亚硝化菌的种类生长特性亚硝化过程与机理

硝化反应的原理一、引言硝化反应是化学中一种非常重要的反应类型，广泛应用于农业、化工和环境工程等领域。

本文将从硝化反应的原理出发，探讨其相关机理和应用。

二、硝化反应的概念与过程硝化反应是指将氨氮逐步氧化为亚硝酸氮和硝酸氮的过程。

这一过程一般包含两个步骤：氨氮的氧化为亚硝酸氮（亚硝化反应）和亚硝酸氮的进一步氧化为硝酸氮（硝化反应）。

1. 亚硝化反应亚硝化反应是指氨氮被氧化为亚硝酸氮的过程。

该反应在自然界中主要由氨氧化细菌（如亚硝化细菌）催化完成，其中关键的催化酶为亚硝酸还原酶。

亚硝化反应的反应式如下所示：NH3 + H2O + 1.5O2 → NO2- + 2H+ + H2O2. 硝化反应硝化反应是指亚硝酸氮进一步被氧化为硝酸氮的过程。

该反应同样由特定的细菌（如硝化细菌）催化完成，其中关键的催化酶为硝酸还原酶。

硝化反应的反应式如下所示：NO2- + 0.5O2 → NO3-三、硝化反应的机理硝化反应的机理较为复杂，涉及多种氧化还原反应和酶的催化作用。

下面将分别介绍亚硝化反应和硝化反应的机理。

1. 亚硝化反应机理亚硝化反应主要由亚硝酸还原酶催化完成。

亚硝酸还原酶是一种铜铁蛋白，它能够将亚硝酸离子（NO2-）和水（H2O）转化为一氧化氮（NO）、亚硝酸离子（NO2-）和氢离子（H+）。

具体机理如下：NO2- + H2O + 2H+ → NO + NO2- + 2H2O2. 硝化反应机理硝化反应主要由硝酸还原酶催化完成。

硝酸还原酶是一种铜蛋白，它能够将亚硝酸离子（NO2-）和氧气（O2）转化为硝酸离子（NO3-）。

具体机理如下：NO2- + 0.5O2 → NO3-四、硝化反应的应用硝化反应在农业、化工和环境工程等领域有着重要的应用价值。

1. 农业领域硝化反应在土壤中起着重要的作用。

亚硝酸氮和硝酸氮是植物生长的必需元素，硝化反应能够将氨氮转化为植物可吸收的亚硝酸氮和硝酸氮，从而促进作物的生长和发育。

2. 化工领域硝化反应在化肥生产中起着关键作用。

七种亚硝化反硝化聚磷菌的生长特性研究张立成;吴春蓉;佟恩来【摘要】The Nitrosation denitrifying phosphorus accumulating organisms (NDPAOs) with nitrite as electronic acceptors can realize the simultaneous removal of nitrogen and phosphorus, reduce the demand of carbon source and oxygen to the greatest extent, so it will greatly reduce the energy consumption and save the cost. The characteristics of phosphorus release of seven varieties of NDPAOs: Ent., Sta, Par., Pan., Kle., Bac. and Mor. were studied through the experiment, and the growth characteristics of those organisms were studied by pure culture. The results showed that, after 20 h of anoxic reaction, the phosphorus uptake of Sta., Bac., Par., Kle., Pan., Ent. and Mor. were 1.98 × 10-11, 1.64 × 10-11, 1.43 × 10-11, 1.13 × 10-11, 9.59 × 10-12, 7.72 × 10-12 and 6. 28 × 10-12 mg/cfu respectively. The lag phase of Ent., Kle., Bac., Pan., Par., Sta. and Mor. were almost all in 0 - 6 h, and the logarithmic phase of them were 6 - 144, 6 - 72, 6 - 96, 6 - 52, 6 - 31, 6 - 96 and 6 - 72 h respectively. The logarithmic phase growth rates of Par., Sta., Pan. and Mor. were smaller than that of Ent., Bac. and Kle. The growth characteristics of different NDPAOs were also incompletely the same; especially the growth rates and the maintenance time in logarithmic phase were in large difference.%亚硝化反硝化聚磷菌(NDPAOs)以亚硝酸盐为电子受体,具有同时脱氮除磷的特点,能够最大程度地减少碳源和氧气需求,因此可以大大减少能耗,节约成本.试验研究了7种NDPAOs——肠杆菌属(Ent.)、葡萄球菌属(Sta.)、副球菌属(Par.)、泛菌属(Pan.)、克雷伯氏菌属(Kle.)、芽孢杆菌属(Bac.)和莫拉氏菌属(Mor.)的释磷特性,并以纯培养的方式研究了它们的生长特性.结果表明,缺氧反应20 h后,Sta.、Bac.、Par.、Kle.、Pan.、Ent.和Mor.的单位细胞吸磷量分别为1.98×10-11、1.64×10-11、1.43×10-11、1.13×10-11、9.59×10-12、7.72×10-12 和6.28×10-12 mg/cfu.Ent.、Kle.、Bac.、Pan.、Par.、Sta.和Mor.的缓慢期几乎都处于0～6h之间,对数期分别为6～144、6～72、6～ 96、6～ 52、6～31、6～96和6～72h.Par.、Sta.、Pan.和Mor.的对数期的生长速率较Ent.、Bac.和Kle.的小.不同菌属的亚硝化反硝化聚磷菌的生长特性也不完全相同,特别是对数期的生长速率以及维持的时间相差较大.【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2012(043)004【总页数】5页(P16-19,32)【关键词】亚硝化反硝化聚磷菌;亚硝化反硝化除磷;生长曲线;吸磷特性【作者】张立成;吴春蓉;佟恩来【作者单位】沈阳建筑大学市政与环境工程学院,沈阳 110168;沈阳建筑大学建筑设计研究院,沈阳 110168;沈阳建筑大学市政与环境工程学院,沈阳 110168;营口隆晟市政工程有限公司,辽宁营口 115001【正文语种】中文【中图分类】X172反硝化除磷已经成为国内外污水处理领域研究的重点和热点，反硝化除磷即聚磷和反硝化脱氮这2个生物过程在缺氧环境下由同一类微生物一并完成［1－3］。

硝化细菌定义硝化细菌( nitrifying ) 是一种好气性细菌，能在有氧的水中或砂层中生长，并在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。

它们包括形态互异类型的一种杆菌、球菌或螺旋菌。

属于自营性细菌的一类，包括两种完全不同代谢群：亚硝酸菌属( nitrosomonas ) 及硝酸菌属( nitrobacter )。

亚硝酸细菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸。

硝酸细菌（又称硝化细菌），将亚硝酸氧化成硝酸。

这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在10小时以上。

这两类菌通常生活在一起，这样便避免了亚硝酸盐在土壤中的积累，有利于机体正常生长，而土壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐。

从而增加植物可利用的氮素营养。

两类菌均为专性好气菌，在氧化过程中均以氧作为最终电子受体。

大多数为专性化能自养型，不能在有机培养基上生长，例如亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）、亚硝化螺菌（Ni-trosospira）、亚硝化球菌（Nitrosococcus）、亚硝化叶菌（Ni-trosolobus）、硝化刺菌（Nitrospina）、硝化球菌（Nitrococcus）等。

只有少数为兼性自养型，也能在某些有机培养基上生长，例如维氏硝化杆菌（Nitrobacterwinogradskyi）的一些品系。

从形态上看，也有多样，如球形、杆状、螺旋形等，但均为无芽孢的革兰氏阴性菌；有些有鞭毛能运动，如亚硝化叶菌，借周身鞭毛运动；有些无鞭毛不能运动，如硝化刺菌。

一般分布于土壤、淡水、海水中，有些菌仅发现于海水中，例如硝化球菌、硝化刺菌。

硝化细菌在自然界氮素循环中具有重要作用。

农业上可通过深耕、松土提高细菌活力，从而增加土壤肥力。

但硝酸盐也极易通过土壤渗漏进入地下水，成为一种潜在的污染源，造成对人类健康的威胁。

因此农业上既可采用深耕、松土方法，亦可通过用施入氮肥增效剂（即硝化抑制剂），以降低土壤硝化细菌的活动，减低土壤氮肥的损失和对环境的污染。

亚硝化菌的种类，生长特性，亚硝化过程与机理摘要：从亚硝化细菌的生长特性出发，主要介绍了亚硝化细菌的种类，包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化叶菌属、亚硝化弧菌属，并探讨了亚硝化过程中的氧化和生化机理。

关键词：亚硝化菌，亚硝化作用，机理1 亚硝化细菌生长特性亚硝化细菌又叫氨氧化细菌，有自养型与异氧型之分，一般认为自养型氨氧化细菌是硝化作用的主要菌群。

所有自养型氨氧化细菌，都是革兰氏阴性细菌，自养生长时，以氨为唯一能源，以CO2为唯一碳源；混合营养生长时，可同化有机物质。

亚硝酸细菌的生长极为缓慢。

在适宜的条件下需 24h 才能完成一次分裂周期。

在进行固体培养的过程中一般需数月才能见到菌落生长[1]。

亚硝酸细菌喜欢微偏碱性的环境，适合大多数氨氧化细菌生长的条件为：温度25-30℃，pH 7.5-8.0，氨浓度2-10mmol/L。

倍增时间8小时至数天。

在纯培养中，培养基中若加入有机物质如酵母提取物等将会抑制亚硝酸细菌的生长，因此在进行亚硝酸细菌的分离培养时所培养分离的细菌的纯度可利用在培养基中加入(酵母粉、牛肉膏、蛋白胨等)有机物的方法进行检测[2]。

但是自然环境中有机物质对亚硝酸细菌的影响不如在纯培养中的大大亚硝酸细菌对污水组成、pH和温度等的改变都敏感[3]。

2亚硝酸细菌的分类亚硝酸细菌的分类主要根据细菌形态的表型特征、细胞内细胞质膜的分布及它们16SRNA 序列的同源性。

1984-1989 年的《伯杰氏细菌系统分类学》把硝化细菌分为九个属：硝化杆菌属、硝化刺菌属、硝化球菌属、硝化螺菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属和亚硝化弧菌属等。

而目前则倾向于把亚硝酸细菌分为两个单一细胞起源的群体，它们分别属于变形菌纲的β亚纲和γ亚纲。

在对这两个亚纲的亚硝酸细菌作进一步的分类时，不同的学者还有些细微的差别。

Votek 等认为除了海洋亚硝酸球菌属于变形菌γ亚纲外，其它的亚硝酸细菌即亚硝酸单孢菌和亚硝酸螺旋菌两个种群属于变形菌β亚纲。

亚硝酸菌的分离纯化及诱变育种1.硝化细菌背景介绍：硝化细菌-一类专性化能自养（无机营养）细菌，包括亚硝化菌和硝化细菌两个菌群，一般种类不能生长在有机培养基中。

在有氧的条件下，亚硝化细菌群将氨氮转化亚硝酸氮，硝化细菌群将亚硝酸氮转化硝酸氮，两者常生长在一起。

硝化细菌分离比较困难，由于它生长缓慢，平均代时10-20h以上，且不同菌株间差异较大。

亚硝化菌单细胞杆状以单根极生鞭毛运动，无荚膜，革兰氏阴性严格好氧，在有机培养基不能生长，能利用CO2唯一碳源。

菌落以小圆淡黄色为主，个别呈无色或乳白色。

个别菌株为球状，无鞭毛。

氨转化为亚硝酸盐过程中获得能量。

硝化细菌单细胞杆状不运动好气在有机培养基不能生长，能利用CO2唯一碳源。

亚硝酸细菌用格里斯试剂检测，呈现红色；硝酸细菌用二苯胺检测，呈现蓝色。

2.亚硝化细菌培养基配置：2.1.富集培养基的配置：硫酸铵2g/l，氯化钠0.3g/l，硫酸铁0.03g/l，磷酸氢二钾1.0g/l，硫酸镁0.03g/l，碳酸氢钠1.6g/l，pH7.2。

将该培养基在0.1MPa下灭菌30min。

2.2.分离培养基的配置:硫酸铵0.5 g/l，氯化钠2g/l，硫酸铁0.4g/l，磷酸氢二钾1.0g/l，硫酸镁0.5g/l，碳酸钙5g/l，pH7.2。

将该培养基在0.1MPa下灭菌30min。

亚硝化细菌固体分离培养基:在上述亚硝化细菌分离培养基中加入质量分数为2%的琼脂。

3.实验方法:3.1.亚硝酸细菌的富集培养将2mL活性污泥加入装有80m L富集培养基的300mL锥形瓶中，在30℃、130r/min的条件下振荡培养, 每隔几天取样, 采用格里斯试剂检验亚硝酸盐的生成情况, 呈现红色表示有亚硝酸盐存在, 然后移取1mL富集培养液接入新鲜富集培养基, 继续培养并进行上述测试。

经几次重复操作, 不断淘汰其他异养菌。

3.2.亚硝酸细菌的分离培养：将1mL上述富集培养液涂布于固体分离培养基平板上,在30℃的培养箱中培养7～10d，得到单菌落，再进一步纯化获得纯菌落，对纯菌落尽心编号，置于4℃冰箱中保存，备用。

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。

亚硝化菌的种类范文亚硝化菌是一类微生物，能够参与氮循环中的亚硝化过程，将氨氮氧化为亚硝酸盐，是氮素转化的关键环节之一、根据其代谢产物和特征，亚硝化菌可以分为多个不同的种类。

下面将介绍几种常见的亚硝化菌。

1. 亚硝化细菌（Nitrosomonas）亚硝化细菌是最常见的亚硝化菌之一、它们能够将氨氮氧化为亚硝酸盐。

亚硝化细菌是厌氧条件下生长的微生物，通常生活在土壤、水体和底泥中。

它们利用氨氮和氧气进行亚硝化反应，产生亚硝酸盐和水。

2. 亚硝化古菌（Nitrosopumilus）亚硝化古菌是一类较新发现的亚硝化菌。

它们属于古菌（Archaea）门，与细菌具有不同的生物学特性。

亚硝化古菌存在于海洋和淡水环境中，是海洋亚硝化特别是低氧环境下的重要参与者。

亚硝化古菌能够在低氧条件下进行亚硝化反应，并形成亚硝酸盐。

与亚硝化细菌相比，亚硝化古菌对环境条件的适应性更强。

3. 亚硝化螺旋菌（Nitrospira）亚硝化螺旋菌是一类直立发展的螺旋状菌群，以其独特的形态在亚硝化过程中起重要作用。

亚硝化螺旋菌包括多个属，如Nitrospira、Nitrobacter等。

它们首先将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，再通过细胞内催化剂将硝酸盐转化为氧气和氮气。

亚硝化螺旋菌主要分布在水体和土壤中，能够在较宽的环境范围内进行亚硝化反应。

4. 亚硝化放线菌（Nitrososphaera）亚硝化放线菌属于放线菌纲，是一类耐严酷环境的微生物。

它们生长缓慢，对营养物质需求较高。

亚硝化放线菌主要存在于土壤和温泉等环境中，能够参与亚硝化过程并将氨氮氧化为亚硝酸盐。

亚硝化放线菌的代谢特征和生理适应机制不同于其他亚硝化菌。

5. 亚硝化链球菌（Nitrospina）亚硝化链球菌是海洋环境中的一类亚硝化菌。

它们以链球状的形态存在，是淡水和海洋生态系统中重要的亚硝化微生物。

亚硝化链球菌利用氨氮和氧气进行亚硝化反应，并产生亚硝酸盐。

它们的生长速率较慢，但对低氧环境的适应能力强，是海洋亚硝化中的主要参与者之一总结起来，亚硝化菌的种类多样，包括亚硝化细菌、亚硝化古菌、亚硝化螺旋菌、亚硝化放线菌和亚硝化链球菌等。

硝化菌的类别参与硝化作用的细菌：日常工作中所说的硝化菌，一般是泛指参与硝化作用的细菌的总称，包括亚硝化菌、硝化菌等自养菌。

还有一类参与硝化作用的细菌--异养硝化菌。

亚硝化菌是一类好氧化能自养菌，主要参与氨氮氧化为亚硝态氮的过程，是生化系统中氨氮去除的主要功能菌。

亚硝化菌需要在好氧环境下，氧化氨氮获取化学能利用无机碳源进行合成代谢，生长缓慢，在生化系统中所占总量较小，对环境影响较为敏感，低温环境、负荷冲击、毒性作用等不良条件均可能导致亚硝化菌活性下降。

亚硝化菌的最适pH值范围约为在7.0-7.5。

温度、pH值、氨氮浓度、溶解氧等因素失调，将导致亚硝化菌活性下降，系统氨氮去除率低，出水氨氮偏高的现象。

传统意义上的硝化菌也是一类好氧化能自养菌，主要参与亚硝态氮氧化为硝态氮的过程，与亚硝化细菌常常共同存在，利用后者提供的亚硝态氮完成进一步的氧化过程。

硝化菌与亚硝化菌一样，也需要在好氧环境下，氧化亚硝态氮获取化学能利用无机碳源进行合成代谢，生长缓慢，在生化系统中所占总量较小，对环境影响较为敏感，低温环境、负荷冲击、毒性作用等不良条件均可能导致硝化菌活性下降。

硝化菌最适pH值范围约为在7.0-8.0。

温度、pH值、溶解氧以及亚硝态氮浓度是影响其活性的重要因素。

异养硝化菌指能在好氧条件下，利用有机物为碳源将氨氮转化成硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的一类细菌。

异养硝化菌可以利用很多种含氮基质，包括无机氮和有机氮：如铵、胺、酰胺、N-烷基羟胺、肟、氧肟酸及芳香硝基化合物等。

曾经认为异养硝化在硝化过程中的重要性不大。

原因有异养硝化菌要比自养硝化菌的单位活性低103-104倍，且异养硝化过程难以监测和确定等。

随着对异养硝化菌在脱氮方面一些特性的发现，才逐步引起了人们的关注，希望为开发设计新的脱氮工艺等提供了思路。

目前，对异养硝化菌和异养硝化作用的研究还在继续中，甚至还没有搞清楚其适应的底物及其代谢途径。

在此不做过多阐述，后面将专题讲述异养硝化菌。