反硝化细菌
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反 硝 化 细 菌
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2
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4
概念及研究现状 分类及影响因素 在污水处理中的运用 发展前景
1 、概念及研究现状
1、1 概念
反硝化细菌是能引起反硝化作用的细菌。 多为异养、兼性厌氧细菌。如反硝化杆菌、斯 氏杆菌、萤气极毛杆菌等。它们在氙气条件下， 利用硝酸中的氧，氧化有机物质而获得自身生 命活动所需的能量。反硝化细菌广泛分布于土 壤、厩肥和污水中。可以将硝态氮转化为氮气 而不是铵态氮，与硝化细菌作用不完全相反。
1.2
研究现状
目前国内对反硝化细菌的研究多集中于 利用生物技术对污水进行处理，减轻环境污 染程度，而2001年国外专家提出分析使用反 硝化细菌法对水样进行前处理，以分析淡水 与海水中硝酸盐的氮同位素分析法；2006年 Julie Granger和Sigman一起研究提出了用反 硝化细菌法去除淡水和海水中硝酸盐的氮氧 同位素分析法；2007年John Karl Bhlke等研 究发现，可以用连续选择反硝化细菌法将淡 水和海水中硝酸盐和亚硝酸盐转化为N2O后进 行氮氧同位素测试。
自养反硝化细菌
自养反硝化细菌利用无机碳化合物(如 CO2, HCO3-)作为它们的碳源。因此,不需要 异养反硝化过程中必需的有机碳。
Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆菌）
Biblioteka Baidu
2.1
影响因素
碳氮比
在不同碳氮比(C/N)条件下，其反硝化能力 并不相同。当C/N＞5时,脱氮率能达到90%以上。 最适宜的碳氮比是5～6,在此区间能进行完全 的反硝化。当C/N在1～14之间变化时,硝酸盐 还原基本都发生在菌株生长的第4～10h，整个 反硝化过程中亚硝酸盐浓度一直保持在极低的 水平。 研究表明不同反硝化细菌的反硝化最佳效 果要求的碳氮比并不相同。
Thank You
3.3
自养反硝化细菌的运用
由于异养反硝化细菌在新陈代谢过程中需 要外加碳源这个原因,自养反硝化作用越来越 受到人们的重视。自养反硝化细菌利用无机碳 化合物(如CO2, HCO3-)作为它们的碳源。因此, 不需要异养反硝化过程中必需的有机碳，它有 两个优势: ①不需要投放有机物作为碳源,节省开支; ②产生极少量的污泥,因此将污泥的处理量降 低到最小
存在的缺陷
要取得满意的脱氮率,必需保证足够大的混 合液回流比,这势必增加系统的运行费用,因此 能耗高是A/O工艺的一个缺点。A/O工艺很难取 得85%以上的脱氮率。
3、2 好氧反硝化细菌的应用
将好氧反硝化细菌同硝化菌群混合培养,可达 到一下效果: ①在同一反应系统中实现硝化-反硝化过程硝化反 应的产物可直接成为反硝化反应的底物,避免了培 养过程NO3-的积累对硝化反应的抑制,加速了硝化 反应的过程。 ②反硝化反应释放出的OH-可部分补偿硝化反应所 消耗的碱,能使系统中的pH相对稳定。 ③硝化反应和反硝化反应可在相同的条件和系统 下进行,可简化操作的难度,大大降低投资费用和 运行成本。
2、分类及影响因素
2、1 分类（三类）
反硝化细菌
异养厌氧反硝 异养好氧反硝 化细菌 化细菌
自养反硝化 细菌
异养厌氧反硝化细菌
异养厌氧的反硝化细菌在转换硝酸盐为氮气时不需 要氧气,且需要有机碳为碳源和电子供体。
异养好氧反硝化细菌
将好氧反硝化细菌同硝化菌群混合培养,可在同一 反应系统中实现硝化-反硝化过程,这样,硝化反应的产 物可直接成为反硝化反应的底物,避免了培养过程NO3-的 积累对硝化反应的抑制,加速了硝化反应的过程;而且, 反硝化反应释放出的OH-可部分补偿硝化反应所消耗的 碱,能使系统中的pH相对稳定;同时,硝化反应和反硝化 反应可在相同的条件和系统下进行,可简化操作的难度, 大大降低投资费用和运行成本。因此,国外已对好氧条 件下的生物脱氮过程开展了较深入的研究。
pH值
相关文献和资料表明pH值对反硝化过程中 酶的活性影响较明显，从而显著地影响反硝化 速率，反硝化适宜的pH值为7.5，在较适宜的 pH值7.0～8.0范围内，两者反硝化速率差异不 大。同时，在不同pH时，反硝化微生物积累的 中间产物也不同。
溶解氧DO
一般认为，当DO浓度低于1mg/L时，反硝 化菌具有反硝化活性，但也有个别菌种的 DO耐受性较强，如Pseudomonas sp.在DO浓 度为2mg/L仍具活性，在DO低于2mg/L时， 其反硝化活性随之成反比 ；
3、1 异养厌氧反硝化细菌在A/O工艺中的 应用
A/O工艺所完成的生物脱氮在机制上主要由硝化和反硝化2 个生化过程构成,污水先在好氧反应器中进行硝化,使含氮有机物 被细菌分解成氨,然后在亚硝化细菌的作用下氨进一步转化为亚 硝酸态氮,再经硝化细菌作用而转化为硝态氮。硝酸盐氮进入缺 氧或厌氧反应器后,经过反硝化作用,利用或部分利用污水中原有 的有机碳源为电子供体,以硝酸盐代替分子氧作为电子受体,进行 无氧呼吸,分解有机质,同时将硝酸盐氮还原为氮气。
4、发展前景
①反硝化细菌能够把污水中的硝酸盐转换为氮气 释放出来,这在污水处理系统中是十分重要的，其 再SBR和氧化沟工艺中已得到广泛的运用。 ②自养反硝化细菌(如脱氮硫杆菌)的发现和利用 解决了异养反硝化细菌对有机碳源的需求问题,它 不需要有机物作为碳源,仅有无机盐的存在就可以 完成反硝化作用。脱氮硫杆菌在把硫或硫的化合 物氧化为硫酸盐的同时,将硝酸盐还原为氮气。自 养反硝化细菌为污水处理开辟了一条新的捷径,相 信它将具有更为广阔的应用前景。
3、在污水处理中的运用
反硝化细菌在污水处理过程中起到十分重 要的作用。传统理论认为反硝化细菌是异养厌 氧的,20世纪80年代发现了好氧反硝化细菌。 最近,自养反硝化细菌的发现,特别是脱氮硫杆 菌的发现引起了人们的极大兴趣。 微生物反硝化过程是一种经济有效的硝酸 盐去除方法。反硝化细菌在此过程中起非常重 要的作用,它能够使NO3-逐步转变为NO2-、NO、 N2O和N2,从而达到脱氮的目的。
温度
在5～19℃的天然条件下进行了反硝化验,NO3-的 去除在温度＜8℃时也能持续进行,当温度从14℃增加 到19℃时,对每天N的去除量影响很小。相反,温度从 19℃上升到24℃时导致反硝化速度增加了60%,更高的 温度继续加速反硝化作用,在30℃时反硝化速度比在 14℃时观察到的速度快2倍。
温度对反硝化速率的影响很大，反硝化 细菌的最适宜温度在30℃左右，低于5℃或高 于40℃，反硝化的作用几乎停止。
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概念及研究现状 分类及影响因素 在污水处理中的运用 发展前景
1 、概念及研究现状
1、1 概念
反硝化细菌是能引起反硝化作用的细菌。 多为异养、兼性厌氧细菌。如反硝化杆菌、斯 氏杆菌、萤气极毛杆菌等。它们在氙气条件下， 利用硝酸中的氧，氧化有机物质而获得自身生 命活动所需的能量。反硝化细菌广泛分布于土 壤、厩肥和污水中。可以将硝态氮转化为氮气 而不是铵态氮，与硝化细菌作用不完全相反。
1.2
研究现状
目前国内对反硝化细菌的研究多集中于 利用生物技术对污水进行处理，减轻环境污 染程度，而2001年国外专家提出分析使用反 硝化细菌法对水样进行前处理，以分析淡水 与海水中硝酸盐的氮同位素分析法；2006年 Julie Granger和Sigman一起研究提出了用反 硝化细菌法去除淡水和海水中硝酸盐的氮氧 同位素分析法；2007年John Karl Bhlke等研 究发现，可以用连续选择反硝化细菌法将淡 水和海水中硝酸盐和亚硝酸盐转化为N2O后进 行氮氧同位素测试。
自养反硝化细菌
自养反硝化细菌利用无机碳化合物(如 CO2, HCO3-)作为它们的碳源。因此,不需要 异养反硝化过程中必需的有机碳。
Thiobacillus denitrificans（脱氮硫杆菌）
Biblioteka Baidu
2.1
影响因素
碳氮比
在不同碳氮比(C/N)条件下，其反硝化能力 并不相同。当C/N＞5时,脱氮率能达到90%以上。 最适宜的碳氮比是5～6,在此区间能进行完全 的反硝化。当C/N在1～14之间变化时,硝酸盐 还原基本都发生在菌株生长的第4～10h，整个 反硝化过程中亚硝酸盐浓度一直保持在极低的 水平。 研究表明不同反硝化细菌的反硝化最佳效 果要求的碳氮比并不相同。
Thank You
3.3
自养反硝化细菌的运用
由于异养反硝化细菌在新陈代谢过程中需 要外加碳源这个原因,自养反硝化作用越来越 受到人们的重视。自养反硝化细菌利用无机碳 化合物(如CO2, HCO3-)作为它们的碳源。因此, 不需要异养反硝化过程中必需的有机碳，它有 两个优势: ①不需要投放有机物作为碳源,节省开支; ②产生极少量的污泥,因此将污泥的处理量降 低到最小
存在的缺陷
要取得满意的脱氮率,必需保证足够大的混 合液回流比,这势必增加系统的运行费用,因此 能耗高是A/O工艺的一个缺点。A/O工艺很难取 得85%以上的脱氮率。
3、2 好氧反硝化细菌的应用
将好氧反硝化细菌同硝化菌群混合培养,可达 到一下效果: ①在同一反应系统中实现硝化-反硝化过程硝化反 应的产物可直接成为反硝化反应的底物,避免了培 养过程NO3-的积累对硝化反应的抑制,加速了硝化 反应的过程。 ②反硝化反应释放出的OH-可部分补偿硝化反应所 消耗的碱,能使系统中的pH相对稳定。 ③硝化反应和反硝化反应可在相同的条件和系统 下进行,可简化操作的难度,大大降低投资费用和 运行成本。
2、分类及影响因素
2、1 分类（三类）
反硝化细菌
异养厌氧反硝 异养好氧反硝 化细菌 化细菌
自养反硝化 细菌
异养厌氧反硝化细菌
异养厌氧的反硝化细菌在转换硝酸盐为氮气时不需 要氧气,且需要有机碳为碳源和电子供体。
异养好氧反硝化细菌
将好氧反硝化细菌同硝化菌群混合培养,可在同一 反应系统中实现硝化-反硝化过程,这样,硝化反应的产 物可直接成为反硝化反应的底物,避免了培养过程NO3-的 积累对硝化反应的抑制,加速了硝化反应的过程;而且, 反硝化反应释放出的OH-可部分补偿硝化反应所消耗的 碱,能使系统中的pH相对稳定;同时,硝化反应和反硝化 反应可在相同的条件和系统下进行,可简化操作的难度, 大大降低投资费用和运行成本。因此,国外已对好氧条 件下的生物脱氮过程开展了较深入的研究。
pH值
相关文献和资料表明pH值对反硝化过程中 酶的活性影响较明显，从而显著地影响反硝化 速率，反硝化适宜的pH值为7.5，在较适宜的 pH值7.0～8.0范围内，两者反硝化速率差异不 大。同时，在不同pH时，反硝化微生物积累的 中间产物也不同。
溶解氧DO
一般认为，当DO浓度低于1mg/L时，反硝 化菌具有反硝化活性，但也有个别菌种的 DO耐受性较强，如Pseudomonas sp.在DO浓 度为2mg/L仍具活性，在DO低于2mg/L时， 其反硝化活性随之成反比 ；
3、1 异养厌氧反硝化细菌在A/O工艺中的 应用
A/O工艺所完成的生物脱氮在机制上主要由硝化和反硝化2 个生化过程构成,污水先在好氧反应器中进行硝化,使含氮有机物 被细菌分解成氨,然后在亚硝化细菌的作用下氨进一步转化为亚 硝酸态氮,再经硝化细菌作用而转化为硝态氮。硝酸盐氮进入缺 氧或厌氧反应器后,经过反硝化作用,利用或部分利用污水中原有 的有机碳源为电子供体,以硝酸盐代替分子氧作为电子受体,进行 无氧呼吸,分解有机质,同时将硝酸盐氮还原为氮气。
4、发展前景
①反硝化细菌能够把污水中的硝酸盐转换为氮气 释放出来,这在污水处理系统中是十分重要的，其 再SBR和氧化沟工艺中已得到广泛的运用。 ②自养反硝化细菌(如脱氮硫杆菌)的发现和利用 解决了异养反硝化细菌对有机碳源的需求问题,它 不需要有机物作为碳源,仅有无机盐的存在就可以 完成反硝化作用。脱氮硫杆菌在把硫或硫的化合 物氧化为硫酸盐的同时,将硝酸盐还原为氮气。自 养反硝化细菌为污水处理开辟了一条新的捷径,相 信它将具有更为广阔的应用前景。
3、在污水处理中的运用
反硝化细菌在污水处理过程中起到十分重 要的作用。传统理论认为反硝化细菌是异养厌 氧的,20世纪80年代发现了好氧反硝化细菌。 最近,自养反硝化细菌的发现,特别是脱氮硫杆 菌的发现引起了人们的极大兴趣。 微生物反硝化过程是一种经济有效的硝酸 盐去除方法。反硝化细菌在此过程中起非常重 要的作用,它能够使NO3-逐步转变为NO2-、NO、 N2O和N2,从而达到脱氮的目的。
温度
在5～19℃的天然条件下进行了反硝化验,NO3-的 去除在温度＜8℃时也能持续进行,当温度从14℃增加 到19℃时,对每天N的去除量影响很小。相反,温度从 19℃上升到24℃时导致反硝化速度增加了60%,更高的 温度继续加速反硝化作用,在30℃时反硝化速度比在 14℃时观察到的速度快2倍。
温度对反硝化速率的影响很大，反硝化 细菌的最适宜温度在30℃左右，低于5℃或高 于40℃，反硝化的作用几乎停止。