微生物的硝化作用
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硝化细菌的作用是什么如何培养(1)利用旧滤材或滤砂移植硝化细菌饲养过观赏鱼的旧水族箱中滤材或底砂上都附着大量的硝化细菌,若能将旧滤材或滤砂移入新设立的水族箱引入菌种,可大大促进硝化细菌繁殖的速度,至少节约一半的培养时间。
(2)利用污染源刺激硝化细菌的繁殖在引入菌种后,要配合过滤、充气促进水流循环,并在水族箱中放入4~5个新鲜的去壳蛤蜊或虾,利用肉质腐烂生成的毒素作为硝化细菌的营养,刺激菌种大量繁殖。
还可以购买一些小型易养的实验鱼,放入几条,利用它们的排泄废物、食物碎屑提供有机物废料,促进硝化细菌的繁殖。
(3)添加人造硝化细菌目前市售的人造硝化细菌,有液态、粉末状、干燥孢子化等不同类型,可以满足观赏鱼爱好者迫切尽快饲养的要求。
培养生物过滤系统的要点~在进行水族箱生物过滤系统培养时,要掌握以下几个要点:(1)不宜频繁换水大量的换水,容易破坏水族箱中硝化细菌的繁殖,使附着于底砂滤材中的硝化细菌随换水大量散失,同时水质的频繁改变也无法维持硝化细菌繁殖的适宜ph值,因此换水不必过勤,1~2个月换20%的水即可。
(2)正确清洗滤材经过长期饲养,过滤系统的滤材上会附着大量硝化细菌,但同时也会积累许多杂质污物,需定期清洗。
清洗时,用原水族箱的海水将滤材轻轻挤压揉搓,千万不能用自来水冲洗或使用洗涤剂等化学物质。
(3)渐次追加观赏鱼刚设立的新缸要逐渐增加观赏鱼数量,不可一次放入过多,以免大量的残饵和排泄物产生的毒素超过硝化细菌氧化分解的能力,造成水质污染和观赏鱼死亡。
(4)慎用治疗药物观赏鱼生病需要治疗时,最好能隔离治疗。
因为预防和治疗鱼病的消毒剂、抗生素等药物,不同程度地对硝化细菌的活力有所影响。
即使在原缸中治疗,治疗完毕后,也要及时利用活性炭吸附残留药物或进行换水,以降低药物浓度,并重新添加人工硝化细菌,维持硝化细菌群落的稳定。
硝化细菌的作用是什么如何培养 [篇2]近年来,硝化细菌已逐渐成为水产养殖界的热门话题,它在水产养殖中的重要性开始引起广泛的注意。
堆肥状态下经微生物硝化和反硝化分解产生氧化亚氮的过程。
1.引言1.1 概述概述是文章引言的第一个部分,它主要对整篇文章的研究内容进行简要说明,让读者对文章的主题有一个初步的理解。
在本文中,我们将探讨堆肥状态下的微生物硝化和反硝化分解产生氧化亚氮的过程。
堆肥是一种将有机废弃物转化为肥料的过程,这个过程中涉及到了一系列微生物的参与。
其中,微生物硝化和反硝化是两个重要的过程,它们分别指的是将氨氮转化为硝酸盐和将硝酸盐还原为氮气的过程。
在这些过程中,氧化亚氮是一个关键的中间产物,它在氮循环中起着重要的作用。
本文将重点探讨堆肥过程中微生物硝化和反硝化过程产生氧化亚氮的机制和影响因素。
在微生物硝化的过程中,我们将讨论硝化作用的定义和原理,以及各种因素对微生物硝化活性的影响。
而在微生物反硝化的过程中,我们将探讨反硝化作用的定义和原理,以及各种因素对微生物反硝化活性的影响。
通过对这些过程的深入研究,我们将更好地理解堆肥过程中氧化亚氮的产生机制,并提出相应的控制策略。
这将对提高堆肥的质量和减少氧化亚氮对环境的负面影响具有重要意义。
在接下来的正文部分,我们将详细探讨堆肥状态下微生物硝化和反硝化的过程以及其对氧化亚氮产生的影响。
最后,我们将总结硝化和反硝化过程对氧化亚氮产生的影响,并提出一些堆肥状态下控制氧化亚氮生成的策略。
通过这些研究,我们可以更好地理解和应用微生物硝化和反硝化的知识,从而更有效地管理堆肥过程中的氧化亚氮产生。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分概述了堆肥状态下经微生物硝化和反硝化分解产生氧化亚氮的过程,并介绍了文章的目的。
在正文部分,首先介绍了堆肥状态下的微生物硝化过程,包括硝化作用的定义和原理,以及微生物硝化的影响因素。
然后,还探讨了堆肥状态下的微生物反硝化过程,包括反硝化作用的定义和原理,以及微生物反硝化的影响因素。
最后,在结论部分,总结了硝化和反硝化过程对氧化亚氮的产生影响,并提出了堆肥状态下控制氧化亚氮生成的策略。
硝化细菌最佳繁殖温度硝化细菌是一类生活在土壤和水体中的微生物,它们具有重要的生态功能,能够将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
这一过程被称为硝化作用,对于维持生态系统中氮循环的平衡至关重要。
而硝化细菌的繁殖温度对其生长和代谢具有重要影响。
本文将介绍硝化细菌的最佳繁殖温度及其对生态系统的意义。
硝化细菌对温度的适应范围较广,但在不同温度下的繁殖能力存在差异。
研究表明,硝化细菌的最佳繁殖温度一般在20°C至30°C之间。
在这个温度范围内,硝化细菌的生长速率较快,代谢活性也较高。
当温度超过30°C时,硝化细菌的生长速率会逐渐下降,甚至停止繁殖。
而当温度低于20°C时,硝化细菌的代谢活性也会减弱,导致硝化作用的效率下降。
硝化细菌的最佳繁殖温度与其生态功能密切相关。
在适宜的温度下,硝化细菌能够迅速分解土壤和水体中的氨氮,将其转化为亚硝酸盐和硝酸盐。
这些硝化产物对于植物的生长发育具有重要作用,能够提供植物所需的营养元素。
此外,硝化作用还能够减少土壤和水体中的氨氮浓度,降低氨氮对环境的污染。
然而,当温度偏离硝化细菌的最佳繁殖温度时,硝化作用的效率会受到影响。
在高温环境下,硝化细菌的活性下降,硝化作用的速率减慢,导致土壤和水体中的氨氮积累。
这不仅会影响植物的生长发育,还会导致水体富营养化、藻类水华等环境问题的产生。
而在低温环境下,硝化细菌的代谢活性减弱,硝化作用的效率下降,土壤和水体中的氨氮无法得到有效转化,影响植物的营养供应,甚至导致植物生长受限。
因此,了解硝化细菌的最佳繁殖温度对于保护生态环境、维持氮循环平衡具有重要意义。
在农业生产中,合理调控土壤温度,保持适宜的繁殖温度,可以提高硝化细菌的活性,促进氮肥的有效利用,减少氮肥的损失,降低对环境的负面影响。
在水体管理中,控制水体温度,维持适宜的繁殖温度,可以提高硝化细菌的代谢活性,加速氨氮的转化,防止水体富营养化和水华的发生。
硝化细菌的最佳繁殖温度一般在20°C至30°C之间。
硝化细菌对鱼有害吗,硝化细菌的作用及使用方法
使用硝化细菌不会对鱼造成危害。
水中的有毒物质主要为亚硝酸和氨,这两种有毒物质会被硝化细菌分解,并生成无毒的硝酸盐,而硝酸盐可被藻类吸收、同化,对藻类而言是一种良好的氮肥。
硝化细菌可以调理水质,对鱼缸使用后经过10-15天左右便可创造出良好的生态环境,而且还能提高鱼的免疫力,使用期间可以换水,但换水量每次不能超过1/5。
一、硝化细菌对鱼有害吗
1、硝化细菌属于有益菌,使用后不会对鱼造成危害。
2、水中的有毒物质以亚硝酸和氨为主,这两种有毒物质会被硝
化细菌分解成无毒的硝酸盐,而硝酸盐对藻类而言是一种良好的氮肥,可被藻类吸收、同化。
3、养殖池中不能缺少硝化细菌,否则水中的氨含量会快速增加,此时池内的鱼虾可能会死亡。
4、硝化细菌可以调理水质,将其使用在鱼缸内之后,经过10-15天左右便可创造出良好的生态环境(期间可以换水,但换水量每次不能超过1/5),而且还能提高鱼的免疫力。
二、硝化细菌的作用及使用方法
1、作用
(1)净化水质:硝化细菌可以分解水中的部分有机物,清除杂质,净化水质。
(2)降低氨浓度:使用硝化细菌可以降低氨浓度,避免因水中的氨气过多而危害到鱼类的健康。
(3)平衡水中的微生物:养鱼的水质中一般含有较多细菌,使用硝化细菌可让水中的微生物数量保持平衡。
2、用法
(1)每70升水添加10毫升硝化细菌即可,如果是新鱼缸,可在前2周向35升水中添加10毫升硝化细菌,每隔1周放1次,2周后改为正常用量。
(2)使用硝化细菌时要确保水中具有充足的溶氧,水温要保持在25°C左右,PH值要处于弱碱性,这样对它们的繁殖会更为有利。
硝化反硝化功能
硝化反硝化功能是指生物体内的一种重要代谢过程,它涉及到氮的转化和循环,对于维持生态系统的平衡和生物体的生长发育具有重要意义。
硝化是指将氨氮转化为硝酸盐的过程,这个过程由硝化细菌完成。
硝化细菌是一类广泛存在于土壤和水体中的微生物,它们能够利用氨氮和氧气进行代谢,产生硝酸盐和水。
硝酸盐是一种重要的植物营养物质,能够提供植物所需的氮元素,促进植物的生长发育。
反硝化是指将硝酸盐还原为氮气的过程,这个过程由反硝化细菌完成。
反硝化细菌是一类生活在缺氧环境中的微生物,它们能够利用硝酸盐和有机物进行代谢,产生氮气和二氧化碳。
反硝化过程能够将土壤中的硝酸盐还原为氮气,从而减少土壤中的氮素含量,防止氮素过度积累对生态系统造成的负面影响。
硝化反硝化功能在生态系统中起着重要的作用。
它能够维持土壤中氮素的平衡,促进植物的生长发育,同时还能够减少氮素的流失和污染,保护生态环境。
此外,硝化反硝化功能还能够影响大气中的氮气含量,对大气环境的质量和气候变化产生影响。
硝化反硝化功能是生物体内的一种重要代谢过程,它对于维持生态系统的平衡和生物体的生长发育具有重要意义。
我们应该加强对硝化反硝化功能的研究,探索其在生态系统中的作用机制,为保护生
态环境和促进可持续发展做出贡献。
低温硝化菌低温硝化菌是一类生存于低温环境中的微生物群体,它们具有特殊的生理特征和代谢途径,能够在低温环境下进行硝化作用。
本文将围绕低温硝化菌的基本概念、生理特征、代谢途径以及应用前景等方面展开讨论。
低温硝化菌是一类广泛分布于地表和海洋中的微生物。
它们的生存温度范围通常在0-20摄氏度之间,可以适应寒冷的气候和环境。
低温硝化菌主要包括氨氧化菌和亚硝化菌两类。
氨氧化菌能够将氨氧化为亚硝酸,而亚硝化菌则将亚硝酸进一步氧化为硝酸。
低温硝化菌通过这种代谢途径,可以将氨氮转化为硝酸氮,参与了地球氮循环的重要环节。
低温硝化菌具有多样的生理特征和适应机制。
首先,它们对低温环境具有较高的适应能力。
由于低温下生化反应速率较慢,低温硝化菌能够通过增加反应酶的活性、调节膜脂组成等方式来提高代谢效率。
此外,低温硝化菌还具有较为广泛的基因组和代谢多样性,可以适应不同的低温环境和底物浓度变化。
低温硝化菌的代谢途径主要包括氨氧化和亚硝化两个过程。
氨氧化是低温硝化菌的关键代谢途径之一,通过氨单加氧酶将氨氧化为亚硝酸。
这一过程是低温硝化菌参与地球氮循环的重要环节,使得废水和土壤中的氨氮得以转化为硝酸氮,进而参与到植物的生长和生态系统的养分循环中。
低温硝化菌的研究有着广阔的应用前景。
首先,它们可以被用于废水处理。
低温硝化菌能够高效地将废水中的氨氮转化为硝酸氮,从而将氨氮的环境污染减少到最低程度。
其次,低温硝化菌对于农田土壤中的氮肥利用也有重要意义。
通过合理利用低温硝化菌,在底肥和追肥的选择上进行优化,可以提高农田氮肥利用率,减少氮肥的施用量,从而达到节约资源和保护环境的目的。
此外,低温硝化菌还能够被应用于氮肥的微生物修复和改良。
通过引入具有低温耐受性和高硝化活性的低温硝化菌,可以促进土壤中硝化作用的进行,增加植物的吸收能力和生长速度,提高氮肥利用效率。
这对于寒冷地区的农业生产和土壤改良具有重要意义。
综上所述,低温硝化菌是一类在低温环境下进行硝化作用的微生物群体。
硝化作用和厌氧氨氧化1.引言1.1 概述硝化作用和厌氧氨氧化是两种重要的微生物过程,在地球生态系统中发挥着重要的作用。
硝化作用是指氨氧化细菌将氨氧化为亚硝酸盐,然后由亚硝酸氧化细菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐的过程。
这一过程在氮循环中起到了关键的作用,使得氨氧化和亚硝酸氧化细菌能够将氨氧化为硝酸盐,从而提供植物生长所需的氮源。
厌氧氨氧化是指在缺氧或无氧条件下,厌氧氨氧化细菌能够氧化氨为亚硝酸盐,并产生氮氧化物,并且能够使用该氮氧化物作为电子受体。
这一过程在氮循环中是一种相对罕见的过程,但它在氮去除和废水处理等领域具有重要的应用价值。
硝化作用和厌氧氨氧化的研究进展和应用价值也备受关注。
通过对硝化作用和厌氧氨氧化细菌的研究,我们可以深入了解氮循环过程中微生物的功能和相互作用机制,为改善农田肥料利用率、减少氮肥污染等提供指导。
此外,厌氧氨氧化过程中产生的一氧化氮和亚硝酸盐在环境保护和氮氧化物的去除方面也具有潜在的应用价值。
综上所述,硝化作用和厌氧氨氧化是地球生态系统中重要的微生物过程,对氮循环和废水处理具有重要意义。
在未来的研究中,我们需要进一步探索硝化作用和厌氧氨氧化过程的基本机制,拓展其应用领域,并积极探索创新的研究方向,为环境保护和可持续发展作出贡献。
1.2文章结构文章结构:在本文中,我们将首先介绍硝化作用和厌氧氨氧化的定义和过程。
然后,我们将讨论它们在生态系统中的重要性和应用。
接下来,我们将探讨硝化作用和厌氧氨氧化的最新研究进展和应用。
最后,我们将总结硝化作用和厌氧氨氧化的重要性,并展望未来的研究方向。
文章的结构将按照以上的顺序进行展开,以确保逻辑的连贯性和易读性。
通过深入探讨硝化作用和厌氧氨氧化的定义、过程、重要性、应用和最新研究进展,读者将能够全面了解和认识这两个重要的生态过程。
最后,我们将对硝化作用和厌氧氨氧化进行总结,并提出一些未来的研究方向,以促进更深入的研究和应用。
1.3 目的目的部分的内容可以从以下角度进行撰写:2.1 目的本文的目的是探讨硝化作用和厌氧氨氧化在环境和工业领域中的重要性以及相关的研究进展和应用。
硝化作用及反硝化作用
硝化作用(nitrification)氨基酸脱下的氨,在有氧的条件下,经亚硝酸细菌和硝酸细菌的作用转化为硝酸的过程。
氨转化为硝酸的氧化必须有O2参与,通常发生在通气良好的土壤、厩肥、堆肥和活性污泥中。
硝化细菌,先是亚硝化细菌将铵根(NH4+)氧化为亚硝酸根(N02-);然后硝化细菌再将亚硝酸根氧化为硝酸根(N03-)。
硝化作用所产生的硝酸盐(NO3-),因其自身的负电性而不容易被固定在正离子交换点(主要是腐殖质)多于负离子的土壤中。
反硝化作用,是指在厌氧条件下,微生物将硝酸盐及亚硝酸盐还原为气态氮化物和氮气的过程。
是活性氮以氮气形式返回大气的主要生物过程。
反硝化作用不仅在土壤中进行,还可在江河湖泊和海洋中进行。
发生反硝化作用的条件是:①反硝化微生物;②合适的电子供体,如有机碳化物、还原态硫
化物;③厌氧条件;④氮的氧化物。
土壤中已知能进行反硝化作用的微生物种类有24个属性。
绝大多数反硝化细菌是异养型细菌,亦有少数自养型细菌如反硝化硫杆菌。
影响反硝化作用的因素包括:①氧的供应,当氧的供应受到限制时发生反硝化作用;②碳的供应,如土壤有机质、根分泌物等;③硝酸盐的供应;④pH,在酸性土壤中,反硝化作用受到抑制。
硝化细菌改变水质的原理硝化细菌是一类重要的水生微生物,它们能够将废水中的氨氮通过氧化过程转化为硝酸盐。
这一生物转化过程被称为硝化,它在自然环境中具有重要的生态功能,能够改变水质,维持水体的生态平衡。
本文将从硝化细菌的分类、生理特性、作用机制等方面,详细论述硝化细菌改变水质的原理。
硝化细菌主要通过两个连续的氧化过程将氨氮转化为硝酸盐。
硝化细菌可分为亚硝化菌和硝化菌两类。
亚硝化菌通过将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐,而硝化菌进一步将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。
这两个过程分别由不同的细菌群体完成。
硝化细菌的生理特性对其在水质改变中起到了重要的作用。
首先,硝化细菌对温度、pH值、氧气含量等环境因素有一定的适应性。
它们一般适应在25-30摄氏度的温度下最为活跃,pH值在7.5-8.5之间较为理想。
硝化细菌需要充足的氧气供给,因此在水体中,溶解氧的含量对硝化细菌的生长和活性有着直接影响。
硝化细菌的作用机制主要是通过氧化反应转化废水中的氨氮。
先是亚硝化菌通过氧化还原反应将氨氮氧化为亚硝酸盐,此步骤由亚硝化细菌完成,反应方程式如下:NH4+ + 2O2 →NO2- + 2H+ + H2O而硝化菌通过进一步的氧化反应将亚硝酸盐氧化为硝酸盐,此步骤由硝化细菌完成,反应方程式如下:2NO2- + O2 →2NO3-硝化细菌通过这一氧化反应过程,将氨氮转化为硝酸盐。
这对于废水处理具有重要的意义,原因有以下几点:首先,氨氮作为一种常见的水体污染物,过量的氨氮会带来环境问题,如水体富营养化、水生生物死亡等。
通过硝化细菌的作用,将氨氮转化为硝酸盐,可以减少水体中的氨氮浓度,从而改善水质。
其次,硝化细菌的作用会增加水体中的硝酸盐含量。
硝酸盐是植物生长所必需的氮源之一,水体中的硝酸盐含量的增加有利于植物生长,促进水生生物的繁衍。
此外,硝化细菌的作用还与氮素循环密切相关。
硝酸盐可以作为氮的最终氧化形式进入氮素循环,参与到多种环境过程中,如植物的养分吸收、土壤肥力的维持等。
高级微生物学综述微生物的硝化作用学生姓名:任伟帆学号:指导教师:唐文竹所在学院:生物工程学院专业:生物学大连工业大学微生物的硝化作用摘要:本文主要介绍了硝化作用微生物的种类,包括氨氧化菌、亚硝酸氧化菌、异养氨氧化菌和厌氧氨氧化菌。
分析了硝化微生物的系统发育,还介绍了在硝化作用微生物生态学研究进展,以及同类群细菌中与硝化作用相关的酶类。
文章的最后还分析了微生物脱氮在污水处理中的应用。
关键词:氨氧化细菌;系统发育分析;硝化作用;微生物脱氮Microbial nitrificationAbstract:This paper introduces the types of nitrifying microorganisms, including ammonia-oxidizing bacteria, nitrous acid, oxidizing bacteria, heterotrophic ammonia-oxidizing bacteria and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria. The phylogenetic analysis of microbes was also studied, as well as advances in microbial ecology of nitrification and the enzymes associated with nitrification in the same group of bacteria. Finally, the application of microbial denitrification in sewage treatment was analyzed.Key words:ammonia-oxidizing bacteria; phylogenetic analysis; nitrification; microbial denitrification前言氮元素在自然界中大量存在,是非常丰富的元素之一,它在自然界中主要以分子氮、有机氮化合物和无机氮化合物的形式存在。
它们在微生物、动物、植物体内相互转移、转化,构成了氮循环[1]。
而微生物在其中起着非常重要的作用,主要通过氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及固氮作用来实现的。
而目前,水体污染越远越严重,处理难度越来越大,生物处理工艺受到了更多的重视。
因此,通过深入分析硝化作用微生物的种类及作用机理,不断改进生物脱氮工艺具有重要意义。
1 硝化作用的微生物种类及其系统发育分析硝化作用分为两个阶段,即亚硝化(氨氧化)和硝化(亚硝酸氧化) , 分别由两类化能自养微生物完成,亚硝化细菌进行氨的氧化,硝化细菌完成亚硝酸氧化。
在伯杰氏细菌鉴定手册第 9 版[2]中将它们统归于硝化杆菌科9个属:硝化杆菌属(Nitrobacter)、硝化刺菌属(Nitrospina)、硝化球菌属(Nitrococcus)、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、亚硝化螺菌属(Nitrosospira)、亚硝化球菌属(Nitrosococcus)和亚硝化叶菌属(Nitrosolobus),硝化螺菌属Nitrospira 和亚硝化弧菌属Nitrosovibrio共 20种。
这些微生物广泛分布于土壤、湖泊及底泥、海洋等环境中。
除了上述专性化能自养微生物外, 有些异养微生物也能进行硝化作用。
如恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida) 、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) 、粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis) [3] 等。
这些微生物可以在低碳条件下进行硝化作用,也可以在有机土环境中进行硝化作用。
此外,近年来还发现了厌氧氨氧化的现象, 并证明是一个生物过程,是由一些厌氧或兼性厌氧微生物在厌氧条件下完成的 ,这些微生物以NO3-或 NO2-为电子受体氧化氨获得生长所需能量,生长非常缓慢,最短的倍增时间也要 11 d。
迄今为止 ,虽然采取了各种办法, 但未能分离到厌氧氨氧化的纯培养物。
尽管如此,还是可以对厌氧氨氧化微生物进行富集和特性研究 ,采用荧光原位杂交技术( FISH)和16S rDNA PCR 扩增、序列测定, 证实了厌氧氨氧化微生物的存在,16S rDNA 序列同源性分析表明 ,它们是一群独特的原核生物[4]。
基于 16S rRNA 基因序列同源性(相似性)的系统发育分析表明,所有的自养氨氧化细菌(亚硝化细菌)系统发育比较单一,它们均属于变形菌纲( Proteobacteria)β亚纲和γ亚纲 ,其中属于β亚纲的亚硝化细菌又可以分为两个类群: 亚硝化单胞菌群(Nitrosomonas) ,包括欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europaea)和运动亚硝化球菌(Nitrosococcus mobilis);以及亚硝化螺菌群(Nitrososp ira) ,包括所有的属于亚硝化螺菌属(Nitrosospira) 、亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)和亚硝化叶菌属(Nitrosolobus)的菌株,从进化距离看,这 3个属完全应归于 1个属[5]。
与亚硝化细菌不同,硝化细菌(亚硝酸氧化菌)的系统发育则要复杂许多,研究结果表明, 硝化细菌的4个属分属于不同的 4 个系统发育类型: 硝化杆菌属(Nitrobacter)属于变形菌纲的α亚纲, 硝化刺菌属(Nitrospina)属于β亚纲、硝化球菌属(Nitrococcus)属于γ亚纲,硝化螺菌属(Nitrospira)属于硝化螺菌门( phylum Nitrospira)[6]。
以上这些充分说明了硝化作用微生物在进化上的系统发育起源的异源性。
2 硝化作用微生物的分子生态学研究由于亚硝化细菌、硝化细菌或厌氧氨氧化菌的生长都非常缓慢,使得分离纯化较为困难, 从而影响了对这类微生物研究的深入,而这类微生物的生态作用及其重要性又是不言而喻的。
同时由于分子生物学技术的发展、进步以及在生态学研究领域的应用,为避开传统的培养技术直接对样品进行检测和研究开辟了崭新的途径。
有学者应用特异引物的 PCR 扩增方法,分析了水样中β-亚纲的氨氧化细菌,结果表明, 从南极等采集的样品均可扩增出 PCR 产物,特异性探针杂交表明, 所扩增的PCR 产物为氨氧化细菌的 16S rRNA 基因[7]。
说明了该亚纲氨氧化细菌分布的广泛性。
沉积物中氨氧化细菌的群落结构,表明氨含量和污染程度越高其氨氧化细菌含量也越高,DGGE(变性梯度凝胶电泳)和 16S rDNA 分析表明主要是亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)类群的增加。
Hastings 等[8] 应用MPN、PCR、核酸探针杂交等分子生物学技术对富营养化的淡水湖的氨氧化作用进行了季节变化的研究,表明夏天具有较强的硝化作用,水中的氨氧化细菌随季节有较大的变化,主要是一些耐氨浓度较高的亚硝化螺菌(Nitrosospira)增加了, 而底泥的氨氧化细菌随季节的变化不大。
3 硝化作用的机制及相关酶类硝化作用是利用亚硝酸菌和硝酸菌将氨氮转化为硝酸氮的过程,该过程的微生物为好氧化能自养型微生物,利用氨氮、亚硝酸盐为氮源,CO32-、 HCO-、 CO2等作为无机碳源来获得能量。
其硝化过程的特征为:该过程是一个好氧的反应,且需要大量的氧气来完成;该反应过程中微生物生长率低,生物量浓度较低,且受环境条件较敏感;硝化过程是一个产酸的反应,在反应过程中需要补充大量的碱来保证反应的顺利进行。
在专性化能自养硝化作用中, 反应是由亚硝化细菌和硝化细菌分别完成的,其限速步骤是亚硝化细菌进行的氨的氧化,因此亚硝化细菌在硝化作用研究中受到特别的关注。
首先在氨单加氧酶(AMO)的催化下将氨氧化成羟氨(NH2OH),再经羟氨氧化还原酶(HAO)的催化下将羟氨氧化成亚硝酸(NH2-),进而由硝化细菌的亚硝酸盐氧化还原酶催化形成硝酸(NH3-)。
而在厌氧氨氧化细菌中的情况则较为复杂,首先是亚硝酸被还原为羟氨, 然后一分子氨和一分子羟氨在类氨单加氧酶的催化下被氧化为肼(N2H4), 进而在类羟氨氧化还原酶的催化下被氧化为氮气[10]。
反应过程涉及的酶类:氨单加氧酶( ammonia monooxygenase, AMO) 羟氨氧化还原酶( hydroxylamine oxidoreductase, HAO),亚硝酸盐氧化还原酶( nitrite oxidoreductase, NOR),类氨单加氧酶( ammonia monooxygenase-like enzyme),类羟氨氧化还原酶( hydroxylamine oxidoreductase-like enzyme)。
4生物脱氮在污水治理中的应用4.1微生物脱氮原理微生物脱氮的过程基本上可以总结为三个过程: 氨化作用,即将有机氮化合物转化为氨氮的一个过程硝化作用,可将氨态氮转化为硝态氮,是专性化能自养菌(亚硝化和硝化)以及异养氨氧化菌进行的硝化作用方式反硝化,在厌氧或兼氧条件下以硝酸氮为电子受体,最终还原为氮气或者氮的其他气态形式,此过程是厌氧氨氧化菌进行的硝态氮的还原过程[9]。
从反应机理来看,硝化过程仅改变了废水中氮素的存在形式,反硝化作用才是真正的脱氮过程。
因此完整的氨氮去除过程需要在好氧条件下进行硝化处理,在厌氧条件下进行反硝化处理。
4.2 传统生物脱氮工艺生活污水中含有大量的有机氮和氨氮,当污水中的有机物被生物降解氧化时其中的有机氮被转化为氨氮。
活性污泥法是应用最早的生物脱氮技术,是利用氨化、硝化和反硝化最为典型的污水处理技术。
主要构筑物为曝气池、硝化池、反硝化池和沉淀池,在曝气池中进行氨化作用和有机物的降解,然后在硝化池中氨氮在亚硝化菌和硝化菌的作用下转化为亚硝酸氮和硝酸氮,在反硝化池中最终转化为氮气;该工艺分别在各自的构筑物中进行脱氮反应,反应速度快且彻底,脱氮效果非常好,但是其存在的缺点是工艺流程长、所需构筑物多、投资高等[11]。
4.3 同步硝化反硝化脱氮工艺传统的研究结果表明硝化反应和反硝化反应所需的环境不同,它们不能在同一个结构单元中共同实现。
但随着对两类细菌及脱氮工艺的深入研究,发现在好氧状态下污水中有30%的总氮会被去除,这和传统的理论截然不同。
再进一步的研究发现,在好氧的环境中也存在反硝化的现象,其存在着一种好氧反硝化的细菌。
随着同步硝化反硝化理论的出现,在一些污水处理工艺中也发现了类似的现象。
目前对该理论的解释有三种:(1)环境理论:研究这认为在好氧的构筑物中,曝气的不均匀,在环境中局部出现了缺氧、厌氧和好氧的环境,因此在工艺运行过程中,会在局部出现适合反硝化反应的条件。