全程硝化菌(complete ammonia oxidizer,comammox)是同时拥有氨氧化功能和亚硝酸盐氧化功能的微生物,能独自将氨氮氧化成硝态氮。传统硝化理论认为硝化作用分为两步,第一步由氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)将氨氮氧化成亚硝氮,第二步由亚硝酸盐氧化菌(NOB)将亚硝氮氧化成硝氮。而comammox的发现打破了人们对硝化作用的认知,对完善自然界氮循环有着重要意义。Comammox的富集培养是其分离鉴定、微生物机理解析和工程化应用的基础。但由于生长缓慢,难以与传统氨氧化微生物分开,comammox的富集分离具有很大的难度,目前仅1株纯菌和少量富集培养物。探究comammox富集培养的影响因素,通过各方面的优化加快其富集速率具有非常重要的意义。氨氧化微生物的富集培养受多种因素的影响,包括接种物性质、反应器构型、氮源、环境因素等。本文以comammox的富集培养为主要研究内容,通过接种物筛选、反应器构型优选、氮源类型优化,以加速comammox的富集培养,快速获得comammox的富集培养物。主要研究结果如下:1.通过探索水源类型、水源地理位置、样品采集深度对地表水源水厂砂滤池中comammox丰度和细菌群落结构的影响,筛选出了最优的接种物。采集了 12个水厂砂滤池的样品,对比了河流型水源和湖库型水源水厂砂滤池中comammox丰度和细菌群落结构的不同,结果表明水源类型对砂滤池中comammox丰度和细菌群落结构有较大影响。河流型水源水厂的砂滤池中comammox丰度普遍高于湖库型水源的水厂,且comammox的丰度与水源氨氮浓度呈显著正相关,相关系数为0.826(p<0.01)。对比了分布在钱塘江上游至下游的5个水厂砂滤池中comammox丰度和细菌群落结构的不同,硝化螺旋菌在5个水厂砂滤池中的相对丰度依次是0.1%,0.2%,0.3%,13.2%,17.8%,下游水厂砂滤池中comammox丰度高于上游水厂。对比了不同深度样品中comammox丰度和细菌群落结构的不同,结果表明砂滤池中微生物存在明显的分层现象,在深度30-40 cm的样品中,comammox丰度和占比远高于其他3层样品。综上,在自来水厂砂滤池中选择comammox富集培养的接种物时,河流型水源的水厂优于湖库型水源的水厂,河流下游的水厂优于上游的水厂,同一个砂滤池中下层样品优于上层样品。综合考虑各项指标,NX水厂30-40cm砂滤池样品为最佳接种物,可用于后续反应器富集培养。2.比较研究了三种反应器构型对comammox富集效果和细菌群落结构的影响,初步获得最优反应器构型。自主设计了三种生物膜反应器:仿砂滤池反应器SC、填料球反应器Q和软性填料反应器R,采用三个反应器富集培养210天,对比研究了不同反应器的富集效果。结果表明反应器构型对微生物的硝化活性有影响,填料球反应器Q中微生物的硝化活性最高,为0.94mgN·g-生物膜·d-1。反应器构型对comammox的富集效果也有较大影响,仿砂滤池反应器SC对comammox的富集效果最好,comammox的占比从0.5%增加至10.2%,增加了约20倍。反应器构型还会影响氨氧化微生物的群落结构,SC反应器中的氨氧化微生物始终由comammox占主导,而在Q反应器和R反应器中,AOB逐渐取得竞争的胜利,丰度超过comammox,成为氨氧化的主导微生物。综合考虑微生物群落结构和comammox的丰度,砂滤池反应器SC是本研究中富集comammox的最优反应器构型。3.初步探究了亚硝氮、尿素、氨氮三种氮源对comammox富集效果和微生物群落结构的影响,获得了较优氮源。采用构型相同的仿砂滤池反应器对comammox进行富集培养,比较研究了三种氮源对comammox富集效果和微生物群落结构的影响。结果表明氮源类型对反应器硝化活性、comammox占比、细菌群落结构都有一定影响。富集培养后三个反应器的硝化活性都有较大提升,添加尿素的SB反应器和添加氨氮的SC反应器硝化活性相近,高于添加亚硝氮的SA反应器。SA、SB和SC反应器中comammox 占比分别从 0.3%、0.4%和 0.5%增加至 4.5%、10.8%和 10.2%,SB 和SC反应器富集效果优于SA反应器。尿素与氨氮的富集效果相近,表明comammox也可以利用尿素进行生长代谢。氮源类型对细菌群落结构也有影响,添加亚硝氮的SA反应器中硝化螺旋菌的相对丰度低于另外两个反应器。综合考虑硝化活性和comammox丰度的变化,尿素和氨氮都可以作为comammox培养的氮源,而亚硝氮不适合用于comammox富集。