好氧反硝化微生物细菌的提取与应用原理

   近年来，关于好氧反硝化过程的研究主要集中在三个方面：分别是好氧反硝化菌株的分离和脱氮性能表征，好氧反硝化微生物的应用潜力分析，以及好氧反硝化过程的机理研究。

    好氧反硝化菌株分布范围广泛，可从多种环境中分离得到，种属以Pseudomonas sp.、Alcaligenessp.和Paracoccus   sp.为主。好氧反硝化菌株及菌群在实验室条件下表现出优良的耐冷、耐盐特性，并具有可降解毒性有机物及 N  O减排的潜力。关于好氧反硝化过程的机理研究表明，虽然2硝酸盐作为电子受体的竞争力比氧气弱，但反硝化作为辅助电子传递途径，可提高产能效率，防止 NAD(P)H的过量积累。因此，硝酸盐可与氧气同时参与微生物的新陈代谢，即发生好氧反硝化现象。未来除了继续分离更新更好的好氧反硝化菌株外，应加强对好氧反硝化机理及实际生物强化方面的研究。  

关于好氧反硝化过程的研究主要集中在以下三个方面：

(1)  好氧反硝化菌株的分离鉴定与脱氮性能表征；
(2)  好氧反硝化过程的应用潜能分析；
(3)  好氧反硝化过程的机理研究。本文将从这三个方面综述近年来的研究成果，并对今后的研究方向进行展望。
  

1，好氧反硝化菌株的分离与生理生化特性研究

    一直以来，关于异养硝化-好氧反硝化过程的影响因素研究主要集中在碳源、 C/N、溶解氧(Dissolved oxygen, DO)、pH、温度等方面。已有的研究结果表明，大部分菌株的碳源为丁二酸钠，也有部分菌株在乙酸钠 或葡萄糖作碳源时效果。大部分异养硝化-好氧反硝化菌株在较高的C/N条件下可达到的生长速。也有研究者分离出一些贫营养菌株，可在   C/N为2时达到的脱氮效果。DO的研究多以摇瓶实验的转速或顶空氧气饱和度来表征，zui适摇瓶转速一般为 120–150 r/min (DO约为4–6 mg/L)顶空氧气饱和度为  15%–30%株在中性偏碱的 pH条件下活性zui高度为 25–37 °C 。

    近年来，研究人员对影响好氧反硝化菌生长和脱氮效果的一些其他因素展开了研究。  Chen等研究了多种因素对 Aeromonas  sp.  HN-02的冲击影响，其中包括  pH、低温和重金属冲击。菌株HN-02可适应  pH  4.0–10.0的环境，优于此前报道的大部分好氧反硝化菌。2   mg/L的    Cu对菌株的影响非常大，但相同浓度的 Zn则基本无影响，表明菌株对 Cu更敏感。综合来看，目前关于好氧反硝化菌分离与表征的研究多集中在不同菌株的分离、脱氮性能表征和影响因素讨论三方面，对不同好氧反硝化菌株之间共性及机理的研究较少。以后的研究除了继续分离更新更好的菌株之外，对好氧反硝化菌共性和机理的研究也有待加强。 

2，好氧反硝化菌的应用潜力分析

好氧反硝化菌生长速度快，对很多特殊废水均有优良的脱氮效果。目前好氧反硝化菌在应用方面的研究主要集中在以下四个方面，分别是低温脱氮、耐盐脱氮、对毒性物质的降解和 N O减排等。

2.1 低温生物脱氮

环境温度低于 10度时，微生物的活性和生长速率会大幅降低，从而使污水脱氮的效果受到影响。相比于传统脱氮工艺，异养硝化  -好氧反硝化菌具有较好的低温脱氮效果。Zou等   将驯化得到的低温硝化菌群与好氧反硝化菌群结合使用，10 °C下以铵盐作为氮源时，反应    24 h时氨氮去除率达到 100%，48   h 时总氮去除率到 80%。Yao等  在有氧条件下对活性污泥进行短期低温驯化，得到具有低温脱氮效果的异养硝化好氧反硝化菌群。

2.2耐盐生物脱氮

部分异养硝化 -好氧反硝化菌在盐度较高时仍具有较好的脱氮能力。Guo等 从盐碱湖污泥样品 中分离出一株 Halomonas  campisalis  ha3，在  NaCl含量为 4%时达到zui大反硝化速率，且在 NaCl含量为 20%时仍能存活。Duan等从海洋沉淀物中分离出一株   Vibriodiabolicus   SF16，当盐度为 1%–5%时，对氨氮的去除率可达 92%以上(反应时间 48  h)。将该菌株接种到盐度为  3%的生物过滤反应器中，对氨氮和总氮的去除率比不接种的反应器分别65.5%和47.2%，表明该菌株具有良好的耐盐脱氮能力。

2.3 毒性物质的生物降解与转化

异养硝化-好氧反硝化菌生长快、活性高，相比传统的脱氮菌，具有更强的毒性物质降解与转化能力。Lu等   从膜生物反应器中分离出一株  Serratia文献中报道的一些硝化菌群落     和好氧颗粒污sp.    LJ-1，可同时降解*和去除氨氮(起始浓度分别为 400 mg/L和  100  mg/L)，并在 300 h后均达到90%以上的去除率。通过氮平衡分析，消耗的氨氮有约 54%转化为氮气。表明菌株 LJ-1对*具有优良的降解能力。

2.4二氧化氮减排Zheng等 [30]从生物滤池中分离出一株Pseudomonas stutzeri PCN-1，可以 N O为底物进行2反硝化。初始 N O浓度为  39.4 mg/L时，PCN-1可以在 4  h内达到  98.1%的去除率。以硝酸盐为底物时，在顶空  O浓度不大于   50%情况下，脱氮效率基本不受影响，而且反应结束后没有 NO和  N   O的积累。将 PCN-1接种到普通活性污泥中后，可显提升总氮去除效果，并降低 N O产量，表明   PCN-1具有良好的二氧化氮减排潜力。 

3，好氧反硝化过程机理分析

Chen等研究了有氧呼吸和反硝化过程中的电子传递，从生物能学和动力学两个方面分析了氧气和硝酸盐作为电子受体时的竞争力。分析结果显示，硝酸盐在生物能学和动力学方面均不占优势，因此当氧气存在时，微生物总是倾向于使用氧气作为电子受体。
然而Robertson等对异养硝化-好氧反硝化菌Thiosphaera  pantotropha的研究表明，在氧气和硝酸盐同时存在时，Thiosphaera  pantotropha可同时利用氧气和硝酸盐且生长速率更快。Patureau等通过COD的消耗计算了好氧反硝化菌群在不同DO和碳氮负荷条件下有氧呼吸和反硝化消耗有机物的比例。结果显示，在不同 DO条件下，硝酸盐都有消耗。DO升高，有氧呼吸消耗  COD的比例逐渐上升，反硝化消耗  COD的比例逐渐下降并趋于稳定。在 DO为  1.7–6.3 mg/L时，硝酸盐的去除率为31%左右，反硝化消耗COD的比例稳定在10%–15%。这个结果表明，反硝化可在好氧条件下发生。当 DO较低时，提升  DO浓度会显著降低反硝化消耗 COD的比例；但当   DO逐渐上升并超过一定浓度时(文中为 1.7  mg/L)，提升 DO对反硝化所占的比例基本无影响。此外，文中对好氧反硝化菌株M.aerodenitrificans的研究得到了相同的规律，但反硝化消耗  COD的比例相比上述的好氧反硝化菌群要更小。以上研究均证明，氧气和硝酸盐可以同时作为电子受体参与到微生物的新陈代谢过程中。