异养硝化细菌Bacillus sp. LY脱氮性能及其脱氮途径的试验研究

摘要

异养硝化不同于传统的自养硝化，是指异养微生物将还原态氮(包括有机态氮)氧化为羟胺，亚硝酸盐和硝酸盐的过程。一些特殊的异养硝化细菌既能异养硝化，又能好氧反硝化，这使硝化和反硝化能够在一个反应器中同时进行，而不用像传统的生物脱氮工艺那样将好氧和缺氧分开，这无疑提高异养硝化细菌在污水脱氮中的应用价值。在我国，对异养硝化现象以及异养硝化机制的研究还处于起步阶段，要想将异养硝化运用到工程实践中还需要对异养硝化现象做进一步的研究，对异养硝化机制有更深入的了解。本论文以国家自然科学基金项目“Bacillus sp.LY菌株的异氧脱氮性能及其代谢机制的研究”为背景，系统考察了Bacillus sp.LY的脱氮性能，通过对Bacillus sp.LY代谢氯化铵过程中中间产物和关键酶羟胺氧化酶(HAO)的研究，初步探索了其脱氮途径，旨在为探索Bacillus sp.LY脱氮机制打下基础。主要结果如下： Bacillus sp. LY对不同浓度的氨氮都表现出了较高的氨氮和总氮的去除率，一部分氨氮最终是以氮气的形式被脱除，说明了Bacillus sp.LY是一株具备异氧脱氮能力的细菌。在以CO2为唯一碳源的自养好氧条件下，Bacillus sp.LY并不能脱氮，反而会随着细胞的死亡释放出有机氮。在体系中菌液初始浓度一定时，适中的有机碳源浓度和C/N能够保证菌株发挥出较高的脱氮性能。 在Bacillus sp.LY代谢氯化铵时，反应体系中检测到了羟胺、亚硝态氮、硝态氮以及氧化亚氮。分别以NO2-N、NO3-N为底物时，发现NO2-N浓度的高低会影响细菌生长，NO3--N浓度的高低对细菌生长影响不大。Bacillus sp.LY除了可以利用NO2-N或者NO3-N作为氮源供自身生长繁殖，也可以将NO2-N或者NO3-N代谢转化，最终以N2的形式脱除。推测NO2-N和NO3-N是Bacillus sp.LY将NH4+-N转化并最终以N2形式脱除这个过程中氮的转化形态。这也增大了细菌先经过一个硝化过程反应得到NO3-N(即将NH4+-N转化成为NH2OH、NO2--N，随后转化成为NO3-N)，再反硝化生成N2O，最后生成N2脱氮的可能性。但不排除该菌通过另一条途径脱氮。 相对于胞内酶粗提液，HAO酶应该存在于胞外酶粗提液中，由胞外酶粗提液组成的HAO酶粗提液在HAO酶活反应后并不产生亚硝态氮，推测Bacillus sp. LY很有可能是先将NH4+-N转化成为NH2OH，由NH2OH直接氧化到N2O，然后再转化成为N2脱氮。但不排除细菌通过另一条途径脱氮，即先硝化然后再反硝化脱氮。 研究结果表明，Bacillus sp.LY可能同时通过两条途径脱氮：一条是氨氮先硝化生成亚硝酸盐与硝酸盐，然后反硝化生成氮气。另一条是氨氮被氧化生成羟胺，然后脱氢生成氧化亚氮并进一步转化为氮气。