基于异养硝化菌处理低温微污染水源水中氨氮的机理与控制技术研究

新的国家生活饮用水卫生标准对氨氮限值提出了更高的要求，而我国大部分地区冬季水源水温度低（1-6℃），现有的传统生物硝化工艺难以去除低温水中氨氮，由此严重影响供水安全性。异养硝化菌具有降解氨氮功能，且相对硝化菌而言对温度等环境条件变化不敏感，因此研究利用异养硝化菌的这一特性，可为采用生物法去除低温水中氨氮提供新途径。目前国内外应用异养硝化菌去除低温水中低量氨氮（低于5mg/L）的研究尚属空白，异养硝化菌利用氨氮的代谢途径及低温对异养硝化菌降解氨氮的影响机制尚不清楚。本项目通过筛选构建低温下对氨氮有降解作用的异养硝化菌群，并利用PCR扩增、基因组、双向电泳、PAGE及酶学分析等手段，研究异养硝化菌利用氨氮的代谢途径，探讨低温对异养硝化菌代谢氨氮途径、生物活性及基因组成与表达的影响，揭示低温水中异养硝化菌降解氨氮的机理，进而提出低温水中异养硝化菌降解氨氮的优化控制条件，为开发新工艺提供理论依据。

我国地表水源水中普遍存在氨氮超标问题，新的国家生活饮用水卫生标准（GB5479-2006）对氨氮限值提出了更高的要求。我国大部分地区冬季水源水温度低（1-6℃），现有的传统生物硝化工艺难以去除低温水中氨氮。本研究从冬季松花江水中分离、筛选出可在2℃下生长的异养硝化菌，利用PCR扩增、基因组、双向电泳、PAGE、酶学分析及传统化学检测等手段，研究了异养硝化菌对氨氮的代谢途径与代谢特征；探讨了低温对异养硝化菌效能的影响。所筛选的2株异养硝化菌已申请国家发明专利，专利受理号为201310192042.5和201310192043.X，这2株菌在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏（用于发明专利的登记入册编号为CGMCC No.7486和CGMCC No.7487）。对其中1株异养硝化菌株进行了系统鉴定，发现该菌株为不动杆菌属（Acinetobacter）新菌种，鉴定结果已在国际权威期刊International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology发表，根据国际命名法则和国际菌种分类学专家意见，新菌种名称正式定名为Acinetobacter Harbinensis，菌株HITLi7作为Acinetobacter Harbinensis的标准模式菌株，已将其提交至韩国菌种保藏中心（Korean Collection for Type Cultures，保藏编号为KCTC32411）及中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心进行保藏（保藏编号为CGMCC No.1.12528）。2株异养硝化菌氨氮代谢途径为氨氮由氨单加氧酶氧化生成羟胺，再由羟胺氧化酶生成亚硝酸盐，亚硝酸盐直接还原成为N2，这有别于Richardson经典氨氮代谢理论。从菌株体内分离纯化出的氨单加氧酶和羟胺氧化酶分别为31 kDa和61 kDa的单体蛋白，与目前已发现的氨单加氧酶和羟胺氧化酶有明显区别，这2种酶已申请国家发明专利，受理号为201310201283.1和201310201282.7。新菌种的发现为低温水源水中氨氮的处理提供了新的物种资源，氨氮异养硝化代谢新途径及新酶的发现进一步完善了氨氮异养硝化代谢理论。本项目的研究成果对于低温饮用水氨氮处理技术的应用基础研究、新技术开发和工程化应用都具有重要的理论意义和实用价值。