异养硝化_好氧反硝化菌异养硝化性能的影响因素_于大禹

2012年第31卷第12期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ・2797・

化工进展

异养硝化-好氧反硝化菌异养硝化性能的影响因素

于大禹1，张琳颖1，高 波1，2

（1东北电力大学化学工程学院，吉林吉林 132012；2众和海水淡化工程有限公司，天津 300462）摘要：在异养硝化-好氧反硝化菌H1良好的脱氮效果基础上，研究了在不同溶解氧浓度、废水成分和金属离子存在条件下时，H1的代谢途径及其异养硝化性能的变化。研究表明，溶解氧浓度在4.7 mg/L时，H1脱氮途径最佳；在NH4+模拟废水中，NH4+会通过NH4+—→NH2OH—→N2O—→N2的途径被快速去除；在NH4+和NO2−混合模拟废水中，没有显示出H1优先进行反硝化的现象，NH4+-N的降解是短程的硝化反硝化过程；在NH4+和NO3−混合模拟废水中，NO3−会诱导羟胺氧化酶产生NO2−-N，使得NH4+-N经过反硝化途径的亚硝酸盐水平被去除；在NH4+模拟废水中，1 mmol/L的Cu2+和Fe2+对异养硝化过程具有显著地激活作用。

关键词：异养硝化-好氧反硝化菌；异养硝化性能；溶解氧；废水成分；金属离子

中图分类号：X 703.1；X 172 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2012）12–2797–04 Factors affecting the heterotrophic nitrification property of heterotrophic

nitrification-aerobic denitrifier

YU Dayu1，ZHANG Lin y ing1，GAO Bo1，2

（1School of Chemical Engineering，Northeast Dianli University，Jilin 132012，Jilin，China；2ZhongHe Seawater

Desalination Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300462，China）

Abstract：Based on the good denitrification effectiveness of heterotrophic nitrification-aerobic denitrifier H1, this paper investigated the metabolic pathways and the heterotrophic nitrification characteristics of H1 under different conditions including dissolved oxygen concentration, wastewater composition and the metal ions. The results showed that when the dissolved oxygen concentration was

4.7 mg/L in the simulated NH4+ wastewater, the removal pathway of ammonia was NH4+—→

NH2OH —→N2O—→N2, which was the fast removal pathway. In the simulated NH4+ and NO2−wastewater, NH4+-N was removed by short - cut nitrification and denitrification, not showing priority denitrification by H1 in the whole process. In the simulated NH4+ and NO3− wastewater, NO3− induced hydroxylamine oxidase to produce NO2−-N, thus NH4+-N was removed by the nitrite levels of denitrification pathway. In the simulated NH4+ wastewater, 1 mmol/L Cu2+ and Fe2+ can significantly activate the activities of heterotrophic nitrification.

Key words：heterotrophic nitrification-aerobic denitrifier；heterotrophic nitrification property；

dissolved oxygen；wastewater composition；metal ions

近年来，异养硝化细菌和好氧反硝化细菌的发

现打破了传统理论认为的硝化反应只能由自养细菌完成而反硝化反应只能在厌氧条件下进行的观点。这些研究为生物脱氮提供了新的理论基础。

目前，异养硝化-好氧反硝化生物脱氮理论已成为国内外研究者的新宠。它克服了传统的生物脱氮收稿日期：2012-08-07；修改稿日期：2012-08-31。

基金项目：国家973计划（2007CB206904）、吉林省科技发展计划（20090145）及吉林省教育厅“十二五”科学技术研究（2011-370和2012-92）项目。

第一作者及联系人：于大禹（1978—），男，博士，副教授，主要从事环境微生物学及其应用方面的研究。E-mail yudy@mail. nedu. 。

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技术存在的缺点，缩短了脱氮工艺流程，提高脱氮效率，节约加药量，减小池体占地面积，使投资和运行费用大大降低。而现阶段主要的研究重点一直处于对好氧反硝化菌的筛选和驯化上[1-2]，对异养硝化-好氧反硝化菌脱氮机理的探讨却很少。本实验欲从异养硝化-好氧反硝化菌H1的异养硝化性能的影响因素方面研究异养硝化-好氧反硝化的异养硝化机理，寻求出一种快速有效的脱氮过程。

1 材料方法

1.1实验所用菌种、培养基和模拟废水

H1是从某污水厂中A2/O工艺好氧段驯化好的活性污泥中筛选得到[3]。

（1）菌体生长培养基 KNO3 0.6 g/L；KH2PO4 1.0 g/L；MgSO4·7H2O 1.0 g/L；琥珀酸钠2.4 g/L；H2O 1.0 L；pH=7.0。

（2）NH4+模拟废水 (NH4)2SO4 0.35 g/L；KH2PO4 0.75 g/L；K2HPO4·3H2O 2.22 g/L；MgSO4·7H2O 0.03 g/L；柠檬酸三钠 1.81 g/L；H2O 1.0 L；pH=7.0。

（3）NH4+和NO2−混合模拟废水 (NH4)2SO4 0.35 g/L；NaNO2 0.04 g/L；KH2PO4 0.75 g/L；K2HPO4·3H2O 2.22 g/L；MgSO4·7H2O 0.03 g/L；柠檬酸三钠 1.81 g/L；H2O 1.0 L；pH=7.0。

（4）NH4+和NO3−混合模拟废水 (NH4)2SO4 0.35 g/L；KNO3 0.06 g/L；KH2PO4 0.75 g/L；K2HPO4·3H2O 2.22 g/L；MgSO4·7H2O 0.03 g/L；柠檬酸三钠 1.81 g/L；H2O 1.0 L；pH=7.0。

1.2 溶解氧浓度对H1异养硝化性能的影响

溶解氧对异养硝化-好氧反硝化细菌的生长及其还原活性均有影响，所以溶解氧浓度是菌体异养硝化过程中一个重要的衡量指标，因此设计了溶解氧浓度分别为6.4 mg/L、4.7 mg/L、1.1 mg/L条件下，通过H1对NH4+模拟废水的处理效果来研究菌体的代谢途径和异养硝化性能的变化。

1.3 H1处理不同模拟废水时异养硝化的性能

本实验在4.7 mg/L的溶解氧条件下，分别研究H1处理NH4+，NH4+和NO2−混合以及NH4+和NO3−混合模拟废水的异养硝化性能。

1.4 金属离子对H1异养硝化过程的影响

在NH4+模拟废水中分别加入浓度为1 mmol/L 的Fe2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Ca2+、Mn2+，一个做空白试验。将上述全部NH4+模拟废水高温灭菌冷却后，接入10%菌液，溶解氧浓度为4.7 mg/L。每天测一次样，连续测量两天。

1.5 分析方法

总氮采用过氧化钾氧化-紫外分光光度法测定；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定；NO3−-N采用紫外分光光度法测定；NO2−-N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法测定[4]；菌体生长吸光度(OD600)采用吸光度法测定，用721可见分光光度计在光密度为600 nm处测定菌液吸光度值；NH2OH采用Fe(Ⅲ)-磺基水杨酸体系间接分光光度法[5]；水样及溶液的pH值采用精密pHS-3C精密酸度计；溶解氧采用溶解氧仪直接测定。

2 结果与讨论

2.1溶解氧浓度对H1异样硝化性能的影响

由图1可知，随着溶解氧浓度的增加，NH4+-N 的去除明显增加，但NO2−-N也有较多的积累。说明高浓度的溶解氧条件下，有利于氨单加氧酶活性的提高，但同时也改变了NH4+-N的去除途径，使其不通过NH4+→NH2OH→N2O→N2的途径，而是经过反硝化途径被去除，这样会增加脱氮历程。因此，合理控制溶解氧浓度可以优化菌体对NH4+-N 的去除途径，初步推断溶解氧浓度在4.7 mg/L时其脱氮途径最佳。

图1 不同溶解氧条件下H1对NH4+模拟废水的处理效果

● 6.4 mg/L；■ 4.7 mg/L；▲ 1.1 mg/L

2.2 H1处理不同模拟废水时异养硝化的性能

2.2.1 H1处理NH4+模拟废水时异养硝化的性能

NH4+-N是水体富营养化的重要指标，因此对NH4+-N的去除将被视为脱氮的重要环节，如何快速有效地去除NH4+-N成为水处理研究的热点。本实验通过H1对NH4+模拟废水（NH4+-N浓度为80 mg/L）的处理来研究H1的异养硝化性能。由图2可知，在溶解氧浓度为4.7 mg/L 时，NH4+-N呈现了快速的降解趋势，NO3−-N和NO2−-N均不发生积