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我国的城市生活垃圾在焚烧处理厂内会产生有机物浓度和氮含量极高的垃圾焚烧渗沥液,对其处理主要以生化处理为主。其中,厌氧产甲烷技术用于去除渗沥液中COD,缺氧好氧脱氮技术用于去除渗沥液中高浓度氨氮。在脱氮过程中,会有温室气体氧化亚氮(N2O)生成,通常需要对其进行限制。然而,N2O也是一种高效能源气体,如果能在脱氮过程中高效产生并收集,可进一步提升废水处理的能源回收利用。据此,本文针对垃圾渗沥液脱氮处理中利于N2O产生的反硝化段,采用基因工程技术将反硝化优势菌进行基因改造,构建出高效产N2O的反硝化功能菌,通过工程菌强化反硝化工艺实现垃圾焚烧渗沥液的有效处理和高效产N2O。本文首先采用缺氧反硝化反应器对某垃圾焚烧厂渗沥液的短程硝化废水进行处理,在进水NO2--N浓度为700 mg/L、亚硝态氮负荷为0.5 kgN/(m3·d)时,反应器运行稳定,NO2--N去除率在90%以上,但N2O的转化率最高仅为2.3%,大部分氮是以N2的形式产生。为实现N2O的高效产生,本文研究了反硝化过程中碳源种类(乙酸钠、甲醇、葡萄糖)和碳氮比(COD/N,1.5、2.5、3.5、5)对N2O产生的影响。实验结果表明,这两个参数对N2O的产生影响较大,以乙酸钠为碳源、COD/N为3.5的条件下,N2O转化率高达15%。微生物群落分析表明,一些有助于N2O产生的反硝化菌在此时得到富集。但仅通过参数调控仍难以实现N2O转化率达到较高水平。微生物群落分析发现,反硝化菌体内nosZ基因是影响Nos活性和N2O产量的主要因素之一。本文采用细胞接合与同源重组化学转化的基因敲除方法,构建了一株nosZ基因缺失型的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌,其目的是阻碍N2O还原为N2,实现N2O产量提升。nosZ基因敲除菌的静态实验表明,N2O转化率可达85%,远高于未敲除菌的N2O转化率(0.6%)。而且反转录实时荧光定量PCR的测定表明,敲除了 nosZ的Pseudomonas aeruginosa菌在反硝化过程中/nosZ基因的转录完全被终止,其它反硝化功能基因(narG,nirS和norB)的转录量相比于未敲除菌株均得到了明显提升,尤其是负责产生N2O的一氧化氮还原酶基因(norB),在敲除菌内的转录量高于未敲除菌株2倍以上,表明nosZ基因的敲除,不仅可以使N2O成为Pseudomonas aeruginosa菌的反硝化终产物,能够显著提升NO转化为N2O的基因norB的转录,加速了 N2O的产生。为使成功构建的高效产N2O工程菌在垃圾焚烧渗沥液反硝化系统中富集,本文以垃圾渗沥液短程硝化液为进水,采用MBBR缺氧反应器,通过纯菌挂膜提高nosZ基因敲除菌的丰度。当反应器运行稳定后,NO2--N转化率平均在95%以上,系统N2O转化率平均可达73%,每日所收集的生物产气组分有73～81%为N2O,能源回收量可达 1305 kJ/m3 废液。表明敲除了nosZ的 Pseudomonas aeruginsa菌在 MBBR 反硝化系统中有可能会实现垃圾焚烧渗沥液氨氮高效转化为N20。