高效好氧反硝化菌筛选及固定化运行效能研究.pdf

摘要

好氧反硝化是一种在有氧条件下进行反硝化的生物还原过程，但作为生物

反硝化的一种，该技术对碳源量的需求高，存在亚硝酸盐易积累及总氮去除率

不高等缺点，因此寻求高效的好氧反硝化菌株十分有必要。目前，好氧反硝化

仅停留在实验室纯菌培养，其在工程应用中受限。本研究筛选出了一株高效的

好氧反硝化菌株，并将其固定在一种块状海绵上，以期望克服好氧反硝化的常

见缺点从而实现小试规模反应器的好氧反硝化过程。

采用基于碳源逐步减少的反硝化菌筛选方法，从污泥中分离出了一株脱氮

效果最好的好氧反硝化菌株（PseudomonasmendocinaHITSZ-D1），之后探究了

6种常见的环境因子对菌株生长及脱氮的影响。试验表明，HITSZ-D1具备很强

的环境适应性，最适宜的生长及脱氮条件为：柠檬酸钠为碳源，C/N比为8，温

度35℃，转速120rpm，中性pH，盐度0.4%，有效克服了好氧反硝化菌株的常

见缺点（所需C/N比较低，没有亚硝酸盐积累，TN去除96%）。

探究了HITSZ-D1对不同氮源的代谢速率和代谢模式，并与三种常见好氧

反硝化菌株（脱氮副球菌、恶臭假单胞菌和铜绿假单胞菌）进行反硝化效能和

酶活力对比。试验表明，HITSZ-D1对三种无机氮及其组合均具备极高的代谢能

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力；对NH-N的代谢模式为100%生物同化，对NO-N或NO-N为2/3生物同

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化、1/3生物异化，并且同化优先顺序为：NH-NNO-NNO-N，异化优先

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顺序为：NO-NNO-N；菌株可能存在的好氧反硝化路径为：NO-N→NO-

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N→NO→NO→N。此外，HITSZ-D1的反硝化效能及相关酶活力显著高于其余

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三种好氧反硝化菌株。以上结果进一步证明了HITSZ-D1的好氧反硝化高效性。

通过改变生物炭添加量制备了一种块状海绵，用于HITSZ-D1的固定化以

便更好地进行小试规模的好氧反应器运行，考察不同生物炭添加量的海绵对菌

株的吸附及反硝化强化效果，探究投加菌株固定化后的块状海绵对于反应器长

期运行的脱氮稳定性、微生物群落和反硝化基因表达的影响。试验表明，9%的

生物炭添加量最有助于提升块状海绵对菌株的吸附性能，最有助于块状海绵促

进菌株的反硝化效能；投加HITSZ-D1固定化后的块状海绵可以将连续流反应

器的TN去除率提升至85%以上，显著提升了鞘氨醇单胞菌属的丰度，极大地

促进了5种反硝化基因的表达，有效缓解了低温带来的亚硝酸盐积累，因此充

分展现了HITSZ-D1菌株和块状海绵在实际好氧反硝化运行方面的潜力。

关键词：好氧反硝化；门多萨假单胞菌；氮代谢；低C/N比；块状海绵

Abstract

Aerobicdenitrificationisabiologicalreductionprocessofdenitrificationunder

aerobicconditions.However,asakindofbiologicaldenitrification,thistechnology

hasahig