异养硝化-好氧反硝化菌的研究进展

总第173期2018年第1期

山西化工

SHANXI CHEMICAL INDUSTRY

Total 173

No. 1，2018

111DOI：10. 16525/ l4-1109/tq. 2018. 01. 11异养硝化-好氧反硝化菌的研究进展

要如磊

(阳泉煤业（集团）有限责任公司太原化工新材料有限公司，山西太原030400)

摘要：随着生物脱氮工艺在国内外污水处理中的广泛应用，人们对微生物脱氮菌的研究越来越多。近年 来，人们发现有些脱氮微生物兼具异养硝化和好氧反硝化的功能。介绍了国内外异养硝化-好氧反硝化

菌的种类、筛选方法以及脱氮性能，并提出了今后的研究和发展方向。

关键词：异养硝化-好氧反硝化菌；种类；筛选方法；脱氮性能

中图分类号:X703 文献标识码:A文章编号：1004-7050 (2018) 01 -0032-03

引言

近年来，氮素污染所导致的水体富营养化已经 引起了人们的广泛关注，废水脱氮研究尤为迫切。目前，生物脱氮工艺以其操作简单、成本低、二次污 染小、脱氮效率高等多方面的优点，在国内外污水处 理中被广泛应用。传统生物脱氮包括好氧条件下的 自养硝化过程和厌氧条件下的异养反硝化过程，分 别由硝化菌和反硝化菌完成。硝化反应与反硝化反 应对溶解氧浓度需求的不同导致好氧区和缺氧区的 分开，二者在反应器上难以统一。

然而，随着研究的深入，近年来人们发现有些脱 氮微生物兼具异养硝化和好氧反硝化的功能，异养 硝化-好氧反硝化菌成为生物脱氮领域内的一个新 的热点。这些新型脱氮微生物可以使硝化和反硝化 反应能在同一反应器内同时完成，节省了反应空间，缩短了反应时间，平衡了反应条件，还克服了传统生 物脱氮存在的很多弊端。

1异养硝化-好氧反硝化菌的类型1983年，荷兰Robertson和Kuenen最早从脱 硫脱氮污水处理系统中分离出一株泛养硫球菌thiosphaera pantotropha(后更名为脱氮副球菌paracoccus denitrificans)，随后发现它能同时进行异 养硝化和好氧反硝化，其功能的特殊性吸引了国内外 学者对异养硝化-好氧反硝化菌广泛而深入的研究。

1989 年，Robertson和 Cornelisse对 delft菌种

收稿日期：2017-12-06

作者简介：要如磊，女，1987年出生，2014年毕业于北京科技大学化

学与化工学院化学系，硕士学位。研究方向：废水生物脱氮。保藏库中某些异养硝化菌是否为好氧反硝化菌进行 了研究。结果表明，具有异养硝化功能的脱氮假单 胞杆菌pseudomonas denitrificans和輿产碱杆菌al-caligenes faecalis也具有好氧反硝化功能。

近十几年来，国内外学者积极研究，新的异养硝 化-好氧反硝化菌不断被发现，大大拓宽了双功能菌 的种类。异养硝化-好氧反硝化菌主要存在于副球 菌属（paracoccus)、假单胞菌属（pseudomonas)、产 碱杆菌属（alcaligenes)、芽孢杆菌属（bacillus)、红球 菌属（rhodococcuus)等（见第33页表1)。

2异养硝化-好氧反硝化菌的筛选方法2.1选择性培养基法

利用不同氮源的选择性培养基可以用来筛选异 养硝化-好氧反硝化菌。首先，通过氨氮培养基初筛 得到异养硝化菌，挑选氨氮去除能力较高的菌株;然 后，将其接种于硝酸氮培养基进行复筛，最终得到异 养硝化-好氧反硝化菌。Zhang[1]等先用硝化基础培 养基富集、分离、纯化得到异养硝化菌，然后用反硝 化培养基筛选出能利用N03-、N〇F的菌株，从猪粪 废水中筛选得到YZN-001菌株。此菌株不仅能利 用氨氮，而且能利用硝酸氮。

2.2酸碱指示剂法

溴百里酚蓝（BT B)指示剂的变色范围为6.0〜7. 6,由黄色经绿色变为蓝色。而反硝化作用 消耗硝酸盐或亚硝酸盐后，OH-不断积累，根据反 硝化过程产碱这一特性在反硝化培养基中加入B T B，筛选平板上出现蓝色晕圈的菌落，即可实现好 氧反硝化菌的初步筛选。尹明锐[2]等利用B T B培 养基分离得到好氧反硝化菌，进一步通过硝化测定，选取氨氮去除率在50%以上的菌株，确认得到3株

2018年第1期要如磊：异养硝化-好氧反硝化菌的研究进展• 33•

表1新型异养硝化-好氧反硝化菌

属种来源时间/年产碱杆菌属粪产減杆菌alcaligenes faecalis No. 4废水污泥2005 alcaligenes反硝化产減杆菌alcaligenes denitrificans WY200811A2/0污水处理厂的活性污泥2011假单胞菌属施氏假单胞菌pseudomonas stutzeri YZN-001猪粪废水2011 pseudomonas假单胞菌pseudomonas sp. qy37M BR和A/O反应器中污泥2010芽孢杆菌属甲基营养型芽孢杆菌bacillus methylotrophicus L7废水水样2012 bacillus墙状芽孢杆菌bacillus cereus WXZ-8SB R曝气反应器2008红球菌属rhodococcuus嗜p比咬红球菌rhodococcuus pyridinivorans CPZ24猪场废水和淺层底泥2009戴尔福特菌delftia鹤羽田戴尔福特菌delftia tsuruhatensis WXZ-1SB R曝气反应器2008盐单胞菌属halomonas7-变形菌盐单胞菌7-proteobacteria Halomonas X3象山港网箱鱼类养殖区富营养沉积物2012农杆菌属agrobacterium农杆菌agrobacterium sp. LAD9垃圾渗滤液处理系统2011无色杆菌属achromobacter无色杆菌achromobacter sp. GAD3垃圾渗滤液处理系统2011丛毛单胞菌属comamonas丛毛单胞菌comamonas sp. GAD4垃圾渗滤液处理系统2011普罗维登斯菌属providencia雷氏普罗威登斯菌providencia rettgeri YL膜生物反应器2009

异养硝化-好氧反硝化菌。

而另一些研究者同样利用溴百里酚蓝指示剂的 变色特点，先筛选得到异养硝化菌，进一步接种于含 有1%B T B的反硝化培养基，能使培养基变蓝，并 且杜氏小管中有气泡生成的菌株同时具有好氧反硝 化作用。

2.3滴加试剂法

格里斯试剂遇N O f会变红，二苯胺试剂遇N〇f会变蓝，纳氏试剂遇NH4+会变红，该方法利 用显色反应筛选出目标菌。培养一段时间后，在硝 化培养液中加入1滴〜2滴格里斯试剂，如溶液立 即呈粉红色或棕色等，则表示氨氮转化为亚硝酸氮，说明培养液中有硝化菌存在;进一步加入纳氏试剂，培养液为无色，则表示氨氮转化完全。同上方法，滴 加格里斯试剂检测反硝化培养液中是否有反硝化 菌;进一步加入二苯胺试剂，若无色，则表示硝酸盐 转化完全。蒋静艳[3]等以乙酰胺为唯一碳氮源进行 培养得到初筛菌，用格里斯试剂和二苯胺试剂验证 是否为硝化菌。袁梦冬[4]等将筛选得到的异养硝化 菌接种至硝酸盐还原培养基中，连续3 d取样滴加 二苯胺试剂、格里斯试剂、纳氏试剂，菌株的硝酸盐 还原实验呈阳性，初步断定该菌株同时具有异养硝 化和好氧反硝化作用。

2.4测试验证法

另外，研究者还可以对已获得的菌株进行硝化 或反硝化能力测试，验证其是否为异养硝化-好氧反 硝化菌。Hung-S〇〇J〇〇[5]等对从污水中分离得到的 异养硝化菌alcaligenes faecalis No. 4进行探究，结 果表明，被去除的氨氮中50%发生了反硝化，其既 有硝化功能，也有反硝化功能。Joong Kyun Kim[6]等对24株芽孢杆菌经过异养硝化、好氧反硝化验证，最终筛选出5株具有好氧反硝化功能的异养硝化菌。

选择性培养基法筛选菌株准确，但涉及多次涂 板、划线，工作量大，筛选时间长;酸碱指7K剂法筛选 菌株准确，颜色变化明显，操作方法简单，分离快速 高效r滴加试剂法筛选方法不准确，因为整个硝化、反硝化过程中NO「、N O f的积累量较少或没有，加 入格里斯试剂和二苯胺试剂呈阴性反应，并不能说 明该菌株不具有硝化能力，容易漏筛目标菌;测试验 证法适合验证某种已获得菌株是否具有硝化、反硝化 功能，并不适合异养硝化-好氧反硝化菌的直接筛选。3异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮性能目前，已经发现的异养硝化-好氧反硝化菌的脱 氮性能较高。Taylor Shaima M[7]等从膜生物反应 器中筛选得到一株雷氏普罗威登斯菌providencia rettgeri Y L，在最优条件（C/N 10,30 °C，120 r/min)下，当氨氮质量浓度为84. 63 mg/L时，接种该菌 48 h后TN(总氮）去除率为79%。Zhao Bin[8]等对 异养硝化-好氧反硝化菌bacillus sp.L Y进行好氧 脱氮性能研究。结果表明，在C/N15、30°C最优条件 下，当初始氨氮质量浓度为40 mg/L时，最大氨氮去 除效率可达到100%，T N去除效率可达78. 9%。

大量研究表明，异养硝化-好氧反硝化菌在转化 氨氮为气态氮化物的同时，还利用氮源发生同化作 用，转化为菌株细胞内的含氮有机化合物。Hung-Soo J o o等研究高浓度氨氮下alcaligenes faecalis No.4的脱氮效率，当初始NH4+-N质量浓度高达 1 200 mg/L时，接种菌株93 h后，几乎所有氨氮被 去除。其中，50%转化为细胞内含氮物质，3%转化 为硝化产物，40%〜50%发生反硝化作用。GC-MS