污水处理厂通常处于好氧环境，非常不利于温室气体N2O的减排。本研究分离出了一种新的菌株假单胞菌株YR02，在好氧条件下可将N2O还原。四个反硝化基因的成功扩增证明了该菌株具有完全的反硝化能力。无机氮(IN)的去除率>98.0%，胞内氮和气态氮分别占输入氮的52.6-58.4%和41.6-47.4%。氮素利用的优先顺序为TAN>NO3－-N>NO2－-N。除了IN和N2O两者的C/N分别为15和5之外，去除两者的其他条件是一致的。通过动力学常数分析表明，菌株YR02具有处理高氨氮和溶解性N2O废水的潜力。菌株YR02对污水处理厂排放N2O的减排率为98.7%，氮去除率提高了32%，具有一定的应用潜力。


Unisense微电极分析系统的应用


使用unisense微呼吸系统对菌株YR02的N2O去除生物动力学和N2O亲和力进行了研究。在批量实验中测试了不同碳源、C/N(2、5、7、10和15)和pH(5、6、7、8和9)。细菌生物量的制备按照Suenaga et al.的方法进行。将饱和N2O溶液注入密封瓶中，得到N2O初始浓度为~300μmol L-1。除碳源和碳氮比为处理条件外，所有呼吸生物动力学实验均以六水琥珀酸钠为碳源(42.0 mg-C L-1,C/N=5)，30◦C,800 rpm(磁力搅拌)进行。实时监测溶解N2O浓度(间隔3 s)。根据溶解N2O浓度变化曲线进行动力学分析。每个细菌细胞用0.28×10-9 mg干细胞重(DCW)换算细胞数。

图1、采用Michaelis-Menten模型分析了(a)碳源、(b)C/N和(C)pH对N2O去除动力学的影响。

图2、(a)unisense实时检测N2O浓度的微呼吸系统和(b)原始N2O去除剖面示例。


实验结果


分离了一株YR02假单胞菌。采用改进的Gompertz模型、Michaelis-Menten模型和Haldane模型确定了最有利于去除IN和N2O的环境。除C/N外，N2O的最佳去除环境均在最有利的IN去除条件范围内。该C/N在农村生活污水和城市污水的C/N范围内，表明其在减少N2O排放方面的应用潜力。高生物动力学常数和生物强化证明了该菌株在常规硝化-反硝化污水处理厂中减少N2O排放(减少98.7%)的能力。