱除效果较好，有继续研究的价值。

图7 对高浓度氨氮的脱除

图8 对低浓度氨氮的脱除