异养硝化―好氧反硝化细菌在海水养殖废水脱氮中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-aerobic denitrification, HN-AD)脱氮技术可在好氧条件下同步实现硝化/反硝化过程，在海水养殖废水生物脱氮处理中具有显著的优势。文章梳理了海水环境中HN-AD菌的分离筛选研究，结合关键功能基因和酶系分析了HN-AD脱氮途径与机制，归纳了碳源、碳氮比、溶解氧、氮源、温度、pH以及新型污染物等主要环境因子对HN-AD菌脱氮效果的影响。今后需进一步通过常规和分子生物学手段获得高效脱氮菌株，借助多组学手段阐明脱氮途径机制，厘清环境因素影响HN-AD菌的分子生物机制以获得最优工艺参数。     

一株反硝化细菌的筛选及其反硝化特性的研究

从土壤中分离到一株高活性反硝化菌DNF409,经生理生化和16S rDNA序列分析,初步判断为芽孢杆菌属(Bacillussp.)。在生长的各个阶段,该菌株均具有较强的反硝化活性,最适反硝化碳源为乙醇。在天然养殖水体中,碳氮摩尔比达到8.0∶1、菌体浓度达到108cfu/L时,其反硝化活性即可充分发挥,硝态氮和亚硝态氮的降解率可分别达到94.79%和99.94%。试验表明该菌株在养殖水体的生物脱氮方面具有广阔的应用前景。     

好氧反硝化菌对水质和鱼体饲喂效果的影响研究

以好氧反硝化菌株Bacillus sp.H2作为供试菌株,从水质指标、鱼体生长指标和免疫指标3方面全面考察菌株Bacillussp.H2作为水质改良剂对养殖水体和鱼体饲喂效果的影响。研究表明,菌株Bacillus sp.H2对水体亚硝态氮的平均降解率达到64.04%,总氮最终降解率达到16.0%,COD的最终降解率达到...     

异养硝化-好氧反硝化菌生物脱氮特性及相关催化酶系的研究进展

养殖废水中氮元素的积累可能造成水体富营养化。为了实现养殖废水中氮的去除,通常采用传统的自养硝化异养反硝化生物脱氮工艺,而异养硝化-好氧反硝化(heterotrophic nitrification-artobic denitrification, HN-AD)菌的出现实现了生物脱氮技术的突破。HN-AD菌能同步实现硝化和反硝化作用,具有分布范围广、适应能力强、世代时间短和脱氮速率快等优势,因此在养殖废水处理领域具有广阔的应用前景。本研究系统综述HN-AD菌的生物脱氮特性、影响因素、作用机制、相关催化酶系以及在实际废水处理中的应用,并从HN-AD菌株筛选、脱氮原理和实际应用等方面提出建议,旨在为HN-AD菌在养殖废水处理中的应用研究提供基础资料。[中国渔业质量与标准,2023,13(1):33-41]     

好氧反硝化技术处理水产养殖废水研究进展

好氧反硝化脱氮理论的出现,弥补了传统生物脱氮的不足。文章综述了好氧反硝化技术的研究进展及其在水产养殖污水处理中的应用,分别从微环境、生物化学和酶系统3个方面综述了好氧反硝化细菌作用机理方面的研究;概述了碳源、溶氧、碳氮比等环境因素对好氧反硝化效率的影响;总结了好氧反硝化反应器、固定化细菌以及外加碳源等好氧反硝化技术在水产养殖废水处理中的应用;突显了好氧反硝化在去除硝酸盐氮、从整体上调控氮的优势。好氧反硝化技术在水产养殖废水处理中优势显著,是水产养殖废水处理的有效途径。该技术在实际应用中还存在许多问题,仍需进一步研究。     

凡纳滨对虾养殖池塘硝化细菌的分离鉴定及脱氮效果研究

利用平板稀释涂布法和平板划线分离纯化法,自凡纳滨对虾养殖池塘中分离得到5株细菌,经过形态观察、生理生化特性以及16S rDNA序列分析,对分离菌株进行鉴定,同时对其硝化功能和氨氮去除特性进行研究。试验结果显示,分离得到的5株细菌分别为门多萨假单胞菌、嗜胺甲基杆菌、放射根瘤菌、施氏假单胞菌和氧化微杆菌。对其净化效果进行验证可知,门多萨假单胞菌和施氏假单胞菌对氨氮的去除率超过85%,分别为88.83%和91.73%;对亚硝态氮的去除率超过90%,分别为95.08%和97.39%;对硝态氮的去除率超过90%,分别为90.49%和91.22%。以上两种菌株有较高的氨氮和亚硝态氮去除效果,具有潜在的应用价值。     

一株高效脱氮菌株的分离鉴定及应用潜力分析

为了获得对虾养殖池塘中高效去除亚硝态氮和氨氮的菌株,采用富集培养分离的方法,从养殖水体中筛选得到1株去除亚硝态氮和氨氮的菌株,培养24 h后的去除率分别为96.17%和88.27%,编号为O-11。基于形态学、分子生物学及生理生化鉴定结果,明确了该菌株基本生物学特征以及可能的分类地位。分离菌株在20~30℃时有利于亚硝态氮的去除,而温度为20~35℃时对氨氮的去除效果较好;分离菌株在盐度小于30的环境中对亚硝态氮的去除能力受盐度变化的影响不大;在碱性环境中分离菌株对氨氮的去除能力较高。安全性检验可知,在菌浓度为10~5~10~8 cfu/mL的菌株O-11对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)是安全的,且在菌浓度为10~5 cfu/mL时能显著提高对虾的存活率,促进对虾生长。这说明,分离菌株O-11在水产养殖水体中有害氮脱除方面具有潜在的应用价值。     

一株去除亚硝态氮细菌分离鉴定及特性研究

自对虾养殖后期池水中分离纯化出一株高效去除亚硝态氮的细菌,进行了菌体的亚显微形态观察和16SrDNA同源序列分析,并探讨了起始pH、温度和碳氮比对该菌株去除亚硝态氮效果的影响。结果表明,分离菌株在初始亚硝态氮质量浓度为55.51mg/L的异养硝化培养基中培养12h后,亚硝态氮去除率达到98.69%;根据形态学特征、生理生化特性及16SrDNA序列分析,确定该菌株为脱氮海洋单胞菌,菌株去除亚硝态氮的最适宜条件为:初始pH 9,温度35℃,碳氮比16。     

好氧反硝化菌对水质和鱼体饲喂效果的影响研究

以好氧反硝化菌株Bacillus sp.H2作为供试菌株,从水质指标、鱼体生长指标和免疫指标3方面全面考察菌株Bacillussp.H2作为水质改良剂对养殖水体和鱼体饲喂效果的影响。研究表明,菌株Bacillus sp.H2对水体亚硝态氮的平均降解率达到64.04%,总氮最终降解率达到16.0%,COD的最终降解率达到32.39%,未对水体pH产生明显影响;鲤的饲料系数降低18.9%,增重率提高41.55%,饲料蛋白质效率提高24.13%,均达到显著性差异(P<0.05);血清溶菌酶活性提高334.65%,差异显著(P<0.05),超氧化物歧化酶活性较对照组提高4.38%,差异不显著(P>0.05)。结果表明,菌株Bacillussp.H2不仅可以显著改善水质条件,而且可以提高鱼体的饲喂效果。     

1株好氧反硝化芽孢杆菌的脱氮特性研究

以具有较强反硝化能力的芽孢杆菌D5为出发菌株,研究了其牛长及好氧脱氮特性.研究结果表明,在高浓度的亚硝酸盐环境下其仍具有相当强的反硝化能力,且碳源为乙酸钠时脱氮能力最强.当碳源浓度0.2 mol/L、温度36℃、初始pH 7.0、溶氧5～7 mg/L时具有最佳的反硝化活性.和已报道的反硝化细菌相比,其具有更强的耐氧能力,同时也具有较高的反硝化速率.     

稻蟹共作模式对池塘养殖尾水的净化效果研究

为探究稻蟹共作模式对池塘养殖尾水的净化能力,在宁夏银川地区的大规模稻蟹共作-池塘养殖耦合系统中,稻田种植面积52 hm²,水产养殖面积20 hm²,采取田间试验、水质分析相结合的方法,分别对稻田进水口、出水口水体中的溶解氧、磷酸盐、亚硝态氮、氨氮等水环境指标进行分析。结果表明,2020年试验稻田出水口氨氮、磷酸盐、亚硝态氮的最高去除率分别为69.2%、14.0%、100%,2021年试验稻田出水口氨氮、亚硝态氮的最高去除率分别为25.1%、100%,2022年试验稻田出水口氨氮、磷酸盐、亚硝态氮的最高去除率分别为76.9%、74.4%、100%。试验结果显示,2022年稻田对池塘养殖尾水的净化效果最好。由此表明,稻蟹共作模式可以显著降低池塘养殖尾水中的氨氮、磷酸盐、亚硝态氮水平,具有较好的水质净化效果,对生态环境产生积极影响。     

厌氧/缺氧/好氧序批式反应器处理养殖尾水的脱氮除磷性能研究

为了探究厌氧/缺氧/好氧(anaerobic/anoxic/aerobic, A²/O)工艺试验装置处理模拟养殖尾水的处理效果，本研究在反硝化聚磷菌富集阶段，经过聚磷菌的活化、反硝化聚磷菌的富集、保持系统稳定三个阶段的富集培养，系统除磷率达到80%。在利用反硝化除磷菌处理模拟养殖尾水期间，通过A²/O工艺试验装置连续性进水出水，系统出水硝酸盐氮(NO^-₃-N)去除率全程达到了95%。出水的磷酸盐(PO₄^3-)去除率40%～50%,出水总氮(TN)去除率也稳定在88%,出水的总磷(TP)去除率在30%～50%。探究A²/O工艺试验装置处理高硝酸盐氮生物絮团尾水和循环水养殖尾水的处理效果时，通过额外添加乙酸钠充当碳源的方式，添加碳源维持碳氮比在3.4∶1的组别脱氮效果显著，但除磷效果不显著，未达到SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》一级排放标准，需要进一步处理。     

玉米芯强化生物反应器对罗非鱼循环养殖废水脱氮效果研究

研究了以玉米芯同时作为反硝化碳源和生物膜载体的人工强化生物反应器对罗非鱼(Oreochromis spp.)循环养殖废水的脱氮效果,并对新型反应器脱氮微生物多样性进行了分析。结果表明,实验室条件下,人工强化挂膜方式可明显缩短装置的启动时间,新型脱氮装置具有良好的脱氮效果,氨氮可从(8.00±2.22)mg·L~(-1)降至3.50 mg·L~(-1),硝酸盐可从(31.50±1.57)mg·L~(-1)降至0.5 mg·L~(-1),较好地实现了高溶氧养殖废水的同步硝化反硝化作用,总氮去除率达85%以上。微生物群落结构分析表明,人工富集培养的硝化菌和反硝化菌均较为成功,随着装置运行时间的延长,玉米芯表面生物膜菌群也随之发生变化,参与脱氮的硝化细菌菌属主要由亚硝酸螺菌属(Nitrosospira)、亚硝酸单胞菌属(Nitrosomonas)、亚硝酸球菌属(Nitrosococcus)3个属组成;丰度最大的反硝化菌属为产碱菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)、假单胞菌属(Pseudomonas)和脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)。     

硫铁矿人工湿地对微污染水源的水质净化效果

为进一步提升人工湿地在微污染水源条件下的同步脱氮除磷能力,以硫铁矿作为湿地填料设计构建了人工湿地装置,并采用挂膜法对硫铁矿进行硫自养型反硝化细菌表面负载,在此基础上研究硫铁矿人工湿地对水体中污染物的去除规律和去除机理,并通过高通量基因测序技术分析硫铁矿表面微生物的群落结构。结果显示,从UASB活性污泥中筛选出的硫自养型反硝化菌活性最高,脱氮效果最好;在微污染水源条件下,硫铁矿潜流人工湿地具有较好的同步脱氮除磷能力,在水力停留时间为60 h条件下,其对水体中的化学需氧量(COD_Cr)、氨氮(NH₃-N)、硝态氮(NO₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的平均去除率分别达到53.5%、60.9%、67.2%、49.2%、46.3%;矿石表面发现菌群群落达到13门以上,变形菌门(Proteobacteria)为矿石表面最为优势的功能微生物菌群,相对丰度比例占45%左右,硫杆菌属(Thiobacillus)为自养反硝化脱氮的主要功能菌属。研究表明,采用硫铁矿作为填料可显著提高人工湿地的脱氮除磷效果,对微污染水体有较好的水质净化效果,以硫源作为反硝化过程的电子供体可以提高低碳源条件下系统的反硝化效果。     

三株异养硝化–好氧反硝化细菌对圆斑星鲽养殖水质的净化效果

为了考察3株异养硝化–好氧反硝化细菌对圆斑星鲽(Verasper variegates)养殖废水的净化效果,选择初始体重为(98±6)g的圆斑星鲽240尾,随机分为8组。分别接种花津滩芽孢杆菌(Bacillus hwajinpoensis)SLWX_2、嗜碱盐单胞菌(Halomonas alkaliphila)X_3和麦氏交替单胞菌(Alteromonas macleodii)SLNX2的不同组合。测定了不同组合中各项无机氮及有机物的变化情况。结果显示,在实验过程中,对照组氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、总氮和化学需氧量的浓度均呈持续上升趋势,分别从0.21 mg/L升至15.94mg/L,0.08 mg/L升至5.68 mg/L,1.10 mg/L升至7.05 mg/L,1.74 mg/L升至38.86 mg/L,1.19 mg/L升至22.87 mg/L。而加菌组的各指标浓度一直低于对照组,其中,SLWX_2+X_3+SLNX2组合对圆斑星鲽养殖废水净化效果最佳,氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、总氮、化学需氧量的浓度分别低于对照组68.55%、48.36%、58.38%、40.02%和27.47%,SLWX_2+X_3组合的净化效果次之。此外,第21天时,对照组出现大量死鱼现象,各实验组中仅有少量死鱼。研究表明,添加的异养硝化–好氧反硝化细菌可在不添加碳源的情况下实现脱氮功能,有效维护养殖水质,并且对圆斑星鲽无毒害及致病作用。     

一株高效氨氮及亚硝态氮去除功能菌株的分离鉴定及在生物絮团对虾养殖中的应用

从凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖水体中分离出具有高效氨氮及亚硝态氮去除功能的菌株Y2,生理生化和16SrRNA基因序列比对分析结果显示该菌株为麦氏交替单胞菌(Alteromonas macleodii)。进一步通过生长实验进行温度、酸碱度、盐度的培养条件优化,利用抗生素药敏实验筛选菌株特定抗性;通过卤虫浸泡感染的方法检测麦氏交替单胞菌Y2的安全性,并测定海水培养液OD_(600)及含氮无机污染物的浓度,探究菌株Y2生长与水体中氨氮、亚硝态氮、硝态氮之间的动态变化关系;通过28d对虾养殖试验,监测水质、生物絮团形成量、致病菌数量及对虾成活率生长速率,进一步阐明菌株在实际养殖中的功效。结果表明,该菌株Y2对苯唑西林、克林霉素有抗性;对卤虫的48 h半致死浓度高于1.9×10~8 cfu/mL,显著高于哈氏弧菌(10~2 cfu/mL)。此外,该菌具有持续去除水体中氨氮、亚硝态氮的功能。在养殖实验中能抑制潜在病原菌弧菌生长、提高对虾存活率及生长率,并且能在水体中稳定存活较长时间。综上所述,菌株Y2是养殖用益生菌制剂的优良备选菌株,可作为生物絮团养殖系统中调节水质的关键菌株。     

一株中度嗜盐反硝化细菌的分离鉴定及其代谢特性研究

从某海产养殖企业的水质净化单元中分离获取反硝化细菌,探明其对硝酸盐的代谢特性,旨在为高盐度养殖废水的脱氮处理提供耐盐型菌种。采用添加海水的反硝化细菌培养基,利用系列稀释法和平板划线法分离获取反硝化细菌,通过其形态特征和分子生物学特征进行鉴定,并在不同环境条件和营养条件下测定其反硝化活性。试验结果表明,分离筛选得到的反硝化菌株DN20为革兰氏阴性杆菌。该反硝化细菌为Halomonas属,其最佳代谢条件为温度30℃,盐度100,p H 7.5~8.5,C/N(质量比)4∶1。菌株DN20对NO_3~--N的半饱和常数(K_s)为94.09 mg/L,最大比反硝化速率(q_(max))为3.90 mg/(g·h)。     

碳源对反硝化聚磷菌(RC11)磷酸盐代谢的影响

反硝化聚磷微菌由于具有同时脱氮和除磷的特点,能够最大程度的减少碳源需求,为解决生物脱氮除磷工艺的碳源竞争矛盾提供了新的思路和方法。以纯培养方式探讨了外源性碳源、硝酸盐对反硝化聚磷菌(RC11)磷酸盐代谢活动的影响。结果表明,好氧培养时,菌株RC11在外源碳源存在时发生了超量吸磷现象;缺氧培养时,菌株RC11可以利用硝酸盐而非亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化聚磷。无外加碳源时,菌株RC11经历厌氧阶段后初期可以利用硝酸盐氧化到亚硝酸盐的过程中产生的能量进行摄磷;但当亚硝酸盐的积累达到高峰时,进入以亚硝酸盐为电子受体的反硝化阶段,由于亚硝酸盐氮不能作为氧分子的替代物进行反硝化除磷,菌株RC11实际上处于一个厌氧环境,会引发释磷;在厌氧条件下菌株RC11具有利用硝酸盐作为电子受体进行反硝化除磷的功能。     

预培养生物膜法在海水循环水养殖系统中的应用效果

为缩短新建海水循环水养殖系统生物过滤器硝化功能构建时间,通过预培养生物膜的方法获得已建立完全硝化功能的2.5 m3过滤材料,将其置于新建系统的生物过滤器中进行硝化细菌接种,系统放养美国红鱼(Sciaenops ocellatusL innaeus)。结果表明:经12 d系统的硝化功能成熟,养殖池氨态氮维持在0.50 mg/L左右,亚硝态氮维持在0.10 mg/L以下,系统运行34 d,硝态氮上升至63.58 mg/L。18~48 d系统稳定运行阶段,养殖池出水口氨态氮平均值0.44 mg/L,进水口氨态氮平均值0.05 mg/L,一次性平均去除率88.64%。系统的日换水量1%。养殖1个月,美国红鱼成活率90.91%,养殖密度达28.65 kg/m3水体。预培养生物膜法有效缩短了海水生物过滤器硝化功能构建的时间,具有操作简单、节约时间、系统运行稳定的特点,将使内陆地区开展海水鱼养殖变为可能。     

养殖水体中水质净化菌的筛选和鉴定

通过富集培养的方法,从养殖水体和淤泥中筛选出4株优良的水质净化菌.各菌株经鉴定分别为假单胞菌属(Pseudomonas)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、黄色节杆菌(Arthrobacter flavescens)、坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus).它们对模拟养殖水体中高达5mg/L的氨态氮和亚硝态氮的降解率均能达到80%和90%以上,其中假单胞菌属还具有反硝化作用.