第2卷 第8期2008年8月
环境工程学报
V o l . 2, N o. 8
A ug. 2008
人工湿地中氨化细菌去除有机氮的效果
李 辉
1, 2
徐新阳 李培军
2
1*
尹 炜 V. A. V erkhozi na
1
3
(1. 中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳110016; 2. 东北大学资源与土木工程学院, 沈阳110004;
3 俄罗斯科学院西伯利亚分院闵诺格拉多夫地质化学研究所, 伊尔库茨克664033)
摘 要 人工湿地去除有机氮主要由于氨化细菌的作用。为了了解人工湿地中氨化细菌去除有机氮的效果, 对人工湿地基质中5株氨化细菌进行了初步鉴定, 比较了不同氨化细菌去除有机氮的效果, 氨化细菌去除有机氮的量通过其生成的NH +N 来衡量。结果表明, 芽孢杆菌属(Bacillus) 、假单胞菌属(Pseudomonas ) 为人工湿地中氨化细菌的优势菌属; 氨化4 细菌 1、氨化细菌 2及氨化细菌 5对有机氮的去除效果相对较好, 分别达到46 2%、49 4%和52 6%。添加沸石对去除氨氮有明显效果, 从而能够提高有机氮的去除率。
关键词 人工湿地 有机氮 氨化细菌 去除效果 基质
中图分类号 X172 文献标识码 A 文章编号 1673 9108(2008) 08 1044 04
R esearch on a mm oni bacteria re m ovi ng organic nitrogen
i n construction wetland
LiH u i Xu X i n yang L iPeijun Y i n W ei V. A. Verkhozi n a
1, 2
2
1
1
3
(1. Insti tute ofA pp lied E col ogy , Ch i nese Acad e my of sciences , Shenyang 110016; 2. C ollege of Resou rce and C i v ilEng i neeri ng of Northeaster n Un i vers i ty , Shenyang 110004;
3 Insti tute of Geoche m i stry , by A. P . V i nogradova S i b erian B ran c h of Russian Acade my of Sciences , Ir ku ts k 664033)
Abst ract M ost o r gan ic n itrogen w ere re m oved by a mm on i b acter i u m in constructi o n w etl a nd . Fo r under
standing the i m pression of re m ov i n g organic n itr ogen by a mm on i b acteri u m in construction w etland , fi v e k i n ds of a mm on i b acteria in constr uction w etland s substrates w ere pri m ary i d entified . The e ffects o f re m oval of or gan ic n i trogen by different a mm on i b acteri u m w ere co m pared and the sca l e to the quantity o f o r gan ic nitrogen w hich con sum ed by a mm onibacteri u m is the quan tity of a mm on iacal nitrogen w hich is pr oduced . The result show s t h at Ba cillus and P seudo m onas are preponderan t genus o f a mm oni b acteria fr o m constructi o n w etland ; a mm onibacteria 1, a mm on i b acteria 2and a mm on i b acteria 5are better o f re m ov i n g organic nitrogen , achieve 46 2%, 49 4%and 52 6%.It is m ore e ffective to add zeo lite to re m ove a mm on ia n itrogen , and that cou l d i m prove the re m oval rate of organic n itr ogen .
K ey w ords constructi o n w etl a nd ; organ i c n itrogen ; a mm on i b acter i a ; re m ova l efficiency ; substrate 人工湿地是20世纪70年代蓬勃兴起的一种处理势氨化细菌进行初步鉴定; 考察了5株氨化细菌氨污水的方式, 它是利用湿地中基质、水生植物和微生物化作用的活性, 并对2种不同的基质对有机氮的去
[1]
之间的相互作用, 通过一系列物理的、化学的以及生除效果的影响作了对比。
物的途径净化污水, 具有较强的氮、磷去除能力以及生态环境效益显著等特点, 能够实现废水资源化。
废水中的有机氮先由氨化细菌的作用转化成为NH 4 N, 再通过亚硝化细菌、硝化细菌作用生成NO 3 N, 最后由反硝化细菌还原成N 2, 从而达到除去污水中有机氮的目的
[3]
-+
[2]
1 材料与方法
1. 1 实验材料
氨化细菌从人工湿地模拟装置中的基质中分离
基金项目:沈阳环境工程重点实验室基金(04002); 中俄自然资源与
生态环境联合研究中心基金
收稿日期:2007-10-23; 修订日期:2008-02-22
作者简介:李辉(1982~), 女, 硕士, 主要从事环境工程方面研究。
E m ai:l xi nx i n0324@126. com
。在人工湿地处理系统
中, 由于添加的基质不同, 对有机氮的处理效果也会有不同。为了更有效地提高人工湿地处理技术去除
获得。本模拟装置模拟水平潜流人工湿地, 模拟装置设有2个并联单元, 填充基质分别为沸石及陶粒, 2种材料粒径均采用5~8mm, 孔隙率皆为50%左右。
主要仪器有光学显微镜(OLYM P US B H 2, 日本) 、空气浴振荡器(HZQ C , 哈尔滨市东明医疗仪器厂) 、分光光度计(UN I C7200, 尤尼柯(上海) 仪器有限公司) 。
1. 2 氨化细菌的分离筛选
法进行预处理。
1. 6 数据处理
实验数据采用Exce l 2003软件处理, 最终实验数据均为3次重复测定结果的平均值。3次重复测定数据的相对标准偏差均在1 5%以内, 且在允许范围之内。
2 结果与讨论
2. 1 优势细菌的分离筛选及初步鉴定
氨化细菌包括芽孢杆菌属(Bacillus) 、假单胞菌
氨化细菌培养基:蛋白胨5g /L;NaC l 0 25g /
L ; FeSO 40 01g /L; K 2HPO 40 5g /L; M gSO 4 7H 2O 属(Pseudo m onas) 、变形杆菌属(Pro teus ) 、沙雷氏菌
[4]
0 5g /L; 琼脂18~20g /L;蒸馏水1L ; p H 7 2。属(Serra tia ) 及微球菌属(Micrococcus ) 。本实验
[4]
利用氨化细菌固体培养基, 采用稀释法进行共筛选出5株相对优势的氨化细菌, 将纯化后的氨平板分离, 将培养皿倒置于28! 恒温箱中进行培养, 2d 后观察记录菌落的形态、颜色等不同的菌落生长情况。对初筛氨化细菌进行液体培养, 并用奈氏试剂检验培养液中NH 的产生情况, 如呈现黄色, 说明生成NH 4; 此种细菌可将有机氮转化为NH 4, 可判断为氨化细菌。再经过多次平板分离与纯化, 得到相对优势的氨化细菌菌株。1. 3 氨化细菌的初步鉴定
根据细菌的形态特征, 按照文献[5~7]的方法对分离纯化的细菌进行初步鉴定。
1. 4 优势细菌的生长曲线
氨化细菌培养液:蛋白胨5g /L;NaC l 0 25g /L ; K 2H PO 40 5g /L; M gSO 4 7H 2O 0 5g /L;蒸馏水1L ; pH 7 2。
本实验接种细菌均采用培养18~20h , 菌悬液在560nm 处的吸光度为0 22左右的活性细菌, 接种量为10%; 温度为28! , 摇床转速为120r /min 条件下避光培养。
由于基质能够影响氨化细菌的生长, 在细菌培养时分别为游离菌、添加10%的沸石及添加10%的陶粒, 以不接种的空白培养基加10%的无菌水为对照。用分光光度计在560nm 处测定菌悬液在不同时间的吸光度, 来表示细菌的生长曲线。1. 5 有机氮去除实验
该实验设计同1 4。由于废水中有机氮在氨化
+
细菌的作用下生成NH 4 N, 所以有机氮的去除是用氨化细菌培养液中NH 4 N 的含量来表示。测定NH 4 N 的方法为纳氏试剂光度法
[9]
+
[8]
+
+
+
+
4
化细菌分别编号为:A 1、A 2、A 3、A 4和A 5并对5株细菌进行了初步鉴定。
A 1和A 2在90! 高温10m in 后, 仍能存活, 初步鉴定为芽胞杆菌, A 3、A 4和A 5革兰氏染色为阴性, 有极生鞭毛, 氧化酶为阳性、接触酶也为阳性, 并且能够氧化葡萄糖, 初步鉴定为假单胞菌。分别选取有菌株特点明显的A 1、A 2及A 5的显微相片, 如图1~图3所示。
。纳氏试剂比
色法是氨的经典测定方法, 但是易受水中悬浮物
, ,
和陶粒对氨化细菌的生长基本没有影响, 只有沸石对A 4生长有抑制作用。游离细菌培养20h 以后, 生长速度开始减慢并呈下降趋势; 而添加基质后, 随着时间的推移, 氨化细菌仍呈缓慢上升趋势。说明基质有助于系统中氨化细菌生物量的维持, 从而提高系统对有机氮的去除效果。2. 3 不同氨化细菌有机氮的去除效果
选用生长较好的A 1、A 2和A 5进行有机氮去
图3 A 5显微镜照片F i g . 3 A 5m icroscope photo
除实验, 结果见图5
。
供试系统中筛选出的5株优势氨化细菌包括2个属:芽孢杆菌属和假单胞菌属。
2. 2 氨化细菌的生长曲线
由图4看出, 在相同的培养条件下, A 1、A 2和A 5的生长好于A 3和A 4; 在培养液中加入
沸石
图5 氨化细菌培养液中监测到NH +N 的含量4
F i g. 5 Q uantity o f NH +N inspected by 4 culture so l uti on of a mm oni bacter i u m
图5所示:48h 后游离菌A 1、A 2和A 5对有机氮的去除率分别为46 2%、49 4%和52 6%。表
明氨化细菌对有机氮有明显的去除效果。2. 4 不同基质对NH 4 N 的去除效果影响
根据生化反应的动态平衡理论, 不同基质对NH N 的去除效果不同, 从而会影响对有机氮的去
除率。
+4
+
图6 48h 后培养液中氨氮的含量对比F ig . 6 Co m parison of content of NH 4+ N
i n culture so l uti on after 48hours
图4 氨化细菌的生长曲线F i g. 4 G row th o f a mmon i bacter i u m
由图6可见, 向培养液中加入不同的基质对
NH N 的去除效果有所不同。由于陶粒的密实结
+
4
构, 并且对NH 4 N 没有吸附或者吸收作用, 因此加
+
第8期
+
李 辉等:人工湿地中氨化细菌去除有机氮的效果
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入陶粒对NH 4 N 的影响不大; 而加入沸石后NH 4 N 的含量有大幅度下降, 分别比游离菌培养液中氨氮含量减少63 2%、65 6%和66 4%。这是由于沸石是呈骨架状结构的多孔性铝硅酸盐晶体, 多孔结构使得沸石具有较强的物理吸附性能。其内部空穴和孔道中存在大量流动性较强的阳离子(如Ca ), 可与环境中的NH 4、Na 和Pb 等发生交换
[10]2+
+
+
2+
+
可以有效地减少出水的NH 4 N 含量。
参考文献
[1]H ead l ey T. R. , H uett D. O. , D av ison L. T he remova l o f
nutr i ents fro m plan t nursery runo ff i n subsurface hor izon tal fl ow w etl ands . W ater Science and T echno logy , (11~12) :77~84
[2]梁威, 吴振斌, 詹发萃, 等. 人工湿地植物根区微生物
与净化效果的季节变化. 湖泊科学, 2004, 16(4):312~317
[3]籍国东, 倪晋仁. 人工湿地废水生态处理系统的作用机
制. 环境污染治理技术与设备, 2004, 5(6):71~75[4]许光辉. 土壤微生物分析方法手册. 北京:农业出版社,
1986
八版). 北京:科学出版社, 1984
[6]马放. 污染控制微生物学实验(第一版). 哈尔滨工业
大学出版社, 2002
[7]中国科学院微生物研究所细菌分类组. 一般细菌常用
鉴定方法(第一版). 北京:科学出版社, 1978[8]国家环保局∀水和废水监测分析方法#编委会. 水和废
水监测分析方法(第三版). 北京:中国环境科学出版社, 1991
[9]温丽云, 范朝, 袁倬斌. 我国环境监测中氨氮分析方
法. 中国环境监测, 2005, 21(4):28~32
[10]任钢, 崔福义. 改性天然沸石去除水中氨氮的研究.
环境污染治理技术与设备, 2006, 7(3):75~79
2001, 44
。沸石的应用是一种新的去除氨氮方法, 但对
其吸附容量、释放和以后的硝化、反硝化过程的影响需要进一步研究。
3 结 论
(1) 初步鉴定菌株A 1和A 2为芽孢杆菌属m onas) 。
(2) 氨化细菌生长实验表明:无论是游离菌, 还是加入陶粒和沸石, A 1、A 2和A 5菌株生长始终优于A 3和A 4菌株。
(3) 用生长较好的A 1、A 2和A 5进行有机氮的去除实验, 其中A 5的去除率最高, 为52 6%, 其他2株菌A 1和A 2的去除率分别为46 2%和49 4%。
(4) 在人工湿地中添加基质对氨氮的去除率有明显的提高作用, 添加沸石的效果要优于陶粒; 添加沸石的去除率可达63 2%~66 4%。根据本实验的结果, 在人工湿地的基质中添加适量的沸石材料
(Bacillus ) A 3、A 4和A 5为假单胞菌属(P seudo [5]R. E . 布坎南, N. E . 基本斯, 等. 伯杰细菌鉴定手册(第