好氧反硝化菌LJ-1的脱氮及自聚集性研究_洪培.pdf

第12期洪培，李静，倪林幸子，等.好氧反硝化菌LJ-1的脱氮及自聚集性研究J.环境科学与技术，2022，45（12）：1-8.Hong Pei，Li Jing，Ni Linxingzi，etal.Study on the nitrogen removal and auto-aggregation characteristics of aerobic denitrifying strain LJ-1J.Environmental Science&Technology，2022，45（12）：1-8.Environmental Science&Technology第45卷 第12期2022年12月Vol.45 No.12Dec.2022环境科学与技术 编辑部：（网址）http:/（电话）027-87643502（电子信箱）收稿日期：2022-06-09；修回2022-08-25基金项目：国家自然科学基金青年项目（42107079）；安徽省重点研发与开发计划（202104i07020001）；安徽省自然科学基金青年项目（2108085QD159）；安徽师范大学大学生创新创业训练计划项目作者简介：洪培（1986-），女，讲师，主要从事湖泊生态修复研究，（电子信箱）；*通讯作者，男，高级实验师，主要从事功能微生物应用，（电子信箱）。好氧反硝化菌LJ-1的脱氮及自聚集性研究洪培1，李静1，倪林幸子2，龚世豪3，4，郑思豪1，方铭兰1，沈妍1，汪建中1*（1.安徽师范大学生态与环境学院，生命科学学院，省部共建皖江流域退化生态系统的恢复与重建协同创新中心，安徽芜湖241002；2.芜湖绿源水体修复有限公司，安徽芜湖241004；3.中国科学院水生生物研究所，中国科学院藻类生物学重点实验室，湖北武汉430072；4.中国科学院大学，北京100049）摘要：兼具成膜与高效脱氮好氧反硝菌株的获得，可以减少功能菌流失并维持高效脱氮。该研究通过富集、分离筛选获得一株好氧反硝化菌株LJ-1。通过形态学观察和16S rRNA基因序列分析，确定该菌株为施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）。对该菌株的脱氮特性和影响因素进行研究，结果表明，该菌株在以NH4+-N、NO3-N和NO2-N为单一氮源时（100 mg/L），氮去除速率分别高达90.99%，96.53%和99.79%。反硝化脱氮最适生长条件测试分析表明，菌株的最佳碳源为葡萄糖，最适C/N为10，最适pH为9。菌株的自聚集和疏水性指数分别高达66%和59%，呈现高效的自聚集成膜特性。富含蛋白质类和多糖类物质的胞外聚合物成分与菌株的自聚集特性呈显著正相关。菌株LJ-1的获得有望实现高效除氮功能菌在污水处理系统中的长期固定，具有潜在的应用价值。关键词：好氧反硝化；胞外聚合物（EPS）；脱氮；自聚集中图分类号：X172文献标志码：Adoi：10.19672/ki.1003-6504.1093.22.338文章编号：1003-6504(2022)12-0001-08Study on the Nitrogen Removal and Auto-aggregation Characteristicsof Aerobic Denitrifying Strain LJ-1HONG Pei1，LI Jing1，NI Linxingzi2，GONG Shihao3，4，ZHENG Sihao1，FANG Minglan1，SHEN Yan1，WANG Jianzhong1*（1.Collaborative Innovation Center of Recovery and Reconstruction of Degraded Ecosystem in Wanjiang Basin Co-founded byAnhui Province and Ministry of Education,School of Ecology and Environment,College of Life Science,Anhui Normal University,Wuhu 241002,China;2.Limited Company of Wuhu Green Source Water Restoration,Wuhu 241004,China;3.Key Laboratory of Algal Biology of Chinese Academy of Sciences,Institute of Hydrobiology,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430072,China;4.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）Abstract：The acquisition of aerobic denitrifying strains with both biofilm-formation and efficient nitrogen-removal couldreduce the loss of functional bacteria and maintain efficient denitrification.In this study,an aerobic denitrifying strain LJ-1was obtained by enrichment and isolation screening.The strain was identified as Pseudomonas stutzeri by morphological observation and 16S rRNA gene sequence analysis.The nitrogen removal characteristics and influencing factors of this strainwere investigated.The results showed that the nitrogen removal efficiency of the strain was as high as 90.99%,96.53%and99.79%when NH4+-N,NO3-N and NO2-N were used as a single nitrogen source(100 mg/L),respectively.The optimumgrowth conditions for denitrification showed that the best carbon source for the strain was glucose,the most suitable C/N was10,and the ideal pH was 9.The auto-aggregation and hydrophobicity indices of the strain were as high as 66%and 59%,第45卷水生态系统中氮浓度过量已成为全球性环境问题，污水脱氮迫在眉睫。生物脱氮是去除水体中氮素污染的主要途径。在传统的脱氮过程中，废水主要经过自氧硝化和异氧反硝化2个过程，而这2个过程分别在好氧和缺氧反应器中进行，使得传统的生物脱氮系统复杂且成本高。反硝化菌也易受高负荷氨浓度影响1。20 世纪 80 年代，Robertson等2最早在实验中观察到有氧条件下发生了反硝化现象，分离出了一株好氧反硝化菌Thiosphaera pantotropha，使好氧反硝化成为人们关注的焦点。好氧反硝化提供了一种克服常规反硝化缺点的方法，在好氧条件下将硝酸盐转化为氮气，使天然水环境反硝化成为可能3。好氧反硝化菌剂强化脱氮技术在生活污水、养殖废水、富营养化湖泊水体、污水厂尾水等处理系统中进行了广泛的应用研究4-7。常见的好氧反硝化菌剂强化应用虽然短期内就可以有效增加污水处理系统的脱氮效能8-10，然而仍存在强化菌群流失严重，无法长期稳定地维持在系统中。如在悬浮污泥的中试规模SBR中添加好氧反硝化菌株 LAD9、GAD3 和 GAD4进行生物强化，长期运行后无法检测到这些菌株，暗示功能菌流失11。微生物细胞的聚集能有效解决这个问题，它是生物膜形成和活性污泥絮凝的重要一步，生物膜的形成使得功能菌能够更好地定殖和存活，这是污水处理系统中的生物强化成功的关键。Zhao3以及Hong等12，13分别获得这类兼具高效聚集成膜和脱氮的好氧反硝化菌株，这类菌株在生物膜脱氮系统中的强化应用结果显示，强化菌株自身能够在生物膜中维持相对较高的定殖丰度，也能有效增加其他成膜反硝化菌群的定殖丰度。这些研究为解决菌株流失问题带来契机。到目前为止，报道的具有较强自聚集性能的好氧反硝化菌株寥寥无几14，15，且关于这类好氧反硝化细菌聚集成膜能力及其机制等方面并没有开展深入研究。为了解决脱氮过程中功能性微生物的流失问题，从活性污泥中分离出一株具有高效自聚和脱氮特性的好氧反硝化菌株。本研究的主要目的如下：（1）获得高效脱氮菌株；（2）优化高效脱氮菌株的生长条件；（3）利用胞外聚合物物质（EPS）含量、聚集指数和疏水性指数等指标确定菌株的自聚集特性。研究结果将为开发高效脱氮、解决功能微生物流失的问题提供一定的研究基础。1材料与方法1.1菌株的获得（1）富集。取5 mL泥样（采自合肥污水处理系统活性污泥）加入装有100 mL无菌DBM的250 mL三角烧瓶中,在30、160 r/min的摇床中振荡培养24 h，取5 mL培养液转接至新鲜的无菌DBM培养基中，重复富集3轮。（2）分离。将富集液按梯度依次稀释（10-110-7），取0.2 mL涂布于BTB 培养基上，在 30 培养箱中培养至出现明显的单菌落。挑取变蓝单菌落，经多次划线纯化后于 4 冰箱中保存。培养基信息见表1。respectively,showing efficient auto-aggregation and biofilm-forming properties.Extracellular polymeric substances rich inprotein and polysaccharide substances showed a significant positive correlation with auto-aggregation properties.The acquisition of Strain LJ-1 is expected to achieve long-term immobilization of highly efficient nitrogen removing functional bacteriain wastewater treatment systems and has potential application values.Key words：aerobic denitrifier;extracellular polymeric substances(EPS);nitrogen removal;auto-aggregation培养基类型富集培养基（DBM）溴百里酚蓝固体培养基(BTB)硝氮培养基氨氮培养基微量元素组分/(gL-1)KNO35.0，六水合丁二酸钠16.67，KH2PO41.5，Na2HPO412H2O 10.55，MgSO47H2O 0.2，NH4Cl 0.3，微量元素2 mL，pH 7.0KNO31.0，柠檬酸钠8，KH2PO41.0，FeSO47H2O0.05，CaCl20.2，MgSO47H2O1.0，1%溴百里酚蓝1 mL，琼脂20，调pH 7.07.3六水合丁二酸钠 16.67，KH2PO40.2，MgSO47H2O 0.2，Na2NO20.492，微量元素2 mL，调pH 7.07.3六水合丁二酸钠 16.67，KH