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导读
市政污水普遍存在的低C / N特性限制了传统生物法的完全反硝化脱氮，同时，其出水COD中较高比例的生物代谢产物阻碍了污水出水水质的提高。因此，如何利用胞外聚合物（EPS）和可溶性细胞产物（SMP）作为碳源促进生物反硝化并降低出水COD值，显得尤为重要。相较于调整反应器运行参数的研究，本研究基于有机氮、EPS和SMP探究了单一菌种低C/N反硝化策略，揭示了具有较高降解性EPS和SMP的菌种对于低C / N反硝化的潜在贡献，为目标菌种的扩大培养以及生物填料系统的构建提供了参考。
▲图1 菌株YSF15在C/N=1-5培养条件下的氮平衡，圆环代表培养两天的氮平衡，圆环两侧代表培养初期（0 h）和末期（72 h）胞外有机氮和胞内氮含量（单位：mg/L）。（来源：ScienceDirect）
不同C/N环境下的氮平衡差异如图1所示。在培养了48 h后， 菌株YSF15在C / N=1-5中的氮元素气体转化率分别为27.44%、65.10%、89.03%、85.29%和82.95%。胞内氮占比少于10%，表明菌株YSF15对氮的去除主要取决于反硝化途径而不是同化过程，更多的电子供体（碳源）有助于提高反硝化性能。在C/N=2时胞外有机氮含量最多，与提取的SMP三维荧光图谱一致，这可能有助于菌株YSF15适应低C / N环境。另外，在不同C / N中的荧光组分和强度有差异，表明C / N可能会改变SMP组分。培养72 h后，胞外有机氮含量降低，胞内氮升高，表明胞外有机氮参与了细胞活动并转化为胞内氮。
▲图2 菌株YSF在C / N=1-5培养条件下多糖（PS）和蛋白质（PN）随时间变化。（来源：ScienceDirect）
如图2所示，不同C / N培养条件下的多糖（PS）蛋白质（PN）变化趋势是相近的，但在时间上有着明显差异。PS峰值要早于PN，且在时间上与菌株YSF15的反硝化过程重叠，PS的高降解性表明其可作为碳源用于反硝化。PN在SMP和EPS中的特性有差异，具体表现在EPS中的PN在培养末期已消耗殆尽，而SMP中的剩余PN含量为5mg/L左右。结合SMP和EPS变化，分析认为EPS主要由可降解成分组成，可供给细菌生长和代谢活动；而SMP的可降解性较EPS低，可能与细菌生长和环境适应性增强有关。
根据以上分析可将菌株YSF15的低C / N反硝化策略总结如图3，即较高的氮气转化率（低同化量）、EPS和SMP降解性共同提高了菌株YSF15在碳源匮乏条件下的反硝化效率。
▲图3 菌株YSF15在低C / N环境下的反硝化策略示意图。（来源：ScienceDirect）
参考文献 [2] Su, J.F., Yang, S., Huang, T.L., Li, M., Liu, J.R., Yao, Y.X., 2020. Enhancement of the denitrification in low C/N condition and its mechanism by a novel isolated Comamonas sp. YSF15. Environ. Pollut. 256, 113294. [3] Su, J.F., Zhang, H., Huang, T.L., Hu, X.F., Chen, C.L., Liu, J.R., 2020. The performance and mechanism of simultaneous removal of fluoride, calcium, and nitrate by calcium precipitating strain Acinetobacter sp. H12. Ecotoxicol. Environ. Saf. 187, 109855.
联系作者: 苏俊峰，教授，西安建筑科技大学
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