亚热带土壤氮素反硝化过程中N2O的排放和还原

将采集于江西鹰潭的45个发育于不同成土母质和不同利用方式的土壤样本,在密闭、淹水、充N2的严格厌氧条件下进行了28d的培养试验(30℃),在培育过程中,定期测定NO3--N(加入量为200mg·kg-1)含量和培养瓶上部空间N2O的含量变化.实验结果表明,N2O含量(N)随培养时间t的变化可用方程N=A×(1-exp(-k1t))-B×exp(k2t)拟合(A表示培养过程中N2O总排放量;B为常数;k1和k2分别为N2O排放速率常数和还原速率常数,拟合值和实测值之间回归方程的决定系数R2=0.84±0.11).不同土壤之间培养期间N2O总排放量(A)的变异可以用培养7d内被反硝化的NO3--N量和N2O排放率(A值与28d内被反硝化的NO3--N总量的百分比)进行解释(R2=0.829,p<0.01).被反硝化的NO3--N量则主要受土壤有机碳含量或有机氮矿化量控制,N2O排放率则随k2的增大而呈指数下降(p<0.01).由此可见,在该实验条件下,还原N2O能力强的土壤,在相同量的NO3--N被反硝化的情形下,排放的N2O可能较少.但影响k2值的主要因素还有待进一步研究.     

亚热带土壤反硝化过程中NO-3-N对CH4排放的影响

研究了发育于不同成土母质和不同土地利用方式下的45个亚热带土壤样本,在反硝化严格厌氧培养条件下（密闭、淹水、充N₂）,加入KNO₃的处理（加入N量为200 mg·kg^-1）和不加KNO₃的空白对照对CH₄产生和排放的影响.结果表明,厌氧培养条件下无论加入KNO₃与否,CH₄的产生和排放首先取决于土壤有机碳总量水平及其有效性.对照土壤中花岗岩母质发育的土壤和KNO₃处理土壤中稻田利用方式下的土壤CH₄排放量最高.加入KNO₃显著抑制了CH₄的产生和排放,NO^-₃-N对CH₄产生的抑制效应可能较N₂O对CH₄产生的抑制效应更大.加入KNO₃处理中厌氧培养第1周内的NO^-₃-反硝化量和降低速率是决定CH₄排放量的关键因素.不加KNO₃的对照土壤中,73％的土样表现为 Fe²⁺的产生和CH₄的排放之间呈指数关系增长,表明Fe³⁺和CO₂的还原可同步进行.NO^-₃-N不仅显著抑制了CH₄的产生和排放,也抑制了Fe³⁺的还原.     

硝酸盐对土壤反硝化活性及蒽厌氧降解的影响

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在土壤中的反硝化降解是其厌氧去除的重要途径之一,但严格厌氧条件下反硝化电子受体(硝酸盐)对土壤反硝化活性及PAHs降解影响的报道还不多见.通过添加硝酸盐和蒽的厌氧微宇宙培养实验,探讨厌氧条件下硝酸盐对土壤蒽的厌氧降解及反硝化活性的影响.设置了不添加(N0)和添加硝酸盐(N30:30mg·kg~(-1))的两组处理,每组处理分别含3个蒽浓度(A0:0 mg·kg~(-1)、A15:15 mg·kg~(-1)、A30:30 mg·kg~(-1)),共6个处理(N_0A_0、N_0A_(15)、N_0A_(30)、N_(30)A_0、N_(30)A_(15)、N_(30)A_(30)).厌氧条件下25℃黑暗培养45 d,并于第3、7、15及45 d测定土壤N2O和CO2的产生速率、反硝化相关功能基因(nar G、nir K、nir S)丰度及蒽含量.结果表明,在培养第3 d检测到较强的反硝化活性,且硝酸盐及蒽均能显著促进土壤的反硝化酶活性.随着培养时间的延续,各处理中土壤反硝化活性急剧下降,蒽对土壤反硝化活性却表现出明显的抑制作用.方差分析的结果也表明,硝酸盐、蒽及其交互作用均能显著影响土壤的反硝化活性.3种反硝化功能基因中,只有narG和nirS基因的丰度在培养期间呈现逐渐升高的趋势,且它们能够受到硝酸盐、蒽及其交互作用的显著影响.厌氧条件下土壤蒽的最终去除率在33.83%~55.01%之间,添加硝酸盐对土壤蒽的去除率和降解速率均无显著影响,但高蒽含量(N_0A_(30)、N_(30)A_(30))处理的降解速率显著高于低蒽含量(N_0A_(15)、N_(30)A_(15))处理(P0.05).综上,硝酸盐的添加能显著影响土壤的反硝化活性及与反硝化相关的narG和nirS基因的丰度,但对土壤蒽的厌氧降解无显著影响.     

诺氟沙星对地下水中反硝化过程的影响:反硝化酶活性的证据

为探究不同初始浓度诺氟沙星对地下水反硝化过程中NO₃^--N和NO₂^--N降解的影响,选取以乙酸钠为电子供体,硝酸盐为电子受体驯化的反硝化细菌进行厌氧反硝化批实验研究,从反硝化细菌生长特性和反硝化酶活性等方面揭示诺氟沙星对反硝化过程的影响机制.结果表明,浓度为10 μg·L^-1和100 μg·L^-1的诺氟沙星对反硝化细菌的生长及NO₃^--N降解均有抑制作用,100 μg·L^-1诺氟沙星对NO₃^--N降解的抑制程度更大,抑制率为77.3%;且100 μg·L^-1诺氟沙星减少了NO₂^--N积累,最大积累量降低了67.9%.诺氟沙星初始浓度大于10 μg·L^-1时抑制了硝酸盐还原酶活性,在此过程中,亚硝酸盐还原酶活性在一定程度上有所增强.反硝化酶活性与NO₃^--N及NO₂^--N降解规律相符.因此,诺氟沙星对反硝化酶活性的控制作用是其影响反硝化过程的主要原因.     

生物质炭对双季稻田土壤反硝化功能微生物的影响

目前,基于田间条件下生物质炭添加对稻田反硝化微生物的调控效应还不甚明确.为此,本研究采用小区试验,通过在双季稻田添加不同量的小麦秸秆生物质炭(0、24和48 t·hm-2,分别用CK、LC和HC代表),结合实时荧光定量PCR(q PCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析技术,研究了生物质炭添加对双季稻田休闲季和水稻季土壤反硝化微生物相关功能基因(调控硝酸还原酶的nar G基因,亚硝酸还原酶的nir K基因和氧化亚氮还原酶的nos Z基因)的影响.由于生物质炭呈碱性,添加到土壤后,可提高稻田休闲季土壤p H 0. 2～0. 8个单位.生物质炭本身含有部分可溶性N,因此,添加生物质炭可增加休闲季土壤铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量,增幅分别达21. 1%～32. 5%和63. 0%～176. 0%,但由于其吸附作用,降低了水稻季NH_4~+-N含量48. 8%～60. 1%.生物质炭添加增加了休闲季微生物生物量氮(MBN)含量,这可能是由于生物质炭较大的比表面积为微生物生存提供了适宜的环境,可利用养分的增加促进了微生物的生长.与对照相比,休闲季生物质炭引起的NH_4~+-N和NO_3~--N含量增加,促进NH_4~+-N向NO_3~--N的转化,进而增加nar G和nos Z的基因丰度(P0. 05),同时,生物质炭处理p H的提高促进了nos Z的基因丰度的增加,显著改变了反硝化功能基因nar G和nos Z的群落结构,并以此对反硝化作用产生影响,但未对休闲季氧化亚氮(N_2O)排放产生影响.而在水稻季,生物质炭增加了土壤nos Z的基因丰度(P 0. 05),HC处理增加了nir K基因丰度(P 0. 05),这也是导致水稻季HC处理N_2O排放增加的重要原因.生物质炭通过降低水稻季土壤NH_4~+-N含量,改变了nir K和nos Z基因的群落结构,而nar G基因群落结构的变化影响了土壤N_2O排放.综上所述,生物质炭可通过改变双季稻田土壤性质,来影响参与土壤反硝化作用的相关微生物,进而影响土壤N_2O排放及NO_3~--N的淋失.     

污水反硝化过程中亚硝酸盐的积累规律

采用SBR反应器,以甲醇为碳源,研究了污水反硝化过程中的亚硝酸盐积累现象.在试验温度为14℃,初始pH值为7.33,污泥浓度为1 000 mg·L<'-1>条件下,反硝化过程中出现了明显的亚硝酸盐积累,亚硝酸盐浓度随着硝酸盐的不断还原而逐渐增加,2.5 h时,硝酸盐基本消耗完毕,亚硝酸盐浓度达到最大值22.35 mg·...     

不同碳源下硫还原地杆菌对反硝化过程的影响机制探讨

硝酸盐是废水中常见的污染物,其具有较高的氧化还原电位,在水中的去除主要依靠微生物的反硝化作用.目前的初步研究表明,电活性细菌能够和反硝化细菌通过互营生长加速反硝化过程.为探究在不同外加碳源下电活性细菌对反硝化过程的影响,选取不能够利用硝态氮作为电子受体的模式电活性细菌硫还原地杆菌(G.sulfurreducens PCA)与不同碳源(乙醇、丙酸或葡萄糖)驯化得到的反硝化细菌进行共培养.结果表明,改变碳源为乙酸盐后,不同体系中硝态氮的去除效率达到了94%.碳源的改变造成了不同程度的反硝化滞后现象,在当以乙醇为外加碳源时,G.sulfurreducens PCA的加入能够将迟滞时间缩短3 h,其反硝化速率可达到186 g·m~(-3)·d~(-1),同时产生的亚硝氮含量也相对最低.但以葡萄糖作为反硝化外加碳源时,迟滞时间最短,但加入G.sulfurreducens PCA后会延长反硝化所需的时间,这可能是与反硝化细菌同G.sulfurreducens PCA竞争体系中的乙酸盐碳源有关.分析微生物群落结构变化发现,G.sulfurreducens PCA的加入提高了反硝化细菌的相对丰度,使其能够适应因碳源改变而产生的对反硝化细菌的生长抑制现象.     

碳源对反硝化过程中一氧化二氮释放的影响

碳源种类及其浓度影响污水处理反硝化过程中一氧化二氮(N2O)的释放。以往关于碳源对反硝化过程中N2O释放特性的研究多采用单一碳源驯化活性污泥,采用混合碳源条件驯化的研究尚少。利用序批式反应器,以蔗糖和乙酸钠为混合碳源驯化反硝化菌。采用批处理试验研究了不同碳源(乙酸钠、葡萄糖和两者混合)在不同碳氮比(COD/N)条件下,利用硝酸盐氮(NO3--N)或亚硝酸盐氮(NO2--N)进行反硝化时N2O的释放。以NO2--N为电子受体进行反硝化时,N2O释放量远大于以NO3--N为电子受体进行反硝化时的释放量。碳源种类影响N2O释放,其释放比从低到高依次为乙酸钠、混合碳源和葡萄糖。以乙酸钠为碳源且当COD/N较低时,由于NO2--N积累和内源反硝化,导致较多N2O的释放,而在碳源相对充足情况下释放量较少。以葡萄糖为碳源时,由于反硝化速率较低,N2O释放量大于利用乙酸钠时的释放量,同时释放量随COD/N比的增加而增加。在混合碳源条件下,反硝化菌优先利用乙酸钠进行反硝化,N2O释放量随COD/N比的增加而降低。     

颗粒粒径与数量对硝化与反硝化过程的影响

以实验为基础,建立了一个基于多底物的多种微生物生长、维持和衰减过程的好氧硝化颗粒SBR反应器一维动力学模型,分析了颗粒粒径及数量对硝化、反硝化等过程的影响.研究发现,在相同生物量条件下,氨氮的消耗随颗粒的数量增加而增加,表明氨氮的消耗主要与NH4+-N和颗粒接触表面有关.同时,系统中所产生的NO2--N及NO3--N与颗粒数量和粒径有密切关系,而在NH4+-N不足时才只与数量有关,表明DO对颗粒的渗透决定NO2--N及NO3--N的产生.就反硝化过程而言,当粒径>1 000μm时反硝化会随粒径的增加而加强,而小于该值时,虽然反硝化也会发生但与颗粒粒径关系不大,表明颗粒粒径>1 000μm时粒径对DO的扩散限制才会明显从而加强反硝化过程.     

温度对短程硝化反硝化的影响

以间歇式活性污泥法(SBR)处理生活污水,系统考察了温度变化对短程硝化反硝化稳定性和硝化反硝化速率的影响.结果表明:在较高温度下((28±1)℃),通过实时控制和控制污泥龄在10d左右,可以成功实现短程硝化反硝化.在此基础上对完全亚硝酸型硝化的污泥(NO2--N/NOx--N≈1)进行降温实验,每降1℃稳定一个多月,半年后不刻意控制温度,经历了冬季10℃的低温,成功的稳定了常温、低温短程硝化反硝化,亚硝化率始终维持在78.8%以上.实验发现降低温度后对于AOB和NOB的活性都有很大的影响,但对于AOB的影响要大于NOB,对比氨氧化速率的影响大于比反硝化速率的影响.26℃条件下的比氨氧化速率和比反硝化速率分别是10℃条件下的4.49和2.91倍.可见降低温度对于短程系统硝化反应的影响要大于反硝化的影响.     

CH4火焰中CO2对NO行为影响的实验研究

针对CH4 火焰中CO2 浓度对于NO降解的影响进行了详细地分析研究。结果表明 :过量空气系数对于NO的降解有着很大的影响。和氧化性气氛相比 ,还原性气氛更有利于NO的降解。同时还原性气氛中CO2 的存在降低了NO的降解率 ,而氧化性气氛中CO2 的存在能够促进NO的降解。在还原性气氛中 ,随着CO2 浓度的升高 ,其继续减少NO降解率的作用也越来越不明显     

环境因素对芦苇湿地CH4排放的影响

用封闭式箱法对辽河三角洲芦苇湿地温室气体CH4 排放进行了长期观测 .结果表明 ,CH4 排放有明显的季节变化规律 ,平均通量为 52 0 μg·m- 2 ·h- 1.土壤产CH4 活性主要发生在 0～ 5cm土层中 ,并随土层深度的增加而显著下降 .CH4 排放受环境因素影响很大 ,土壤氧化还原电位在 -1 1 0mV时就有CH4 排放 ,其排放量随氧化还原电位的下降而增加 .另外 ,随着淹水深度的增加 ,CH4 排放反而减少 .在测定期内 ,CH4 排放与温度呈明显的正相关 (R2 =0 1 96,n =2 1 ,P <0 .0 5) .     

微污染水源水中NO2--N的去除

采用生物接触氧化法对北京某水库的微污染水源水进行了去除NO2-—N的试验研究。结果表明,运行期间,生物接触氧化柱(简称生化柱)对NO2-—N的去除率最高可达98%。水温对NO2-—N的去除效果有很大影响,水温越高,生化柱去除NO2-—N的效果越好;在原水水温相同的条件下,原水中NH4+—N浓度越低,生化柱去除NO2-—N的效率越高;原水中NO2-—N浓度越高,生化柱去除NO2-—N的效率越高。     

氧化铁催化甲烷脱硝的实验研究

文章使用固定床反应器在350℃~850℃范围内对氧化铁催化甲烷脱硝进行了实验研究。研究结果发现在有2%氧气存在条件下,氧化铁催化甲烷脱硝的效果最高只有20%,而且在350℃~750℃范围的氧化铁催化甲烷脱硝反应机理与850℃时的脱硝反应机理并不相同。在高温的850℃~950℃范围无氧气条件下,NOx转化率随着温度升高而单调增加,随CH4/NO摩尔比的增加而升高,氧化铁催化甲烷脱硝的最佳效果可以达到将近100%。通过进一步分析发现高温850℃~950℃无氧气条件下的脱硝反应机理是在催化剂表面进行了氧化还原反应,即首先发生了CH4与Fe2O3的气固反应,将Fe2O3还原为Fe3O4,而后Fe3O4再与NO反应将其还原为N2。     

不同种类有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的综合影响

以麦茬稻田为对象,研究基肥施用不同有机肥对稻田CH4和N2O排放的综合影响.结果表明:有机肥施用对稻田CH4和N2O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量.与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼+化肥(菜饼处理)促进CH4和N2O的排放,其季节排放总量分别增加了252%和22%;施用小麦秸秆+化肥(秸秆处理)和牛厩肥+化肥(牛厩肥处理)明显增加CH4排放,增加量分别为250%和45%,同时却减少N2O排放,分别减少18%和21%;施用猪厩肥+化肥(猪厩肥处理)降低CH4和N2O的排放,分别降低4%和18%.对CH4和N2O排放的综合温室效应分析表明,菜饼和秸秆处理的全球增温潜势(GWP)约为化肥处理的2.5倍,牛厩肥和化肥处理基本持平,但施用猪厩肥可减少10%～15%.各处理的GWP从高到低依次为菜饼、秸秆、牛厩肥、化肥和猪厩肥.单位产量的GWP以秸秆处理最高,菜饼次之,牛厩肥比化肥处理略高,猪厩肥处理最低.从本生长季来看,猪厩肥的施用对于实现环境效益与生产效益的协调发展具有一定作用.     

复合反硝化菌群培养及生化性能研究

根据反硝化过程中存在的问题,筛选到一株具有反硝化能力的菌株,鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),该菌株与生物活性炭污泥共培养,得到复合反硝化菌群,并对反硝化菌群的生化降解性能进行了研究。结果表明:该复合菌群污泥生物显微照片呈不规则颗粒状,SVI为38~55mL/g,VSS为2.0g/L,无丝状菌存在;具有明显的反硝化NO3--N,NO2--N能力,容积负荷可达0.9kgNO3--N(/m3·d);单独NO3--N,NO2--N反硝化曲线基本相似,NO3--N,NO2--N共存基质反硝化过程存在底物竞争关系,但不发生NO2--N抑制反硝化效应;在DO<0.5mg/L条件下,反硝化效果良好;复合菌群可以在pH为9.3条件下发生良好反硝化反应而不受到pH抑制。     

低有机碳含量表层土中Fe2O3对γ-666光解的催化作用

考察5种低有机碳含量天然土中Fe2O3光催化降解γ-666的光解动力学,γ-666的光解符合准一级动力学方程.从所得的γ-666光解动力学常数可知,随Fe2O3质量分数从0.40%增加到5.40%,γ-666的一级光解动力学常数也增大,且两者的线性相关系数为0.952,其在5种天然土中的半衰期随Fe2O3含量的增加依次为133.3h,82.5h,44.1h,28.5h,20.4h.由此可见,低有机碳含量天然土中Fe2O3对γ-666的光解具有明显的催化作用.     

臭氧生物活性炭工艺深度处理微污染原水

以广州东江水源为原水,研究了臭氧生物活性炭深度处理工艺对污染物的去除效果。结果表明:实验期间炭滤出水高锰酸盐指数、NH4+-N、NO2--N和浊度指标平均值分别为1.09mg/L、0.04mg/L、0.003mg/L和0.42ntu,平均去除率达65.34%、96.03%、98.24%和96.33%。所测项目相对于国家新颁布的《生活饮用水卫生标准》(5479-2006)达标率为100%。     

夏秋季长江口及毗邻海域N、P营养盐分布及其潮汐变化

根据2005年7月和11月在长江口及毗邻海域进行的现场观测数据,分析表明:夏秋季表层N、P营养盐的高值区(N＞65 μmol/L,P＞1.3 μmol/L)多位于长江口及杭州湾海域,而低值区(N＜40 μmol/L,P＜0.5μmol/L)多存在于长江口东北海域以及舟山东南海域,底层N、P营养盐在夏季存在-向东北方向的舌状扩散,而秋季等值线比较均匀且呈南北向分布;调查海域表层N/P值都超过30,羽状锋区可达到200以上,表明浮游植物的生长存在着磷限制;连续观测站位的PO-P含量在夏秋季大都表现为小潮高于大潮,而NO3-N含量变化复杂.     

好氧反硝化脱氮气态中间产物的研究分析

对好氧反硝化处理硝氮废水产生的中间气态产物进行了研究。结果发现系统的好氧反硝化会产生一定量的中间气态产物NO、N2O,但逸出量相对较少,在进水COD/N=10时,NO逸出0.43mg,占总脱氮量的0.17%,N2O逸出9.17mg,占总脱氮量的3.55%;进水COD/N=20时,NO逸出0.23mg,占总脱氮量的0.05%,N2O为0.78mg,占总脱氮量的0.17%。同时发现碳源是影响好氧反硝化进程的主要因素。