王驍靜,于德爽,李 津,都松東,周 同,吳國棟

(青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266071)

海洋異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌y6同步脫氮除碳特性

王驍靜,于德爽,李 津*,都松東,周 同,吳國棟

(青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266071)

從膠州灣海底沉積物中分離篩選出一株異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌株y6,通過菌株y6的形態(tài)以及生理生化特性和16S rRNA基因序列的分析,鑒定該菌株屬于克雷伯氏菌屬(Klebsiella sp.).在不同的環(huán)境條件下,測定菌株y6的生長情況和脫氮能力,研究其同步脫氮除碳特性.實驗結(jié)果表明,菌株y6的最佳碳源為檸檬酸三鈉,最適宜pH值為7.0,最適合的C/N為17.菌株y6在以NH4Cl、KNO3和NaNO2為唯一氮源的反應(yīng)系統(tǒng)中均有較好的脫氮效果,去除率分別為99.67%、100%、99.20%.菌株y6在脫氮的同時能高效地去除有機(jī)物,COD的去除率分別為82.17%、95.75%和97.83%.菌株y6在硝化過程中沒有亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的積累.在按不同比例混合氮源的反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi),首先進(jìn)行的是硝態(tài)氮的好氧反硝化,隨后進(jìn)行的是氨氮、亞硝態(tài)氮和COD的去除.在有亞硝態(tài)氮存在時氨氮的去除率略低,亞硝態(tài)氮會影響y6的異養(yǎng)硝化過程,異養(yǎng)硝化對好氧反硝化過程沒有影響.

異養(yǎng)硝化-好氧反硝化；海洋菌株；克雷伯氏菌y6；同步脫氮除碳

隨著社會的發(fā)展,水污染的防治越來越受到人們的重視.如何解決氮元素過剩所引起的水體富營養(yǎng)化是治理水污染的重要方面.隨著科技的進(jìn)步,生物脫氮以其高效、經(jīng)濟(jì)、簡便的特性,已經(jīng)成為去除水中氮元素的主要手段.但是,傳統(tǒng)的生物脫氮分為好氧硝化階段和缺氧反硝化階段,要求在兩個反應(yīng)器中進(jìn)行,建設(shè)成本高[1],而且自養(yǎng)硝化菌的成長速度緩慢.近年來, 通過發(fā)現(xiàn)具有異養(yǎng)硝化—好氧反硝化特性的菌株(Paracoccus pantotrophusATCC 35512),而提出異養(yǎng)硝化—好氧反硝化菌的概念[2].在之后的時間里,越來越多的類似這種性質(zhì)的菌株被發(fā)現(xiàn).HN-AD菌具有生長速度快、同步脫氮除碳、在一個反應(yīng)器中完成硝化和反硝化兩個過程、占地面積少等特點[3],引起國內(nèi)外的重視,成為研究的熱點.

目前,工業(yè)排放的含氮廢水鹽度都較高,高鹽度使得微生物中脫氫酶的活性下降[4],影響微生物的生長代謝,滲透壓升高會導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)壁分離甚至破裂死亡.現(xiàn)階段國內(nèi)外主要從地表水、土壤和生活工業(yè)廢水中分離出HN-AD菌,研究較多的是在低鹽廢水中HN-AD菌的生長以及同步脫氮除碳特性,對高鹽環(huán)境中的HN-AD菌鮮有報道[5].因此,本實驗研究在海洋條件下微生物的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化脫氮特性更具有現(xiàn)實意義.

本研究從膠州灣海底沉積物中分離篩選了一株海洋HN-AD菌y6.對其形態(tài)、生理生化以及16S rRNA序列進(jìn)行了研究分析.考察了在海水環(huán)境中菌株y6生長的最佳碳源、pH值以及C/N,并分析了在單一和混合氮源環(huán)境下的同步脫氮除碳效果,以期豐富高鹽條件下的生物脫氮除碳機(jī)制,為高鹽廢水生物處理的實際應(yīng)用提供了理論依據(jù)和支持.

1 材料與方法

1.1 菌株來源、培養(yǎng)基和細(xì)菌鑒定

菌株來源、培養(yǎng)基的配制以及細(xì)菌鑒定實驗方法參照本實驗室近年來的研究成果[6],在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn).HN-AD培養(yǎng)基:KH2PO40.2g,K2SO40.1g,NH4Cl 0.19g,KNO20.36g,檸檬酸三鈉 6.944g,微量元素溶液Ⅰ、Ⅱ各1.25mL,海水1000mL,pH 7.0.在相應(yīng)實驗中,對HN-AD培養(yǎng)基中的碳源和氮源做出相應(yīng)的調(diào)整.

1.2 影響菌株y6的生長因素

本實驗選擇的生長因素為碳源、初始pH值和C/N 3項,碳源分別為乙酸鈉、丁二酸鈉、檸檬酸三鈉、蔗糖和葡萄糖,初始pH值設(shè)為5.0、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9,C/N(培養(yǎng)基中COD與總氮的比)為1、5、9、13、17、21、25.設(shè)置NH4Cl和KNO3的初始量為50mg/L,總氮為100mg/L.以HN-AD培養(yǎng)基為基礎(chǔ),設(shè)置單一變量,碳源為檸檬酸三鈉,初始pH值為7,C/N為17.將處于對數(shù)生長期的活化菌液按照8%的接種量(吸取8mL)接種到經(jīng)過高溫滅菌的液體培養(yǎng)基中.置于氣浴恒溫振蕩器(轉(zhuǎn)速140r/min,溫度30℃)中,培養(yǎng)20h后檢測培養(yǎng)基中菌體的生長量(OD600),以及NH4+_N、NO2-_N、NO3-_N和COD的含量.考察不同生長因素對菌株y6脫氮效果的影響,選出適宜菌株y6生長的最佳碳源、初始pH和C/N.

1.3 菌株y6的脫氮特性研究

依照HN-AD培養(yǎng)基,選碳源為檸檬酸三鈉,初始pH值為7.0,C/N為17,配菌株y6的脫氮性能培養(yǎng)基.分別設(shè)置單一氮源系統(tǒng)和混合氮源系統(tǒng),考察菌株y6的HN-AD能力.

菌株y6的脫氮性能實驗設(shè)計如表1:

表1 菌株y6的脫氮性能實驗設(shè)計Table 1 The experimental design on denitrification performance of strain y6

1.4 分析方法

NH4+_N:鈉氏試劑分光光度法;NO2-_N: N-(1-萘基)乙二胺分光光度法;NO3-_N:麝香草酚分光光度法;菌體生長量(OD600):測定菌液在600nm波長時的吸光度值;pH值和ORP使用WTW pH/Oxi340i/SET測定;COD:堿性高錳酸鉀法.3次重復(fù)實驗取平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 菌株形態(tài)特征與生理生化鑒定

菌株y6在分離和生長固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)15h后,形成的菌落呈乳白色,不透明,邊緣整齊,表面隆起,易挑取.菌株y6大小為1.1μm×0.7μm,為短桿菌,沒有鞭毛和芽孢.菌株y6的生理生化鑒定結(jié)果可知,菌株y6氧化酶反應(yīng)陰性,水解酶反應(yīng)、甲基紅實驗以及吲哚實驗均呈現(xiàn)陽性.生理生化指標(biāo)與摩根氏菌有99.93%的相似性.對于鳥氨酸、葡萄糖、丙二鹽、色氨酸等大分子有機(jī)底物,該菌株y6均能進(jìn)行水解利用,說明菌株y6有相應(yīng)的酶系統(tǒng).

2.2 y6菌株16S rRNA測序及系統(tǒng)發(fā)育分析

對菌株y6測序獲得長度為1416bp的部分16S rRNA序列.將所得的菌株序列提交至GenBank中通過Blast檢索,應(yīng)用MEGA6軟件,以Neighbor-joining 法繪制系統(tǒng)發(fā)育樹,從菌株y5的系統(tǒng)發(fā)育樹上可以看出,菌株y6與多株Klebsiellasp. 16S rRNA 的相似性達(dá)99%,結(jié)合菌株的形態(tài)特征和生理生化特性,可初步確定菌株y6屬于克雷伯氏菌屬(Klebsiella sp)[7].

2.3 菌株脫氮過程中生長因素的研究

2.3.1 碳源對菌株脫氮特性的影響 如表2,當(dāng)乙酸鈉、丁二酸鈉、檸檬酸三鈉、蔗糖和葡萄糖分別作為HN-AD培養(yǎng)基的唯一碳源時,菌株y6均正常生長并且有一定的脫氮能力.菌株y6在以乙酸鈉為碳源時的生長量(OD600)最大,丁二酸鈉和檸檬酸三鈉次之,蔗糖和葡萄糖的OD600最低.碳源為丁二酸鈉時,NH4+_N去除率達(dá)到最高,為93.85%,其次是檸檬酸三鈉為碳源時的NH4+_N去除率為92.62%.目前研究[8]發(fā)現(xiàn),碳源的結(jié)構(gòu)越簡單,分子質(zhì)量越小,越容易促進(jìn)菌株生長,保證反硝化的順利進(jìn)行.蔗糖和葡萄糖大分子為碳源時,NH4+_N去除率只有30%多.以丁二酸鈉和檸檬酸三鈉為碳源時,NO3-_N的去除率很高,均達(dá)到了90%以上,5種不同碳源的脫氮測試液中COD去除率都達(dá)到了80%以上.蔗糖和葡萄糖的NO2-_N積累量很高.丁二酸鈉與檸檬酸三鈉相比,NO2-_N的積累量略高,所以菌株y6的最佳碳源選擇檸檬酸三鈉.

表2 碳源、初始pH和C/N對菌株y6的生長和脫氮反應(yīng)的影響Table 2 Effects of carbon source, pH and C/N ratio on the growth and nitrogen removal of strain y6

2.3.2 初始pH值對菌株脫氮特性的影響 表2初始pH值在6.5～8之間時,菌株y6的OD600值都達(dá)到1.3以上,對NH4+_N和COD的降解率均在80%以上.初始pH值在7～7.5之間時,菌株y6的OD600高,最高達(dá)到1.723,NO3-_N和COD的去除率均超過了90%,NO2-_N的積累量較少.HN-AD菌適宜的pH值范圍大多是中性或是偏堿性[9].pH值為7時,NH4+_N、NO3-_N和COD的去除率達(dá)到了最高,分別為90.34%、93.67%和93.10%.所以菌株y6較為合適的初始pH值在6.5～8范圍之間,最適初始pH值為7.0.

2.3.3 C/N對菌株脫氮特性的影響 表2可知, C/N在1～17時,隨著C/N的增大,菌株y6的生長量、脫氮效率和COD去除率一直在增大.當(dāng)C/N超過21,菌株生長量以及脫氮效率均有所下降.C/N在9～17之間時,NH4+_N的降解率達(dá)到90%以上;C/N在13～21之間時,NO3-_N和COD的降解率均超過了80%.C/N值為17時,菌株y6的NH4+_N和NO3-_N的降解率均達(dá)到最大,分別為93.46%和89.22%,COD的降解率也很高,達(dá)到83.72%,NO2-_N幾乎沒有積累,只有1.14mg/L.所以菌株y6的最適C/N值為17.

2.4 單一氮源中菌株y6的脫氮特性

圖1 菌株y6的異養(yǎng)硝化過程Fig.1 Process of heterotrophic nitrification of strain y6

2.4.1 菌株y6的異養(yǎng)硝化性能 圖1為以NH4Cl為唯一氮源的異養(yǎng)硝化反應(yīng)過程,從初始狀態(tài)每隔1.5h取樣檢測.菌株y6生長的適應(yīng)期為1.5h,從1.5h后菌株y6開始增長,10.5h后OD600達(dá)到最大吸光度1.673.NH4+_N經(jīng)過3h只有少量的降解,從3h后,NH4+_N迅速降解,到10.5h,NH4+_N濃度降為0.37mg/L.去除率為99.67%.COD在0～4.5h去除的較為緩慢,此段的平均去除速率為38.10mg/(L·h).從4.5h后,COD迅速去除,到10.5h,降解到272.71mg/L,平均降解速率為180.95mg/(L·h).COD的去除率為82.17%.NH4+_N和COD的降解主要發(fā)生在菌株y6的對數(shù)生長期.菌株y6的異養(yǎng)硝化過程中幾乎沒有NO3-_N和NO2-_N的積累.

2.4.2 菌株 y6的好氧反硝化性能 圖2為以KNO3為唯一氮源的好氧反硝化過程,從初始狀態(tài)每隔2.5h取樣檢測.0～5h是y6生長的適應(yīng)期,5h之后,y6進(jìn)入對數(shù)增長期,15h達(dá)到最大OD600值1.37.NO3-_N從初始就被降解,由106.14mg/L降解到73.54mg/L,7.5h后,NO3-_N迅速降解為0,NO3-_N的去除率為100%.7.5hNO3-_N的迅速去除,使得NO2-_N大量積累,濃度達(dá)到55.15mg/L,之后又被迅速降解.COD在0～5h去除速率較低,平均去除速率為19.86mg/(L·h);在5～10h之間,進(jìn)入了y6的對數(shù)增長期,COD的降解速率明顯提高,平均去除速率為65.38mg/(L·h);10h之后,COD迅速降解,與NO2-_N的降解一致,到15h降解到70.11mg/L,平均去除速率為230.54mg/(L·h),COD的去除率為95.75%.NO3-_N和COD的降解都是在菌株y6的對數(shù)增長期,并且COD是隨著NO2-_N的降解而迅速去除.

圖2 菌株y6的硝酸鹽好氧反硝化過程Fig.2 Process of nitrite denitrification of strain y6

圖3 菌株y6的亞硝酸鹽好氧反硝化過程Fig.3 Process of nitrate denitrification of strain y6

圖3為只投加了NaNO2的好氧反硝化過程,0h～7.5hOD600只有微量增長.7.5h后,y6進(jìn)入了對數(shù)增長期,到17.5h后OD600達(dá)到了1.339. NO2-_N在0～7.5h之間降解的十分緩慢,7.5h后, NO2-_N迅速去除,到17.5h濃度降為0.77mg/L, NO-_N的去除率為99.20%.COD的降解與NO-_N22的降解統(tǒng)一,從5h后開始去除,到17.5h后濃度為35.7mg/L,平均去除速率為128mg/(L·h), COD的去除率為97.83%.反應(yīng)過程中幾乎沒有NO3-_N的積累,只有前期少量出現(xiàn),而后又被迅速降解.

2.5 混合氮源中菌株y6的脫氮特性

圖4 混合氮源系統(tǒng)內(nèi)菌株y6的好氧反硝化過程Fig.4 Process of mixed nitrogen sources aerobic denitrification of strain y6

2.5.1 菌株y6的好氧反硝化性能 圖4所示,在NO3-N和NO2-N以不同比例進(jìn)行好氧反硝化反應(yīng)的混合系統(tǒng)中,0～5h為菌株y6的生長適應(yīng)期,5h之后進(jìn)入對數(shù)生長期,迅速生長.在NO3-N:NO2-N分別為1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系統(tǒng)中,反硝化分別在15h、17.5h、20h、17.5h和20h反應(yīng)完全,OD600分別為1.301、1.609、1.757、1.605、1.620.無論混合系統(tǒng)的比例如何,首先進(jìn)行的是NO3-_N的反硝化反應(yīng),NO3-_N在y6的生長適應(yīng)期就開始降解,在對數(shù)期迅速降解徹底,并且積累相應(yīng)濃度的NO2-_N,而后NO2-_N被迅速降解.在y6生長適應(yīng)期,COD和NO3-_N有少量去除,在對數(shù)生長期時,由于NO2-_N短時間的迅速積累,導(dǎo)致COD去除速率降低,而后隨著NO2-_N的去除,COD的去除速率迅速提高,很快被降解完全.NO3-N:NO2-N分別為1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系統(tǒng)中,NO3-_N的去除率均為100%,這與添加KNO3的單一氮源系統(tǒng)相比去除率沒有變化;NO2-_N的去除率分別為:99.64%、99.71%、99.76%、99.67%、99.12%,不同比例之間相差不大,與添加NaNO2的單一氮源系統(tǒng)比較, NO3-N和NO2-_N混合后NO2-_N的去除率略高;COD的去除率分別為95.71%、90.37%、85.34%、84.79%、83.93%,混合反硝化系統(tǒng)的COD去除率均低于只投加KNO3或NaNO2單一氮源中COD的去除率.

圖5 NH4+-N和NO3-N混合氮源系統(tǒng)下菌株y6的脫氮過程Fig.5 Process of nitrogen removal in the NH4+-N and NO3-N systemof strain y6

2.5.2 菌株y6的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化性能 圖5所示,在NH4+-N和NO3-N以不同比例混合的HN-AD系統(tǒng)中,細(xì)菌的生長適應(yīng)期短, NH4+-N:NO3-N為1:2和1:3時,y6的適應(yīng)期為5h,NH4+-N:NO3-N為1:1、2:1和3:1時,適應(yīng)期為2.5h,之后菌株y6迅速繁殖,進(jìn)入對數(shù)增長期. NH4+-N:NO3-N分別為1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系統(tǒng)中,最終反應(yīng)完全的時間分別為17.5、20、22.5、15和17.5h,OD600分別為1.599、1.753、1.852、1.741和2.032.說明NH4+_N的添加對菌株的生長有促進(jìn)作用.NH4+_N和NO3-N的混合系統(tǒng)中,首先是NO3-_N在y6生長的適應(yīng)期就開始反應(yīng),到7.5hNO3-_N幾乎完全降解,NO3-_N的快速降解使得NO2-_N在7.5h達(dá)到最高,而后被降解完全,NH4+_N和COD在適應(yīng)期降解緩慢,在對數(shù)生長后期去除,與NO2-_N的降解幾乎同步.NH4+-N:NO3-N分別為1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系統(tǒng)中,NO3-_N的去除率均為100%; NH4+_N的去除率分別為:100%、100%、100%、91.97%、91.93%,說明NH4+_N和NO3-_N的混合具有互相促進(jìn)的作用.NH4+_N的濃度增加具有抑制作用,使得NH4+-N:NO3-N為2:1和3:1的系統(tǒng)中,NH4+_N的去除率降低.COD的去除率分別為90.22%、87.94%、79.18%、74.18%和73.49%,混合反硝化系統(tǒng)的COD去除率均低于只投加KNO3或NaNO2單一氮源中COD的去除率.

圖6所示,NH4+-N和NO2-N以不同比例混合的HN-AD系統(tǒng)中,0～2.5h為細(xì)菌的生長適應(yīng)期,之后菌株y6進(jìn)入對數(shù)增長期.NH4+-N: NO2-N分別為1:1、1:2、1:3、2:1、3:1的系統(tǒng)中,最終反應(yīng)完全的時間分別為15、17.5、20、17.5和17.5h,比NH4+_N和NO3-_N的混合系統(tǒng)的反應(yīng)時間相對較短,OD600分別為1.634、1.426、1.598、1.572和1.768.NH4+_N、NO2-_N和COD的降解幾乎同步,在y6的適應(yīng)期去除緩慢,進(jìn)入對數(shù)生長期,三者迅速反應(yīng),去除速率加快.除了1:3混合系統(tǒng)NO2-_N的去除率為99.47%,其余系統(tǒng)中NO2-_N的去除率均為100%.NH4+_N的去除率分別為:88.00%、84.17%、84.63%、97.93%、94.21%,低于只添加NH4Cl的單一氮源系統(tǒng)的去除率.COD的去除率分別為83.89%、85.77%、88.62%、82.31%和82.07%,混合反硝化系統(tǒng)的COD去除率均低于只投加KNO3或NaNO2單一氮源中COD的去除率.

圖6 NH4+-N和NO2-N混合氮源系統(tǒng)下菌株y6的脫氮過程Fig.6 Process of nitrogen removel in the NH4+-N and NO2-N systemof strain y6

圖7 、和混合氮源系統(tǒng)下菌株y6的脫氮過程Fig.7 Process of nitrogen removal in the、andsystemof strain y6

3 討論

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的同時具有HN-AD能力的細(xì)菌有:鹽單胞菌(Halomonas)、假單胞菌(Pseudomons)、副球菌屬(Paracoccus)[10]、硫球形菌(Thiosphaera pantotropha)、芽孢桿菌(Bacillussp.)[11]、產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes)[12]等.本實驗所研究的菌株y6是從膠州灣深海底泥中分離篩選出來,具有HN-AD能力.C/N在很大程度上影響菌株的物質(zhì)及能量代謝.充足的碳源會提供足夠的電子流為菌株生長供應(yīng)能量.目前研究[13-14]表明,隨著C/N增大,反應(yīng)體系中脫氮效率會增加,達(dá)到一定程度后,脫氮效率隨著C/N值的增加而有所降低.戴嫻等[15]發(fā)現(xiàn)C/N過高過低均會制約同步硝化反硝化過程.李鵬章[16]等的研究表明C/N過低時會不斷地產(chǎn)生N2O.

菌株的好氧反硝化途徑[3]如式(3)所示.本實驗KNO3為唯一氮源的反應(yīng)過程中,積累了大量的NO2-_N,而后被迅速降解.NaNO2為唯一氮源的反應(yīng)過程中,幾乎無NO3-_N積累.在分別以NH4Cl、KNO3和NaNO2為氮源的系統(tǒng)中,NH4Cl的異養(yǎng)硝化過程菌株y6的生長量高于好氧反硝化過程中的生長量,y6的異養(yǎng)硝化中COD的去除率低于好氧反硝化過程中的.反硝化過程需要消耗碳源,碳源是電子供體,硝態(tài)氮或NO2-_N和氧氣是電子受體,在好氧環(huán)境中完成反應(yīng).

NH4+_N、NO3-_N和NO2-_N的混合系統(tǒng)中,首先NO3在硝酸鹽還原酶(NAR)作用下迅速轉(zhuǎn)化為NO,NH+的降解略有滯后,隨后NO和242NH4+轉(zhuǎn)化為N2溢出.本實驗NH4+_N和NO3-_N或是NH4+_N與NO2-_N的混合系統(tǒng)中,NH4+_N的濃度對y6的反硝化過程沒有影響.類似于Stewart[21]的觀點,NH4+_N不會影響NAR的活性.張培玉等[22]研究認(rèn)為異養(yǎng)硝化過程不會影響到好氧反硝化過程.NO3-_N的濃度對y6的異養(yǎng)硝化也沒有影響,整體去除率都很高;NH4+_N和NO2-_N混合反應(yīng)時,NH4+_N去除率低于只添加NH4Cl的去除率,說明NO2-_N的濃度對y6的異養(yǎng)硝化過程中的NH4+_N去除率有影響.與Kim等[4]的研究結(jié)果類似,亞硝酸鹽對異養(yǎng)硝化有一定的抑制作用.NH4+_N與NO3-_N不同比例混合反應(yīng)時,首先NO3-_N被迅速還原,轉(zhuǎn)化為NO2-_N,NO2-_N在短時間內(nèi)的大量積累導(dǎo)致在該段時間內(nèi)菌株y6生長緩慢,并且該混合系統(tǒng)反硝化需要兩步完成,NO3-_N轉(zhuǎn)化為NO2-_N再轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮,使得COD的去除有所滯后,此過程中發(fā)現(xiàn)NH4+_N的濃度對COD的降解速率有一定的影響,導(dǎo)致COD的總體去除率不如NH4+_N與NO2-_N的混合系統(tǒng),并且按不同比例混合的體系所需要的反應(yīng)時間比NH4+_N與NO2-_N相應(yīng)比例混合的反應(yīng)時間要長一些.NO3-_N和NO2-_N按不同比例的混合反應(yīng)系統(tǒng)中, 由于NO3-_N的氧化還原電位比較高,將其作為電子受體時基質(zhì)會產(chǎn)生更多的能量[23],所以NO3-_N先進(jìn)行反硝化,隨后進(jìn)行NO2-_N的反硝化,此系統(tǒng)中NO3-_N、NO2-_N和COD的去除率都很高,其中COD的去除率三個混合系統(tǒng)中最高的.在NH4+_N、NO3-_N和NO2-_N按1:1:1的混合系統(tǒng)中,由于NO2-_N對異養(yǎng)硝化的抑制作用,菌株y6的NH4+_N去除率略低,COD的去除率比NO3-_N和NO2-_N的混合系統(tǒng)低,但是比NH4+_N和NO3-_N或NO2-_N的混合系統(tǒng)均要高.

4 結(jié)論

4.1 本實驗所用HN-AD菌y6來自于膠州灣海底沉積物,經(jīng)分離篩選、形態(tài)觀察、生理生化實驗和16S rRNA序列分析,鑒定為克雷伯氏菌屬(Klebsiella.sp).

4.2 在分別以乙酸鈉、丁二酸鈉、檸檬酸三鈉、葡萄糖和蔗糖為碳源的反應(yīng)過程中,菌株y6均能正常生長,其中y6的最佳碳源選檸檬酸三鈉,最適pH值為7.0,最佳C/N選為17.

4.3 菌株y6均能去除NH4+_N、NO3-_N和NO2-_N,在脫氮過程中能同步去除COD,主要在菌株的對數(shù)生長期進(jìn)行.

4.4 在混合系統(tǒng)中,首先進(jìn)行NO3-_N的好氧反硝化,轉(zhuǎn)化為NO-_N,隨后是NH+_N和NO-_N242的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化同步脫氮除碳過程.NH4+_N的異養(yǎng)硝化不會影響好氧反硝化,NO3-_N對NH4+_N的異養(yǎng)硝化幾乎沒有影響,NO2-_N在一定程度上抑制了NH4+_N的異養(yǎng)硝化過程.

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Separation identification and the characteristics research of simu ltaneous removal of nitrogen and carbon about Marine heterotrophic nitrification and aerobic denitrification strain y6.

WANG Xiao-jing, YU De-shuang, LI Jin*,DU Song-dong, ZHOU Tong, WU Guo-dong
(School of Environmental Science and Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, China). China Environmental Science, 2017,37(2)：686～695

A heterotrophic nitrification-aerobic denitrification strain, named y6, was isolated fromsediment of Jiaozhou Bay. It was identified asKlebsiellasp. based on the morphological, physiological and analysis of 16S rRNA gene sequence. Under different environmental conditions, measured strain y6’s growth situation and denitrification ability, so as to analyze its characteristics of simultaneous removal of nitrogen and carbon. The results showed that the optimal carbon source was sodiumcitrate; the optimal pH was 7.0; the optimal C/N was 17. In the reaction systemof NH4Cl, KNO3and NaNO2for the only nitrogen source, Strain y6had better denitrification effect. The removal efficiencies were 99.67%, 100% and 99.20%. Strain y6could efficiently remove organic matter simultaneously in the process of denitrification, with COD removal rate of 82.17%, 95.75% and 97.83%, respectively. Almost no nitrate nitrogen and nitrite nitrogen accumulation in the y6 heterotrophic nitrification process. In the different mixing ratio of reaction system, the first were aerobic denitrification of nitrate nitrogen, Subsequent were ammonia nitrogen, nitrite nitrogen and COD removal. Ammonia nitrogen removal rate was only slightly lower in the presence of the nitrate nitrogen. The nitrite nitrogen affected y6heterotrophic nitrification process. The heterotrophic nitrification of y6had no effect on aerobic denitrification.

heterotrophic nitrification-aerobic denitrification；marine bacterium；K lebsiellasp. y6；Simultaneous removal of nitrogen and carbon

X172

A

1000-6923(2017)02-0686-10

王驍靜(1992-),女,山東招遠(yuǎn)人,青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生,主要從事水污染控制方面的研究.

2016-06-23

國家自然科學(xué)基金資助項目(51278258;51478229);山東省自然科學(xué)基金資助項目(BS2015HZ007);山東省高等學(xué)校科技計劃項目(J15LC61)

* 責(zé)任作者, 教授, ljin0532@126.com