《武汉工程大学学报》  2012年06期 4-7,17   出版日期：2012-06-30   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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施氏假单胞菌菌株的脱氮特性


0引言　　污水脱氨氮处理厂是基于传统生物脱氮工艺而建造的，即先由自养好氧硝化细菌进行硝化作用把氨氮变成硝酸氮，再由厌氧或者缺氧的异养反硝化细菌进行反硝化作用，把硝酸氮变成氮气.这是两个单独的过程，一般在两个反应单元交替进行.这个系统有如下几个缺点［1-3］：a.反应周期长，基建设施投入大，反应后留下产物难处理；b.菌种问题，即自养硝化菌生长缓慢，易受温度和有机物的影响；c.脱氮过程中存在反应产物对硝化与反硝化的遏制作用；d.反硝化过程中，反硝化细菌是异养菌，它的生长和脱氮都需要大量的有机碳源，而系统的有机碳在硝化阶段的曝气池中大部分被消耗，当反硝化过程有机碳含量低时往往向其投入碳源（如甲醇）.而施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）菌株WIT\|1是异养硝化-好氧反硝化菌株，在最适条件下，24 h对氨氮的去除率可以达到100%，48 h对化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）的去除率为73.44%［4］.它的发现克服上述缺点，使同时硝化与反硝化工艺成为可能，所以菌株WIT\|1对污水脱氮的应用前景广阔.　　本研究主要考察菌株WIT\|1对硝态氮的降解作用和对生活污水脱氨氮的基本条件，为菌株WIT\|1实际应用做前期的理论探讨工作.1实验部分1.1材料
1.1.1菌种来源施氏假单胞菌（P.stutzeri）菌株WIT\|1为本实验室分离保存菌种.
1.1.2培养基反硝化培养基［4］（g/L）：Na2HPO4·7H2O 7.9；KH2PO4 1.5； MgSO4·7H2O 0.1；丁二酸钠0.845；微量元素溶液2 mL；其中KNO3的质量含量随着试验内容而变.　　生活污水，取自中国地质大学（武汉）生活污水排污口，COD为300 mg/L左右，氨氮含量为38 mg/L左右.1.2方法
1.2.1菌株WIT\|1对脱硝态氮过程试验以丁二酸钠为碳源，配制COD为500 mg/L，初始硝态氮质量浓度为100 mg/L的反硝化培养基.250 mL锥形瓶分装100 mL培养液，接种扩大培养后的菌株WIT\|1菌液2%（体积比），置于 30 ℃、180 r/min的摇床上振荡培养.分别在培养0、6、12、24、48 h取样，离心5 min，转速8 000 r/min，取上清液测定其氨氮含量，对照组接同体积的无菌水.
1.2.2菌株WIT\|1对硝态氮浓度的耐受性试验以丁二酸钠为碳源，配制COD为500 mg/L，初始硝态氮浓度分别为100、200、300、400、500、800 mg/L的培养基.250 mL锥形瓶装液量、接种量、培养条件、取样、离心等同1.2.1，在培养24 h后测定其硝态氮的去除率.
1.2.3灭菌生活污水脱氨氮试验在装有四粒玻璃珠和150 mL灭菌的生活污水的250 mL锥形瓶中，接种量、培养条件、取样、离心、氨氮含量测定等同1.2.1，另外测定0、48 h COD含量.
1.2.4未灭菌生活污水脱氨氮试验在装有四粒玻璃珠和150 mL未灭菌的生活污水的250 mL锥形瓶中，接种量、培养条件、取样、离心、氨氮含量测定等同1.2.1，同时测定0、6、12、24、48 h COD含量.对照组接同体积的无菌水.
1.2.5提高未灭菌的生活污水中COD含量的脱氨氮试验在未灭菌的生活污水中添加丁二酸钠的含量，使生活污水的初始COD含量为500 mg/L，接种量、培养条件、取样、离心、氨氮含量测定等同1.2.4，不设置对照组，测定0、48 h COD含量.
1.2.6提高未灭菌生活污水接菌量的脱氨氮试验菌株WIT\|1的接菌量由原来的2%增加到8%，培养条件、取样、离心、氨氮含量与COD含量测定等同1.2.5.
1.2.7检测方法NO-3\|N：紫外分光光度法［5］ ；NH+4\|N：纳氏试剂光度法［5］ ；COD：重铬酸钾法［5］ .2结果与分析2.1菌株WIT\|1对脱硝态氮过程测定第6期胡国元，等：施氏假单胞菌菌株的脱氮特性
武汉工程大学学报第34卷
　　菌株WIT\|1去除NO-3\|N的结果如图1所示：在一定时间内，菌株WIT\|1对硝酸盐氮有很好且较为稳定的去除效果.48 h对硝态氮的去除率为96.38%.而对照组中硝态氮浓度基本上变化不大.而蔡昌凤等［6］研究的高效好氧反硝化细菌F1，在初始硝态氮含量为194.1 mg/L，很高COD浓度下，30%的接种量，连续曝气6 h，其对硝态氮的去除率为99.8%.2.2菌株WIT\|1对硝态氮浓度的耐受性试验　　如图2所示，不同初始硝态氮条件下菌株WIT\|1去除硝态氮试验结果表明，随着初始硝态氮浓度的增加硝态氮去除率在下降.当初始硝态氮的含量小于500 mg/L时，其对硝态氮的去除率为5.20%~98.04%，相应的去除量为25~98.04 mg/L.当初始硝态氮的含量800 mg/L时，其对硝态氮的去除率为0.这有可能是低C/N比能使菌株WIT\|1对硝态氮浓度的耐受性降低.图1施氏假单胞菌菌株WIT\|1对NO-3-N的
降解曲线
Fig.1Degradation curves of nitrate
nitrogen of P.stutzeri strain WIT\|1
注：图中数据为3次重复试验结果的平均值，以下同.图2施氏假单胞菌菌株WIT\|1不同初始
硝态氮条件下去除硝态氮的影响
Fig.2Effect of P.stutzeri strain WIT\|1 removing nitrate
nitrogen under different initial nitrate nitrogen2.3灭菌生活污水脱氨氮试验　　为了考察菌株WIT\|1在生活污水中应用能力，先把菌株WIT\|1接种到灭菌的生活污水中，测量菌株WIT\|1的脱氨氮和除COD的能力.菌株WIT\|1在灭菌生活污水脱氨氮试验结果如图3所示.由图3可知，在12 h菌株WIT\|1对氨氮的去除率为92.845%，并且在12 h以后趋于稳定.这与文献［4］中菌株WIT\|1在不同的COD浓度下脱氨氮过程的测定结果中，脱氨氮曲线的趋势是一样的.这说明灭菌生活污水的COD可能在500 mg/L左右或者以上.对灭菌生活污水的初始COD测定结果693.76 mg/L，比未灭菌的生活污水的COD高，究其原因可能是一些浮游的不溶有机物和细菌经过高温分解而充分溶解所致，48 h灭菌生活污水的COD为2 016.24 mg/L，这说明菌株WIT\|1对COD没有降解反而增加，可能是污水中缺少某些必须元素，或者某些毒素遏制了菌株WIT\|1的生长或则某些酶受到遏制.图3施氏假单胞菌株WIT\|1在灭菌生活污水脱氨氮曲线
Fig.3The curves of P.stutzeri strain WIT\|1 removing
ammonia under the sterilization domestic sewage 2.4未灭菌生活污水脱氨氮试验　　前面所做人工废水脱氨氮试验和灭菌生活污水脱氨氮试验，都是人工模拟试验，考虑菌种WIT\|1在没有其它菌种干扰条件下，脱氨氮和除COD的试验.为了验证菌株WIT\|1是否能够在实际污水中脱氨氮，直接把菌株接种到未灭菌生活污水中进行脱氨氮试验.其测量结果如图4和图5所示.图4施氏假单胞菌菌株WIT\|1在未灭菌
生活污水脱氨氮和去COD曲线
Fig.4The curves of P.stutzeri strain WIT\|1 removing
ammonia and COD under the non-sterilized domestic sewage　　由图4和图5可知，实验组中菌株WIT\|1在未灭菌生活污水的脱氨氮曲线是先降低后上升趋于平衡，而对照组中氨氮基本上无明显变化.氨氮含量上升的原因可能是a.菌株WIT\|1没有有机物作为碳源，脱氨氮能力减弱，而污水中其它微生物多多少少都有些合成氨氮作用.b.菌株WIT\|1与污水中其它微生物有竞争作用，竞争使菌株WIT\|1的细胞破解死亡，其中的氨氮又被重新释放出来.c.祝贵兵等［7］人研究的某些抑制剂会影响硝化反应，生活污水中的某些物质遏制了菌株WIT\|1的脱氨氮的硝化酶.COD含量都是下降趋势，对照组比实验组下降得快.因为实验组菌株WIT\|1在脱氨氮前COD差不多都有一个上升的趋势.菌株WIT\|1对生活污水脱氨氮效果不是很理想，12 h对生活污水中的氨氮的去除率为32.741%，但48 h后对氨氮的去除率下降到22.203%.Joo等［8］人研究的异养硝化菌Alcaligenes faecalis No.4处理养猪废水时，当C/N质量比为4时，对氨氮的去除率为80%，当C/N质量比为7～8时，对氨氮的去除率为100%.所以适当调节C/N有助于异养硝化作用.针对原因a,通过添加丁二酸钠提高污水的COD从而提高其对氨氮的去除率；针对原因b,通过增大其接种量来提高其对氨氮的去除率.
图5对照组未灭菌生活污水脱氨氮和去COD曲线
Fig.5The curves of removing ammonia and COD under
the non-sterilized domestic sewage without the strain WIT\|12.5提高未灭菌的生活污水中COD含量的脱氨氮试验　　为了解决菌株WIT\|1在未灭菌生活污水中因为没有足够有机物作为碳源，脱氨氮能力减弱，向污水培养基中加入丁二酸钠使其初始COD的含量为500 mg/L.通过提高COD含量来提高菌株WIT\|1对氨氮的去除率，其测量结果如图6所示.菌株WIT\|1在未灭菌生活污水的脱氨氮曲线是先降低后上升趋于平衡.它对生活污水脱氨氮效果也不是很理想，虽然12 h对氨氮的去除率为52.765%，比没有加丁二酸钠脱氮效率好，但是48 h后对氨氮的去除率又下降到21.507%.图6与图4中脱氨氮曲线情况一致，其曲线上升可能原因同2.4中原因，也有可能丁二酸钠增加的量不够.针对上述原因，增大其接种量，不仅提高了COD含量也增加了WIT\|1菌种含量.图6增加COD施氏假单胞菌菌株WIT\|1脱氨氮曲线
Fig.6The curves of P.stutzeri strain WIT\|1
removing ammonia by increasing the COD2.6提高未灭菌生活污水接菌量的脱氨氮试验　　提高接菌量，不仅能提高菌种WIT\|1与其他菌种的竞争能力，而且能够提高其对氨氮的去除率.通过提高接菌量，来提高菌种WIT\|1在未灭菌生活污水中进行脱氨氮能力.提高接菌量其氨氮含量变化曲线如图7所示.图7增加接菌量施氏假单胞菌
菌株WIT\|1脱氨氮曲线
Fig.7The curves of P.stutzeri strain WIT\|1 removing
ammonia by increasing the inoculation　　由图7可知，在12 h，菌株WIT\|1对氨氮的去除率达到了100%，但是在12 h以后，其氨氮含量有很大幅度的提高，在48 h其对氨氮的去除率下降到27.428%.其初始COD含量为1 669.36 mg/L，48 h时COD含量为86.72 mg/L.氨氮回升原因可能是生活污水中的某些物质遏制了菌株WIT\|1的脱氨氮的硝化酶.菌株WIT\|1与污水中其它微生物有竞争作用，竞争使菌株WIT\|1的细胞破解死亡，其中的氨氮又被重新释放出来.对比图4到图7，菌株WIT\|1在未灭菌生活污水脱氨氮曲线都是先降低后上升，在12 h对氨氮的去除率随着COD含量和接种量的依次增加而增加，最高时达到了100%，并且48 h对氨氮的去除含量都在10 mg/L左右.3结语　　a. 异养硝化-好氧反硝化菌株WIT\|1对硝态氮的耐受性为800 mg/L.　　b.菌株WIT\|1对灭菌生活污水的脱氨氮效果显著，去除率能达到92.845%，但它对灭菌生活污水COD的去除效果不理想.分析可能是因为某些物质遏制了菌株生长或者菌株的某些酶受到遏制.　　c.当菌株WIT\|1应用于未灭菌生活污水时，菌株WIT\|1的接种量为2%，12 h对生活污水中的氨氮的去除率为32.741%.当初始 COD含量增加到500 mg/L或者菌株的接种量提高为8%时，12 h对氨氮的去除率分别为52.765%、100%，但48 h对氨氮的去除率又下降到20%左右.而在菌株用于人工废水时脱氨氮效果良好，说明菌株WIT\|1受自然环境影响比较大.　　当菌株WIT\|1应用于未灭菌生活污水时，如果脱氨氮反应在12 h停止，是否有助于提高整体氨氮的去除率；摇瓶试验脱氨氮效率与开放试验脱氨氮效率是否一致以及如何把菌株WIT\|1作为工程菌株应用污水，这些都需要进一步的研究.