珠江口入海河段DIN形态转化与硝化和反硝化作用

在自广州中大码头(ST1)沿珠江主航道到虎门外的龙穴水道(ST9)之间设9个采样站,其中ST2、ST5、ST9号3个为沉积物采样站,研究珠江口入海河段溶解态无机氮形态转化与硝化和反硝化作用.水质分析和培养结果表明,水体中存在着强烈的硝化作用.从ST1到ST9站约有88%的NH+ 4转化成了NO- 3和NO- 2 .NH+ 4与NO- 3含量之间呈显著的负相关关系,相关系数R =-0 97(n =19) .NO- 3的变化趋势与其它要素相反,沿入海方向逐渐升高.珠江水相中的N2 O的浓度范围在5 7～3 2 9nmol·L- 1 ,饱和度在674%～413 4%之间,是N2 O的一个重要排放源.采用乙炔抑制法研究微生物作用下发生在沉积物中的硝化、反硝化作用,结果显示,沉积物中存在着强烈的硝化与反硝化作用,硝化速率:0 3 2～2 43mmol·m- 2 ·h- 1 ;反硝化速率:0 0 3～0 84mmol·m- 2 ·h- 1 ;硝酸盐的还原速率:4 17～13 0 6mmol·m- 2 ·h- 1 .硝化与反硝化作用主要发生在沉积物的0～4cm的区域,各站点由于沉积物性状不同而有所差异.硝化和反硝化速率与沉积物中NO- 3和NH+ 4的含量和Eh值等性质及水相中的DO浓度有关     

淀山湖沉积物的反硝化脱氮能力及其环境意义

于2016年5月和7月,使用乙炔抑制法对淀山湖湖区13个样点表层6 cm原状沉积物反硝化速率进行了测定.结果表明,淀山湖表层沉积物中的反硝化速率具有显著的时空变化特征,变化范围在5.72~65.82μmol·m~(-2)·h~(-1)之间,,春季反硝化速率为(28.52±26.21)μmol·m~(-2)·h~(-1),夏季反硝化速率为(29.31±17.11)μmol·m~(-2)·h~(-1).在空间上,表层0~3 cm沉积物中反硝化速率((17.91±11.80)μmol·m~(-2)·h~(-1))高于下层3~6cm沉积物反硝化速率((11.02±10.40)μmol·m~(-2)·h~(-1));反硝化速率与沉积物中可提取NH_4~+-N含量成显著正相关(p0.05),耦合的硝化-反硝化过程是沉积物反硝化作用的主要机制.淀山湖湖区上半年通过反硝化作用可去除约278.70 t的氮,对控制水体氮浓度和削减氮负荷具有重要意义.     

秦淮河流域句容水库农业流域水体沉积物的反硝化作用

2007年5、8、11月和2008年2月,在秦淮河流域句容水库农业流域的河流和水库中,采用自行设计制作的无扰动采样器采集了沉积物柱样,使用乙炔抑制法进行培养试验,并测定了沉积物上覆水的温度(T)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO-3-N)和总溶解性氮(TDN)的浓度,以及沉积物有机质(OM)和全氮(TN)含量,研究了沉积物反硝化潜势的季节变化及其影响因素.结果显示,水体沉积物反硝化潜势存在显著的季节差异,河流沉积物的反硝化潜势范围在8.85～64.04pμg·m-2·h-1之间、水库沉积物的反硝化潜势范围在5.01～28.18μg·m-2·h-1之间.沉积物反硝化潜势的季节变化与上覆水的温度、NH4+-N、NO-3-N和TDN的浓度,及沉积物的OM和TN含量的季节变化有关.     

上覆水中碳氮浓度对黄河沉积物反硝化速率的影响

通过室内培养测定泥水界面N₂通量,研究了黄河沉积物的反硝化速率,分析了沉积物反硝化速率与上覆水碳、氮浓度和耗氧速率的响应关系。结果表明,对照处理（CK）平均反硝化速率为14.81±9.43 μg N/m2/h。碳、氮添加处理中,N1（4.5 mg N/L）和C1（2.4 mg C/L）沉积物反硝化速率最高,均值分别为21.99±12.45和24.33±14.38 μg N/m2/h。理论上,NO₃-N和溶解性有机碳添加浓度分别为9.8和4.0 mg/L时沉积物反硝化作用最大,且反硝化作用的最佳碳氮比为2.3。不同碳、氮水平上沉积物反硝化速率与耗氧速率的响应关系并不一致。低碳氮水平下反硝化速率与耗氧速率显著正相关;低碳、高氮水平下反硝化速率与耗氧速率不相关;而高碳、低氮水平下反硝化速率则与耗氧速率显著负相关。     

辽河口湿地沉积物硝化细菌及硝化作用研究

2009年6月和8月,采用现场培养和实验室模拟培养相结合的方法对辽河口湿地表层沉积物硝化细菌数量、硝化速率及影响因素进行了研究.结果表明,辽河口湿地表层沉积物氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)数量6月在0.54×104～5.69×104个.g-1之间,平均值为(2.21±2.32)×104个.g-1,8月在1.90×104～7.90×104个.g-1之间,平均值为(3.61±2.87)×104个.g-1;沉积物潜在硝化速率6月在9.72～16.45 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(12.54±3.14)mmol.(m2.h)-1,8月在14.66～24.62 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(18.71±4.21)mmol.(m2.h)-1;净硝化作用速率6月(S1站)为0.41 mmol.(m2.h)-1,8月在0.20～0.53 mmol.(m2.h)-1之间,平均值为(0.35±0.16)mmol.(m2.h)-1.潜在硝化速率显著高于净硝化速率,AOB数量、净硝化作用速率和潜在硝化作用速率均表现为8月高于6月,芦苇根际效应对硝化作用有促进作用.通过SPSS 13.0软件统计分析,表明影响辽河口湿地表层沉积物硝化作用的主要环境因子有上覆水NH 4+-N浓度和沉积物pH、有机质、总氮(TN)、总磷(TP)、NH 4+-N含量以及AOB数量(p0.05),其中上覆水NH 4+-N浓度和沉积物总磷(TP)、NH 4+-N含量对硝化作用影响较大,是辽河口湿地硝化作用影响的关键因素.根据研究结果估算辽河口湿地沉积物硝化作用每天可以将1.14×105kg的NH 4+-N转化为NO 3--N,对河口湿地氮的循环具有重要意义.     

鄱阳湖湿地沉积物反硝化空间差异及其影响因素研究

鄱阳湖显著的水位变化导致该区域湿地类型的复杂多样,包括不同的沉积物性质及水动力条件等,这些因素势必会对反硝化速率及其途径产生影响.本研究通过对3种不同类型湿地沉积物柱样采集、流动培养及同位素添加模拟,对湿地沉积物反硝化速率的空间差异、反硝化过程及氮源等反硝化底物和沉积物呼吸等反硝化影响因素进行研究,以期进一步了解水动力变化下鄱阳湖多类型湿地沉积物的反硝化空间差异及其影响规律.结果表明,反硝化速率在水力联系较强的湖沼沉积物中最高,达到(43.98±2.33)μmol·m-2·h-1;在洲滩沉积物中次之,为(35.36±6.12)μmol·m-2·h-1;而与大湖区连通性较弱的内湾湖沼沉积物中最低,为(13.45±3.21)μmol·m-2·h-1.不论是洲滩沉积物还是不同水力联系下的湖沼沉积物,总反硝化速率与上覆水硝酸盐之间均存在显著正相关(p0.01),表明上覆水硝酸盐是反硝化的限制性因子.相关分析显示,不同湖区沉积物的呼吸速率及微生物有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)含量对鄱阳湖湿地沉积物反硝化也具有一定的影响(p均为0.05).在两种反硝化途径中,洲滩和不同水力联系下湖沼沉积物中以水体硝酸盐为底物的非耦合反硝化均强于耦合反硝化,说明非耦合反硝化是反硝化的主要方式.耦合反硝化与非耦合反硝化在内湾区湖沼沉积物中均较弱;与大湖区连通的湖沼沉积物的非耦合反硝化强于洲滩沉积物,说明反硝化途径与水力联系及沉积物有机质水平具有一定的联系.     

上海城市河岸带土壤反硝化作用研究

2011年4月至2012年2月,以2个月为周期,在上海市不同地点浦东(PD)、金山(JS)、嘉定(JD)、青浦(QP)、崇明(CM)、闵行(MH)采集不同类型城市河岸带土壤,采用乙炔抑制法测定土壤反硝化速率.结果表明,上海河岸带土壤反硝化速率介于1.00 ～ 82.92μmol·m-2·h-1之间,时空差异明显.不同区域,农田背景下的河岸带土壤反硝化速率(浦东:29.51 μmol·m-2h-1,嘉定:36.99μmol·m-2·h-1)要高于以草地(青浦:4.95 μmol·m-2·h-1,闵行:7.84 μmol·m-2·h-1)、矮灌丛(金山:27.83 μmol·m-2·h-1,崇明:23.26 μmol·m-2·h-1)背景为主的河岸带土壤;垂直变化上,2～5 cm深度处的河岸带土壤反硝化速率最大,随深度增加反硝化速率呈逐步降低趋势;季节变化上,河岸带土壤反硝化速率呈现夏秋高冬春低的特点,夏季是反硝化作用最为强烈的季节.温度、pH值、土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)、土壤总氮(Soil Total Nitrogen,STN)等是影响反硝化速率的重要因子,其中,反硝化速率与温度、SOC、STN含量呈正相关关系,与pH值呈负相关关系.     

沉积物-水界面氮的源解析和硝化反硝化

掌握沉积物-水界面氮的循环过程,对有效控制地表水氮污染具有关键的作用.通过采集西湖不同季节的柱状芯样,利用氮、氧同位素技术及稳定同位素源解析模型(stable isotope analysis in R,SIAR)并结合乙炔抑制法研究沉积物-水界面氮的来源及迁移转化.结果表明,硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)在沉积物-水界面均存在浓度梯度,NO_3~-自底层水向间隙水扩散,是为沉积物累积;NH_4~+自间隙水向底层水扩散,是为沉积物释放.西湖底层水硝化作用明显,硝酸盐来源包括生活污水(粪肥)、土壤氮、化肥和降雨,生活污水(粪肥)是主要来源,其在夏季贡献率高达60.8%.间隙水中特别高的δ15N值反映西湖沉积物-水界面存在强烈的反硝化作用.西湖沉积物-水界面硝化速率和反硝化速率的平均值分别为2.85 mmol·(m~2·d)~(-1)和23.51μmol·(m~2·d)~(-1),沉积物-水界面在水体氮素去除过程中作用显著.硝化速率和反硝化速率时空变化显著.温度和溶解氧是影响西湖沉积物-水界面氮迁移转化的主要因素.     

天津市不同污染特征典型河流沉积物反硝化对比研究

使用乙炔抑制法对天津市不同污染特征代表性的城市内河南运河、北塘排污河以及城郊东丽区自然河流底部沉积物的反硝化速率和潜力及其冬(3月)夏(8月)季节变化进行了测定。结果表明:1)夏、冬两季天津市不同污染特征的河流沉积物反硝化速率存在着显著的空间差异(p0.05)。夏季排污河沉积物的反硝化速率明显高于较清洁河流,而冬季相反;2)就全年数据来看,各河流沉积物夏季反硝化速率高于冬季,其中北塘排污河表现出最大的季节差异;3)北塘排污河沉积物相较另外两条河流具有较高的反硝化潜力;4)各样点河流沉积物反硝化速率及潜力基本表现为随深度的增加而降低。相关性分析发现河流沉积物反硝化速率与有机碳呈显著正相关(p0.05),因此天津市不同类型河流沉积物有机碳或是影响反硝化过程,导致时空差异的重要因素。天津市河流沉积物反硝化潜力是反硝化速率的1.50~22.8倍,且排污河沉积物脱氮潜力较清洁河流大。     

不同植物对沟渠沉积物反硝化速率及功能基因的影响研究

植物是影响沉积物反硝化作用的重要因素之一,国内外已有不少研究探讨了植物对河口或湖泊沉积物反硝化速率的影响,但关于植物类型对自然沟渠沉积物反硝化速率及其相应功能基因的影响研究不多.因此,本文以7种常见沟渠植物为研究对象,通过室内盆栽试验,利用改进的乙炔抑制法和实时荧光定量PCR技术研究了不同植物对自然沟渠沉积物反硝化速率和相应功能基因(nirS和nirK)拷贝数的影响.结果表明,培养至第180 d时,不同植物生长条件下沉积物反硝化速率在2.85～13.20μg·m~(-2)·h~(-1)之间,不同植物间反硝化速率差异显著,且大型挺水植物浮水植物小型挺水植物.不同植物之间沉积物中nirS基因拷贝数在2.70×10~8～5.02×10~8 copies·g~(-1)之间,nirK基因拷贝数在3.97×10~5～6.91×10~5 copies·g~(-1)之间,与培养初期相比,培养180 d后沉积物中nirK、nirS基因拷贝数明显增多.7种植物中,美人蕉沉积物中的反硝化功能基因拷贝数较高,狐尾藻较低,整体来看,基因拷贝数大小顺序为:挺水植物浮水植物.nirS基因拷贝数与NO~-_3-N含量、TN含量及反硝化速率之间均呈显著性的正相关关系(p0.05),但nirK基因拷贝数与沉积物碳氮含量及反硝化速率之间相关性不显著.     

城市内河沉积物中反硝化作用的研究进展

沉积物是水环境的重要组成部分,它作为污染物的"汇"与"源",在外源污染有效控制后,城市内河沉积物将成为引发水体富营养化和黑臭现象的重要原因。反硝化作用是氮生物地球化学循环中的核心环节,是去除氮污染的重要途径。文章综述了城市内河沉积物中氮的生物地球化学循环及反硝化作用,着重介绍了测定反硝化速率的不同方法以及其优缺点,同时总结了影响反硝化作用的主要因素如DO浓度、有机质、温度、pH、NO3-等,并提出了该方向今后进一步研究的重点和发展趋势。     

河流底泥潜在硝化速率模型研究

为深入认识河流NH₄+-N的转化降解过程,以生物量、温度和c（NH₄+-N）这3项因子为对象,开展河流底泥潜在硝化速率模型研究.采集典型污染河流底泥样品,设置3个生物量梯度（高、中、低）、5个c（NH₄+-N）梯度（0.13、0.63、1.13、2.13、4.13 mmol/L）、4个温度梯度（15、20、30、40℃）,测定不同条件下河流底泥潜在硝化速率,并进一步构建了潜在硝化速率模型,定量分析了生物量、温度和c（NH₄+-N）对潜在硝化速率的影响.结果表明:①生物量对底泥的潜在硝化速率有显著影响,高、中、低生物量条件下,河流底泥潜在硝化速率范围分别为0.10~0.26、0.03~0.16和0.02~0.07 μmol/h.②底泥潜在硝化速率随温度呈现指数增长,但高温具有抑制作用,各温度梯度下k（硝化速率常数）分别为5.9、9.3、18.1、10.6 μmol/（g·h）,15~30℃范围内θ（温度校正系数）为1.074.③c（NH₄+-N）对潜在硝化速率的限制作用符合Monod方程,高、中、低生物量条件下K_s（半饱和浓度）的平均值分别为0.02、0.05、0.13 mmol/L.研究显示,潜在硝化速率模型较好反映了生物量、温度和c（NH₄+-N）对河流底泥潜在硝化速率的影响,为定量认识底泥硝化能力提供了有效手段.      

沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性与影响因素——以长江口青草沙水库为例

水生态环境中硝酸盐异化还原过程反硝化、厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原成铵（DNRA）,对氮循环起着重要作用.采用泥浆培养实验,并结合¹⁵N同位素示踪技术对长江口青草沙水库沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性及影响因子进行了研究.结果表明,原位温度10℃时沉积物中反硝化、厌氧氨氧化和DNRA速率分别是0.18～6.86、0.26～3.16和0.09～0.25μmol N/（kg·h）.当培养温度升高到20℃和30℃时,反硝化速率分别是0.43～6.22和0.68～6.56μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了15.7%和21.6%;厌氧氨氧化速率分别是0.61～3.2和0.77～3.54μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了27.8%和42.6%;DNRA速率分别是0.09～0.23和0.1～0.18μmol N/（kg·h）,均比10℃时降低了4.2%.沉积物厌氧氨氧化对温度最为敏感,其次是反硝化,均随温度升高而增大;而DNRA最不敏感,随温度升高而减小.相关性分析结果发现有机碳、氨氮、二价铁和硫化物是影响硝酸盐异化还原的主要环境因子.反硝化和厌氧氨氧化硝酸盐还原的贡献分别是34%～71%和28%～49%,而DNRA为2%～17%.青草沙水库沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程每年可去除活性氮大约为3.25×10³t和1.68×10³t,约占库区输入氮的54.17%.     

苏州河网区河道上覆水与底泥中氮素形态分布特征

以苏州河网区河道为研究对象,分布式采集10个采样点,分析水质状况和底泥中氮素形态与含量及其剖面分布,以探讨上覆水和底泥中各形态氮的相关性. 结果表明:上覆水中ρ(总氮),ρ(总磷)及ρ(COD_Cr)均超标,水质呈弱碱性,ρ(硝态氮)(1.10～2.39 mg/L)均高于ρ(铵态氮)(0.30～1.70 mg/L),80%的采样点水质为劣Ⅴ类,水质污染严重,且以氮污染为主;底泥中w(总氮)为2.78～6.30 g/kg,其随沉积深度的增加而减少,说明河道污染负荷有逐年加重的趋势;底泥中w(铵态氮)为37.2～228.0 mg/kg,其随沉积深度的增加而增加,说明铵态氮的沉积量在逐年减少;底泥中w(硝态氮)为13.1～69.4 mg/kg,其在各点的剖面变化趋势不尽相同,这可能与河道水体流动性较大有关. 相关性分析和空间关系分析显示,虽然上覆水中各形态氮含量和底泥表层中各形态氮含量点位对应的关系不显著,但在空间上存在一定的关联性,即由于水体的流动性,使得底泥到上覆水的氮含量高值区有从东向西迁移的趋势.      

Advanced landfill leachate treatment using a two-stage UASB-SBR system at low temperature

A two-stage upflow anaerobic sludge blanket(UASB) and sequencing batch reactor(SBR) system was introduced to treat landfill leachate for advanced removal of COD and nitrogen at low temperature.In order to improve the total nitrogen(TN) removal efficiency and to reduce the COD requirement for denitrification,the raw leachate with recycled SBR nitrification supernatant was pumped into the first-stage UASB(UASB1) to achieve simultaneous denitrification and methanogenesis.The results showed that UASB1 played an important role in COD removal and UASB2 and SBR further enhanced the nutrient removal efficiency.When the organic loading rates of UASB1,UASB2 and SBR were 11.95,1.63 and 1.29 kg COD/(m3·day),respectively,the total COD removal efficiency of the whole system reached 96.7%.The SBR acted as the real undertaker for NH4+-N removal due to aerobic nitrification.The system obtained about 99.7% of NH4+-N removal efficiency at relatively low temperature(14.9-10.9°C).More than 98.3% TN was removed through complete denitrification in UASB1 and SBR.In addition,temperature had a significant effiect on the rates of nitrification and denitrification rather than the removal of TN and NH4+-N once the complete nitrification and denitrification were achieved.     

厌氧氨氧化工艺处理高氨氮养殖废水研究

以典型高浓度养殖废水经UASB-短程亚硝化工艺处理后的出水为对象,采用厌氧氨氧化工艺进行脱氮处理研究.以反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器,在此基础上,通过试验确定最佳进水氨氮负荷应处于0.2 kg/(m³·d)左右,系统的HRT定为2 d;通过对系统运行条件研究发现,最佳运行条件为：pH为7.50左右,温度为30℃且系统不需投加有机碳源.在优化条件下,系统最终氨氮去除率能达到85％以上,亚硝态氮去除率达到95％以上,系统运行效果良好,且具有重现性.最后通过动力学理论分析得出氨氮的降解速率为0.012 6 d^－1,亚硝态氮的降解速率为0.013 1 d^-1.通过研究以期为后续工艺、神经网络模拟及“UASB-短程亚硝化-厌氧氨氧化-土地系统"组合新工艺的工程推广应用提供一定的理论依据.     

Influence of Chironomid Larvae on oxygen and nitrogen fluxes across the sediment-water interface (Lake Taihu, China)

The microscale distribution of oxygen,the nitrogen flux and the denitrification rates in sediment inhabited by chironomid larvae(Tanypus chinensis) were measured in eutrophic Lake Taihu,China.The presence of the chironomids in the sediment increased the oxygen diffusional flux from 10.4 ± 1.4 to 12.7 ± 2.5 mmol O 2 /(m 2 ·day).The burrows of the larvae represented "hot spots" and strongly influenced the nitrogen cycles and diagenetic activity in the sediment.The results indicate that the bioturbation effects of Tanypus chinensis chironomid larvae increased the capacity of the sediment as a sink for nitrate and a source for ammonium.Nitrate influx and ammonium outflux were increased 8.8 and 1.7 times,respectively.Under bioturbation,the amount of nitrate consumed was greater than the amount of ammonium released.The total denitrification rate was also enhanced from 0.76 ± 0.34 to 5.50 ± 1.30 mmol N/(m 2 ·day).The net effect was that the bioturbated sediments acted as a net sink for inorganic nitrogen under direct and indirect bioturbation effects compared to the control.     

处理低污染河水的湿地内氮迁移转化过程模拟

为了明确以低污染河水为原水的人工湿地中的主要脱氮机制以及氮素的归趋形式,以洱海流域邓北桥湿地工程为研究对象,根据湿地内发生的生物反应、物理吸附以及沉淀等过程,建立了生态动力学模型,模拟湿地中氮素的迁移转化. 结果显示,所建模型能较好地模拟出水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(ON)(ON为有机氮)的变化趋势,效率系数(R)分别为50.2%、67.6%、81.2%. 通过对湿地氮素迁移转化与去除量的模拟结果分析,确定了湿地除氮的主要机制为硝化、反硝化、植物吸收. 反硝化作用可以去除进水中50.0%的TN,植物吸收可以去除进水中11.0%的TN,底泥则可以吸附进水中3.5%的TN. 模拟得到硝化速率平均值、反硝化速率平均值、植物吸收氮速率平均值分别为0.234、0.438、0.050 g/(m3·d).      

污水厂尾水受纳河段沉积物反硝化速率及对外源碳的响应

为揭示污水厂尾水排入对河流沉积物反硝化的影响,于2018年10月-2019年6月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水处理厂尾水排放口上、下游河段设置4个采样点位,隔月采集上覆水和表层沉积物样,解析沉积物反硝化速率及其时空变化特征,识别主要影响因素;同时,通过对外源碳（葡萄糖）响应的分析,评估沉积物反硝化过程的碳限制性.结果表明,4个采样点的反硝化速率在数值上存在一定的差异性,但并未达到显著性水平（p>0.31）;4个采样点位沉积物反硝化速率都表现为随碳浓度梯度增加而增大、随培养时间延长而下降的特点,表明受纳河段沉积物反硝化作用具有一定的碳限制性,且这种限制具有季节性特征,并以春季和秋季表现得最为明显;上覆水中温度和NO₃^--N浓度对反硝化速率影响较大,沉积物理化指标对反硝化作用的影响较为显著,且在重要和较重要影响因素方面,尾水排放口上、下游存在明显差异性.