污水處理廠通常處于好氧環(huán)境，非常不利于溫室氣體N2O的減排。本研究分離出了一種新的菌株假單胞菌株YR02，在好氧條件下可將N2O還原。四個反硝化基因的成功擴增證明了該菌株具有完全的反硝化能力。無機氮(IN)的去除率>98.0%，胞內(nèi)氮和氣態(tài)氮分別占輸入氮的52.6-58.4%和41.6-47.4%。氮素利用的優(yōu)先順序為TAN>NO3－-N>NO2－-N。除了IN和N2O兩者的C/N分別為15和5之外，去除兩者的其他條件是一致的。通過動力學常數(shù)分析表明，菌株YR02具有處理高氨氮和溶解性N2O廢水的潛力。菌株YR02對污水處理廠排放N2O的減排率為98.7%，氮去除率提高了32%，具有一定的應用潛力。

Unisense微電極分析系統(tǒng)的應用

使用unisense微呼吸系統(tǒng)對菌株YR02的N2O去除生物動力學和N2O親和力進行了研究。在批量實驗中測試了不同碳源、C/N(2、5、7、10和15)和pH(5、6、7、8和9)。細菌生物量的制備按照Suenaga et al.的方法進行。將飽和N2O溶液注入密封瓶中，得到N2O初始濃度為~300μmol L-1。除碳源和碳氮比為處理條件外，所有呼吸生物動力學實驗均以六水琥珀酸鈉為碳源(42.0 mg-C L-1,C/N=5)，30?C,800 rpm(磁力攪拌)進行。實時監(jiān)測溶解N2O濃度(間隔3 s)。根據(jù)溶解N2O濃度變化曲線進行動力學分析。每個細菌細胞用0.28×10-9 mg干細胞重(DCW)換算細胞數(shù)。

圖1、采用Michaelis-Menten模型分析了(a)碳源、(b)C/N和(C)pH對N2O去除動力學的影響。

圖2、(a)unisense實時檢測N2O濃度的微呼吸系統(tǒng)和(b)原始N2O去除剖面示例。

實驗結果

分離了一株YR02假單胞菌。采用改進的Gompertz模型、Michaelis-Menten模型和Haldane模型確定了最有利于去除IN和N2O的環(huán)境。除C/N外，N2O的最佳去除環(huán)境均在最有利的IN去除條件范圍內(nèi)。該C/N在農(nóng)村生活污水和城市污水的C/N范圍內(nèi)，表明其在減少N2O排放方面的應用潛力。高生物動力學常數(shù)和生物強化證明了該菌株在常規(guī)硝化-反硝化污水處理廠中減少N2O排放(減少98.7%)的能力。