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环境因子对异氧硝化-好氧反硝化菌脱氮的影响

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：张迪

[导读] 摘要：从碳源、温度、pH、C/N等不同环境因子出发，叙述了不同环境因子对异氧硝化-好氧反硝化菌对脱氮效果的影响，以及特殊环境下异氧硝化-好氧反硝化菌的脱氮特性。

        河南水利与环境职业学院 450002
        摘要：从碳源、温度、pH、C/N等不同环境因子出发，叙述了不同环境因子对异氧硝化-好氧反硝化菌对脱氮效果的影响，以及特殊环境下异氧硝化-好氧反硝化菌的脱氮特性。同时介绍了异氧硝化-好氧反硝化菌在脱氮方面的现状，并且对前景进行展望。
        随着氮素污染越来越严重，传统生物脱氮已经无法满足氮素的去除，新型脱氮技术逐渐成为研究热点，异养硝化-好氧反硝化细菌作为一种能同时进行硝化和反硝化的新型脱氮菌，日益受到人们的关注。
        异氧硝化-好氧反硝化菌脱氮过程中，不同的环境因子对脱氮效率影响较大，本文从影响异氧硝化-好氧反硝化菌脱氮的环境因子出发，讨论在不同环境条件下，异氧硝化-好氧反硝化菌的脱氮特性。
        1 异氧硝化-好氧反硝化菌
        异养硝化-好氧反硝化菌是在好氧条件下能够将NH4+-N、NO2--N和NO3--N等转化为N2的微生物。早在1983年，Roberson等[1]发现第一株具有异养硝化-好氧反硝化功能的菌株Thiosphaera pantotropha，该菌在好氧反硝化阶段结束之后，能迅速进行反硝化阶段。目前，国内外已经筛选出许多异养硝化-好氧反硝化菌株，不同类型的菌也具有不同的生长特性及脱氮性能。常见的异养硝化-好氧反硝化菌包括假单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属、人苍白杆菌属等。与传统生物脱氮工艺相比，异养硝化-好氧反硝化菌能在一个生物反应器中同时进行硝化和反硝化，而且生长速度快，环境耐受能力强，为生物脱氮提供了应用前景。
        2环境因子对脱氮特性的影响
        异氧硝化-好氧反硝化菌在环境中广泛存在不同环境中，在不同条件下，其脱氮特性也不同。常见的影响因子主要有碳源、温度、pH、C/N等。
        2.1碳源
        异养硝化-好氧反硝化菌在生长过程中主要是以有机物作为碳源和能源，不同的碳源对于其生长及脱氮效率具有不同的影响。李秋芬等在研究菌株的环境适应性时，分别以蔗糖、葡萄糖、乳糖和乙酸钠为碳源，结果发现碳源为乙酸钠时，菌株的脱氮效率最高[2]。邵基伦等所筛选出的菌株YX02经过鉴定分析为伯克氏菌属，经过分析测定，发现在以琥珀酸钠为碳源时具有最高的脱氮效率[3]。因此，不同的碳源对于不同的菌株也会具有不同的脱氮效果。
        2.2温度
        温度主要是通过影响脱氮过程中酶的活性来影响脱氮效率。菌株X3在4℃时菌体浓度较低，脱氮效率也不高。随着温度的升高，在25℃的条件下培养8天，脱氮效率达到83.41%。当温度达到28℃时，菌株的生长最好，并且脱氮效率达到92.28%，温度在37℃时，脱氮效率达到91.23%，说明菌株X3的最佳温度是25-37℃[2]。铜绿假单胞菌YL在10℃时几乎不生长，随着温度升高，菌体的生长量逐渐增加，氨氮的去除率也逐渐增高，30℃时氨氮去除率最高，达到98.9%。当温度达到37℃时，过高的温度使得细胞的功能下降，影响脱氮效率[4]。细菌所在环境的温度直接影响细菌的生长、繁殖和代谢，对于一般的异养硝化-好氧反硝化菌株，最佳脱氮温度在28-37℃，但是对于耐冷菌株，此规律并不适用。
        2.3pH
        不同菌株在脱氮过程中由于pH的不同会产生不同的脱氮效率，地衣芽孢杆菌HN-02在pH为6-9的范围内具有较高的脱氮效率，培养24h之后，氨氮的去除效率达到82.93%-90.2%。当菌株在pH为2.3和4的培养基下培养时，氨氮去除效率远低于pH在6-9时的去除效率。

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当菌株在pH为11的培养基下培养时，菌株的脱氮效果并不好，培养72h时氨氮的去除效果只有25.54%[5]。
        2.4C/N
        C/N对于异养硝化-好氧反硝化菌株的脱氮效率有较大影响。菌株BN5在初始pH和碳源一定的情况下，当C/N为3时，由于碳源不足导致对于氨氮的降解率偏低，随着C/N增高，达到10的时候，对氨氮的降解速率最高，然而，当C/N继续增高时，氨氮的降解率开始下降，这就表明当系统内碳源的含量足够时，继续增加碳源的含量不会起到提高降解率的效果，甚至还会降低降解率[6]。这主要是因为当碳源充足时，硝化反应能够顺利或者较快进行，因此氨氮的降解效率就较高，但当碳源的含量过高时，会抑制硝化菌的活性，从而影响到脱氮效率[7]。
        2.5特殊环境
        经研究发现，多数异养硝化-好氧反硝化菌适宜在温和的条件下生存，并且进行脱氮处理。但是，实际的污水中，污染物成分复杂，环境特殊，比如高温、低温、高盐度、高氨氮、贫营养、重金属等。而在特殊环境下筛选出的菌株多数能够适应其环境，表现为在其环境中的耐受性，在实际污水处理中具有广泛的应用。
        3结论
        目前，国内对于异养硝化-好氧反硝化菌的报道并不多，筛选出来的菌株主要包括假单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属、人苍白杆菌属等。在菌株的脱氮过程中会受到多种因素的影响，导致脱氮效率发生变化，主要包括碳源、氮源、C/N、pH、温度等，菌株自身所处的环境以及筛选环境也会影响其脱氮效果。
        异养硝化-好氧反硝化菌自上世纪八十年代发现第一株到现在，得到研究者的广泛关注，但是目前大多数的菌株只能在实验室研究，还并没有应用到实际的生产过程中，真正地应用到废水脱氮的实践当中是今后的研究重点。在当今研究的基础上，可以与其他学科向结合，增强异养硝化-好氧反硝化的脱氮效率。另外，可以通过在特殊环境下筛选的菌株，研究其耐受性，从而有助于对于特殊水质废水的处理。
        参考文献：
        [1]Robertson L A，Kuenen J G，Kleijntjens R.Aerobic denitrification and heterotrophic nitrification by Thiosphaera pantotropha[J].Antonie van Leeuwenhoek，1985，51：445.
        [2]李秋芬，孙雪梅，张燕等，异养硝化-好氧反硝化菌株X3的环境适应性[J]，渔业科学进展，2013，34（3）；120-125
        [3]邵基伦，Burkholderia菌异养硝化-好氧反硝化特性及其强化废水处理的研究（D），暨南大学，2015
        [4]梁贤，任勇翔，杨垒等，异氧硝化-好氧反硝化YL的脱氮特性[J]，环境科学，2015，36（5）；1749-1756
        [5]Yan Guo，Xuemei Zhou，Yuguang Li，et al.Heterotrophic nitrification and aerobic denitrification by a novel Halomonas campisalis[J]，Biotechnol Lett， 2013，35：2045- 2049
        [6]李媛，一株异养硝化-好氧反硝化苯降解菌的分离鉴定及特性研究（D），太原理工大学，2015
        [7]陈赵芳，尹立红，浦跃朴等，一株异养硝化菌的筛选及其脱氮条件[J]，东南大学学报，2007，37（3）：486-490