。54 北京科技大学学报 2007年增刊2 硝化过程主要由硝化菌来完成.亚硝酸菌和硝 在反应器内的停留时间(0)N必须大于自养型硝化 酸菌统称为硝化菌，硝化菌是化能自养菌，革兰氏染 菌最小的世代时间(0。)Nmim.一般对(0。)v的取值， 色阴性，不生芽孢的短杆状细菌，广泛存活于土壤 至少应为(0。)Nmim的2倍以上，即安全系数应大于 中，在自然界的氮循环中起着重要作用.这类细菌 2. 的生理活动不需要有机营养物质，由CO2获取碳 ⑤重金属及有害物质.除重金属外，对硝化反 源，从无机物的氧化中获取能量， 应产生抑制作用的物质还有高浓度的NH一N、高 在未经处理的新鲜废水中，含氮化合物存在的 浓度的NO:一N、有机底物以及络合阳离子等. 主要形式有：(a)有机氮，如蛋白质、氨基酸、尿素、胺 2.2影响反硝化反应的环境因素 类化合物、硝基化合物等：(b)氨态氮(NH3、NH). ①碳源.一般认为，当废水中BODs/T-N值 一般以前者为主. 3~5时，即认为碳源充足，无需外加碳源.当原废 含氮化合物在微生物的作用下，相继产生氨化 水中碳、氮比值过低，如BOD5/T一N值<3~5，则需 反应和硝化反应.通过氨化反应，有机氮化合物在 投加有机碳源，现多采用甲醇(CH3OH),因为它被 氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮.在硝化菌的 分解后的产物为C02和H20,不产生任何难于降解 作用下，氨态氮进一步分解氧化，分两个阶段进行， 的中间产物，而且反硝化速率高. 首先在亚硝化作用下，使氨(NH)转化为亚硝酸 ②pH值.pH值是反硝化反应的重要影响因 氮，然后，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化 素，对反硝化菌最适宜的pH值是6.5~7.5，在这一 为硝酸氮.这个过程称为硝化反应. pH值条件下，反硝化速率最高，当pH值高于8或 反硝化反应是指硝化氮(NO3一N)和亚硝酸氮 低于6时，反硝化速率将大为下降. (NO2-N)在反硝化菌的作用下，被还原为气态氮 ③溶解氧.反硝化菌是异养兼性厌氧菌，只有 (N2)的过程. 在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件 反硝化菌属于异养型兼性厌氧型细菌.在厌氧 下，它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝 条件下，进行厌氧呼吸，易硝化氮(NO?-N)为电子 酸盐还原.反硝化菌以在厌氧、好氧交替的环境中 受体，以有机底物（有机碳）为电子供体.在这种条 生活为宜，溶解氧应控制在0.5mgL以下. 件下，不能释放出更多的ATP,合成的细胞物质也 ④温度.反硝化反应的适宜温度是20~40℃ 较少. 低于15○时，反硝化菌的增殖速率降低，代谢速率 在反硝化反应过程中，硝化氮通过反硝化菌的 也降低，从而降低了反硝化速率. 代谢活动，可能有两种转化途径，即：同化反硝化（合 3 成)，最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分： 实验设计 另一为异化反硝化（分解），最终产物是气态氮. 3.1人工湿地系统耐冷菌的筛选培养 2微生物脱氨影响因素 采用传统的涂平板与液态培养基交替培养转换 2.1硝化反应正常进行的环境条件 法筛选耐冷菌。首先将处理后的菌种接种于液态培 应当注意，硝化菌对环境的变化很敏感，为了使 养基，然后涂平板，从中选出优势菌株进行脱氮比 硝化反应正常进行，就必须保持硝化菌所需要的环 较，从而确定最优菌株，再将该菌株接种于液态培养 境条件. 基中，依此循环，直至所选各株菌株颜色相同、硝化 ①溶解氧.氧是硝化反应过程中的电子受体， 能力相当，即得到纯菌种. 反应器内溶解氧高低，必将影响硝化反应的过程. 3.2耐冷菌的性质实验 实验结果证实，进行硝化反应的曝气池内溶解氧浓 将己接种菌体的试管置于摇床上，在不同温度 度应≥1mg/L. (5、15、20.25、30、35、40℃培养，转速200r/min条 ②温度.硝化反应的适宜温度是20~30℃， 件下，分别培养0、24、48、72、96、120、144、168h,然 15℃以下，硝化速度下降，50时完全停止. 后放于冰箱中贮存.将得到的所有样品一同比浊测 ③pH值.硝化菌对pH值的变化非常敏感，最 定浊度值（在680nm下测其吸光值）.根据公式 佳pH值是80~8.4.在最佳pH值条件下，硝化速 (1)、(2)、(3)计算各菌株在不同温度下的比生长速 度、硝化菌的比增殖速率均可达最大值. 率和时代时间. ④生物固体平均停留时间（污泥龄）.为了使 k=2.303gx2-gx业 硝化菌群能够在连续流反应器系统中存活，微生物 (1) t2一t1硝化过程主要由硝化菌来完成 .亚硝酸菌和硝 酸菌统称为硝化菌, 硝化菌是化能自养菌, 革兰氏染 色阴性, 不生芽孢的短杆状细菌, 广泛存活于土壤 中, 在自然界的氮循环中起着重要作用.这类细菌 的生理活动不需要有机营养物质, 由 CO2 获取碳 源, 从无机物的氧化中获取能量. 在未经处理的新鲜废水中, 含氮化合物存在的 主要形式有:( a) 有机氮, 如蛋白质 、氨基酸 、尿素、胺 类化合物、硝基化合物等;( b) 氨态氮( NH3 、NH + 4 ) . 一般以前者为主 . 含氮化合物在微生物的作用下, 相继产生氨化 反应和硝化反应.通过氨化反应, 有机氮化合物在 氨化菌的作用下, 分解、转化为氨态氮 .在硝化菌的 作用下, 氨态氮进一步分解氧化, 分两个阶段进行, 首先在亚硝化作用下, 使氨( NH + 4 ) 转化为亚硝酸 氮, 然后, 亚硝酸氮在硝酸菌的作用下, 进一步转化 为硝酸氮 .这个过程称为硝化反应. 反硝化反应是指硝化氮( NO - 3 -N) 和亚硝酸氮 ( NO - 2 -N) 在反硝化菌的作用下, 被还原为气态氮 ( N2) 的过程. 反硝化菌属于异养型兼性厌氧型细菌 .在厌氧 条件下, 进行厌氧呼吸, 易硝化氮( NO - 3 -N) 为电子 受体, 以有机底物( 有机碳) 为电子供体.在这种条 件下, 不能释放出更多的 ATP, 合成的细胞物质也 较少 . 在反硝化反应过程中, 硝化氮通过反硝化菌的 代谢活动, 可能有两种转化途径, 即 :同化反硝化( 合 成) , 最终形成有机氮化合物, 成为菌体的组成部分 ; 另一为异化反硝化( 分解) , 最终产物是气态氮 . 2 微生物脱氮影响因素 2.1 硝化反应正常进行的环境条件 应当注意, 硝化菌对环境的变化很敏感, 为了使 硝化反应正常进行, 就必须保持硝化菌所需要的环 境条件. ①溶解氧 .氧是硝化反应过程中的电子受体, 反应器内溶解氧高低, 必将影响硝化反应的过程 . 实验结果证实, 进行硝化反应的曝气池内溶解氧浓 度应 ≥1 mg/L . ②温度 .硝化反应的适宜温度是 20 ～ 30 ℃, 15 ℃以下, 硝化速度下降, 5 ℃时完全停止. ③pH 值 .硝化菌对 pH 值的变化非常敏感, 最 佳 pH 值是 8.0 ～ 8.4 .在最佳 pH 值条件下, 硝化速 度、硝化菌的比增殖速率均可达最大值 . ④生物固体平均停留时间( 污泥龄) .为了使 硝化菌群能够在连续流反应器系统中存活, 微生物 在反应器内的停留时间( θc ) N 必须大于自养型硝化 菌最小的世代时间( θc) N min .一般对( θc) N 的取值, 至少应为( θc) N min的 2 倍以上, 即安全系数应大于 2 . ⑤重金属及有害物质 .除重金属外, 对硝化反 应产生抑制作用的物质还有高浓度的 NH + 4 -N 、高 浓度的 NO - x -N 、有机底物以及络合阳离子等 . 2.2 影响反硝化反应的环境因素 ①碳源.一般认为, 当废水中 BOD5/T-N 值> 3 ～ 5 时, 即认为碳源充足, 无需外加碳源 .当原废 水中碳 、氮比值过低, 如 BOD5/T-N 值 <3 ～ 5, 则需 投加有机碳源, 现多采用甲醇( CH3OH) , 因为它被 分解后的产物为 CO2 和H2O, 不产生任何难于降解 的中间产物, 而且反硝化速率高 . ②pH 值 .pH 值是反硝化反应的重要影响因 素, 对反硝化菌最适宜的 pH 值是 6.5 ～ 7.5, 在这一 pH 值条件下, 反硝化速率最高, 当 pH 值高于 8 或 低于 6 时, 反硝化速率将大为下降. ③溶解氧.反硝化菌是异养兼性厌氧菌, 只有 在无分子氧而同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件 下, 它们才能够利用这些离子中的氧进行呼吸, 使硝 酸盐还原 .反硝化菌以在厌氧 、好氧交替的环境中 生活为宜, 溶解氧应控制在 0.5 mg/ L 以下. ④温度.反硝化反应的适宜温度是 20 ～ 40 ℃, 低于 15 ℃时, 反硝化菌的增殖速率降低, 代谢速率 也降低, 从而降低了反硝化速率 . 3 实验设计 3.1 人工湿地系统耐冷菌的筛选培养 采用传统的涂平板与液态培养基交替培养转换 法筛选耐冷菌.首先将处理后的菌种接种于液态培 养基, 然后涂平板, 从中选出优势菌株进行脱氮比 较, 从而确定最优菌株, 再将该菌株接种于液态培养 基中, 依此循环, 直至所选各株菌株颜色相同 、硝化 能力相当, 即得到纯菌种. 3.2 耐冷菌的性质实验 将已接种菌体的试管置于摇床上, 在不同温度 ( 5 、15 、20 、25 、30 、35 、40 ℃) 培养, 转速 200 r/min 条 件下, 分别培养 0 、24 、48 、72 、96 、120 、144 、168 h, 然 后放于冰箱中贮存 .将得到的所有样品一同比浊测 定浊度值( 在 680 nm 下测其吸光值) .根据公式 ( 1) 、( 2) 、( 3) 计算各菌株在不同温度下的比生长速 率和时代时间[ 4] . ki = 2.303( lg x 2 -lg x 1) t 2 -t 1 ( 1) · 54 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 2