氮添加对生长季寒温带针叶林土壤有效氮和酸化的影响

基于低剂量、多形态的N添加控制实验,以大兴安岭寒温带针叶林为研究对象,通过长期持续的原位增N处理,测定了2010年、2012年和2013年生长季初期(5月)和生长旺季(8月)0~10 cm土壤有效氮(NH+4-N和NO-3-N)含量以及土壤p H值.结果表明,生长季初期和生长旺季土壤有效氮均以NH+4-N为主,NO-3-N含量较低,其中NH+4-N含量占无机氮含量的96%以上.随着增N时间的延长,同生长旺季相比,增N对生长季初期0~10 cm土壤NH+4-N影响较为明显,且主要受施N类型影响.与此相反,生长旺季0~10 cm土壤NO-3-N含量高于生长季初期.N输入对生长季初期和生长旺季土壤NO-3-N影响较为明显,且低N处理更倾向于促进0~10 cm土壤NO-3-N的富集.随着时间的延长,土壤NH+4-N和NO-3-N对增N的响应都由前期的不显著向后期的显著转变.增N对生长季初期和生长旺季0~10 cm土壤p H值影响显著,其中低N处理的土壤和生长旺季阶段土壤p H值相对较低.随着增N时间的延长,土壤p H值对增N的响应也由前期的不显著向后期的显著转变.长期持续的增N处理已经使大兴安岭寒温带针叶林0~10 cm土壤产生了明显的酸化.     

不同接种污泥ABR厌氧氨氧化的启动特征

采用两套相同的厌氧折流板反应器(ABR),分别接种厌氧絮状/颗粒污泥的混合污泥(R1)以及厌氧絮状污泥(R2).采用人工配水配制NH+4-N、NO-2-N负荷54.5~68.0 g·(m3·d)-1,在温度30~35℃,HRT为26 h,p H值7.5±0.5条件下,经过120 d、125 d分别成功启动厌氧氨氧化反应.两个反应器在氮素去除规律上基本相似,均经历了菌体水解期、活性停滞期、活性提高期和稳定运行期等4个阶段.在稳定运行期间,R1、R2反应器中NH+4-N、NO-2-N的平均去除率都高达90%以上,且NH+4-N、NO-2-N的平均去除负荷为57.3~67.9 g·(m3·d)-1,R1在NH+4-N的去除负荷上略高于R2.值得一提的是,90%以上的氮素都在ABR反应器的第一格室被去除.同时,随着水流的方向,污泥的颜色逐渐由少量红棕色、黄褐色向黑色转变,这与氮素去除规律一致.由此表明,接种污泥的不同并未造成ABR厌氧氨氧化反应器的启动规律和污染物去除特征有明显差异.     

蚯蚓处理对污泥中微生物碳量及脱氢酶活性的影响

将含水率80.6%的脱水污泥制成5 mm的污泥颗粒,以添加蚯蚓(赤子爱胜蚓)为处理组,无蚯蚓为对照组,测定不同时期污泥的理化性质、微生物碳量(MBC)和脱氢酶活性(DHA)的变化,重点研究了蚯蚓对污泥降解过程中MBC和DHA变化的影响.结果表明,相比对照组,蚯蚓处理组p H变化幅度较小;实验结束时,蚯蚓处理组的电导率(EC)和溶解性有机碳(DOC)显著高于对照组,而有机质(OM)显著低于对照组.实验前30 d,蚯蚓处理组MBC显著高于对照组,40 d至实验结束,蚯蚓处理组MBC显著低于对照组.DHA的结果表明,蚯蚓处理组和对照组在前30 d并没有显著性差异,40 d后蚯蚓处理组的DHA显著低于对照组,DHA稳定在2.98~6.40 mg·g-1·h-1(以TPF计).相关分析表明,DHA、MBC和OM之间显著正相关.研究表明,接种蚯蚓在实验前期显著提升了系统的微生物量,加快污泥有机质的降解,从而导致后期产物的微生物量及其活性较低,最终产物更稳定.     

基于ASBR反应器的厌氧氨氧化启动及特性研究

采用ASBR反应器,接种消化污泥和厌氧颗粒污泥的混合污泥,在温度(35±1)℃、HRT为24h、pH为7.3～8.5的条件下经过160d的培养,获得了砖红色的厌氧氨氧化菌菌胶团.试验结果表明:进水NH+4-N和NO-2-N浓度约为180mg·L-1,平均总氮容积负荷为0.38kg·m-3·d-1时.NH4+4-N和NO-2N的去除率平均为93.2%和95.7%,TN平均去除率为86.9%.厌氧氨氧化反应过程出水pH值高于进水,稳定在7.74左右.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

节水灌溉与控释肥施用对太湖地区稻田土壤氮素渗漏流失的影响

在太湖流域采用田间小区试验研究了干湿交替节水灌溉与控释肥(控释BB肥与树脂包膜尿素)施用对稻田30 cm深土壤渗漏水总氮(TN)、铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和亚硝态氮(NO-2-N)浓度的动态变化及氮素淋失的影响.结果表明:各处理渗漏水TN、NH+4-N和NO-2-N浓度均在施肥后10 d内达到高峰,然后逐渐下降.渗漏水氮素以NH+4-N(0.22~15.15 mg·L-1)为主,平均占TN 70.1%,NO-3-N(0.10~0.95 mg·L-1)占TN比例较低,平均为13.0%,NO-2-N(0~0.24 mg·L-1)平均仅占TN 1.3%.与淹灌相比,节灌对稻田渗漏水氮素浓度及各氮素占总氮的比例影响不大,但降低了14.2%的渗漏水量和9.4%的TN淋失量.施氮显著提高了渗漏水氮素浓度以及NH+4-N和NO-2-N占TN的比例.控释BB肥和树脂包膜尿素较常规尿素处理水稻全生育期渗漏水TN平均浓度分别降低10.2%和43.3%,TN淋失量分别降低26.1%和39.5%.综上,干湿交替节灌结合树脂包膜尿素施用有利于降低氮素渗漏损失,促进农田面源污染减排.     

海河流域河流氮污染特征及其演变趋势

收集海河流域重点水功能区主要监测站点2000—2011年总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、硝氮(NO-3-N)、亚硝氮(NO-2-N)指标的历史数据,并且实测2009年350个样点的氮素指标,以探明海河流域河流氮污染特征及其演变趋势.结果表明,海河流域氮污染现状严重,2011年TN、NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N的平均浓度分别为7.92、4.25、1.28、0.013 mg·L-1,TN、NH+4-N超地表水V类水质标准现象严重(2.0 mg·L-1),其中海河干流水系、北三河(北运河、潮白河、蓟运河)水系和子牙河水系污染较重.在空间尺度上,海河流域氮污染沿山区-平原方向呈现出明显逐渐上升的变化特征.在时间尺度上,TN与NH+4-N浓度变化均在2005年与2011年出现峰值,TN浓度与NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N浓度呈现极显著正相关(p0.01),NH+4-N是海河流域氮污染的主要污染因子.2000—2011年,NH+4-N劣V类(2.0 mg·L-1)站点比例整体上表现为减少趋势,由2000年的28.87%降为2011年的17.56%,劣V类站点NH+4-N浓度均值由2000年的7.91 mg·L-1降为2011年的6.50mg·L-1.在海河流域中,黑龙港运东水系、子牙河水系河流NH+4-N污染较重,各年平均浓度均超过地表水V类水质标准,NH+4-N平均浓度呈现随年份逐渐降低的趋势.在海河流域氮污染整体表现为好转的趋势下,氮污染的现状仍然严峻,需加强控制.     

筛选高效光合细菌菌株处理猪场污水试验

采用光合菌适用的富集培养基,通过富集驯化的培养方法,从养猪场废水污泥中采集菌液进行较长时间的驯化富集,分离纯化出A2光合菌株,为红色单菌落,革兰氏染色为阴性。对A2菌株生长特性研究表明,添加1.0%Na HCO3能使A2菌株能较早进入生长对数期和稳定期。A2菌株的最适培养条件为:p H为7.5、30℃厌氧光照培养。将菌株A2处理模拟污水和猪场实际污水,探讨菌株A2对氮、磷的去除效果。结果表明,A2菌株处理模拟污水8 d,对TN、NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N和TP的平均去除率分别为:74.38%、91.09%、56.17%、90.76%和57.82%。A2菌株处理猪场污水8d,对TN、NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N和TP的平均去除率分别为:52.45%、31.19%、45.30%、88.63%和50.92%。表明,菌株A2具有良好的污水处理应用价值。     

单宁酸铁吸附去除水中无机氮的性能与机制研究

通过批量吸附实验,研究了一种新型吸附材料——单宁酸铁吸附去除水中无机氮(NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N)的效果及其吸附机制.结果表明,单宁酸铁对NH+4-N和NO-2-N具有优先选择性,当单宁酸铁与NH+4-N和NO-2-N的质量比为200时,NH+4-N和NO-2-N去除率均大于95%.运用吸附动力学模型、Weber-Morris方程、Langmuir和Freundlich方程进行实验数据拟合的结果表明,NH+4-N和NO-2-N在单宁酸铁表面分别进行单分子层和多分子层的吸附,其吸附过程符合二级动力学模型,并且颗粒外部扩散和表面吸附起主要的作用.NH+4-N与分布于单宁酸铁外表面的氧负离子通过静电作用结合,NO-2-N则与单宁酸铁中的铁离子通过静电作用和配位作用结合.本研究为单宁酸铁作为吸附剂的发展与应用提供了科学依据.     

黄河三角洲区土壤活性氮对盐分含量的响应

土壤盐分影响氮素的循环过程,而活性氮组分的变化是表征氮素循环的重要指标.本研究以黄河三角洲地区的盐渍化土壤为对象,采用室内好气培养法,设置4个NaCl盐分梯度(S1:0.1%;S2:0.5%;S3:0.9%;S4:1.3%),同时添加不同底物(CK:不添加底物;N:添加氯化铵;C:添加葡萄糖;C+N:添加葡萄糖+氯化铵),研究土壤硝态氮(NO-3-N)、铵态氮(NH+4-N)、溶解性总氮(TSN)、微生物生物量氮(MBN)对盐分的响应.结果表明,在45 d的培养期内,CK、N处理低盐(S1、S2)土壤NO-3-N含量明显高于高盐(S3、S4),且N处理低盐与高盐的差异更明显.与CK相比,添加N明显提高低盐土壤NO-3-N含量,添加C、C+N明显降低土壤NO-3-N,且整个培养期内4个盐分无明显差异.土壤NH+4-N表现为高盐(S3、S4)明显高于低盐(S1、S2).与CK相比,N、C+N处理可明显提高高盐(S3、S4)土壤NH+4-N含量.土壤MBN表现为低盐高于高盐,N处理尽管提高了低盐土壤TSN含量,但并不能提高MBN,而C、C+N处理可明显提高MBN,且低盐土壤提高的幅度(89.9%~130.9%)明显高于高盐(36.9%~79.5%).研究表明土壤盐分影响土壤氮素的转化,高浓度的土壤盐分不利于土壤无机氮的转化及微生物对氮素的吸收,而碳源的添加可削弱盐分的影响,且提高盐碱化土壤微生物的活性,因此在盐碱化土壤中增施有机物质是提高氮素转化的有效措施.     

煤制气废水总酚负荷对反硝化的抑制效应研究

在高负荷酚类污染物的煤制气废水中,人们往往关注酚类对硝化菌的活性和效率抑制,对反硝化过程的抑制研究不多.为了探明煤制气废水中酚类化合物对反硝化脱氮效率和污泥活性的抑制作用,以缺氧反硝化小试系统为对象,考察了不同酚负荷对反硝化效率(NO~-_3-N和NO~-_2-N去除效率)、对污泥应激活性、降解活性和污泥毒性的影响.结果表明,当总酚浓度从50mg·L~(-1)提高到200 mg·L~(-1)时,NO~-_3-N和NO~-_2-N的去除率分别由83%和80.6%降至55%和25%,且NO~-_2-N的浓度随着NO~-_3-N浓度的降低呈现先上升后下降的趋势.在不同酚负荷的污泥驯化过程中,反硝化污泥的过氧化氢酶活性、脱氢酶活性以及污泥毒性变化趋势基本不变,但随着总酚浓度的升高,过氧化氢酶活性和污泥毒性会上升,脱氢酶活性会下降.     

海洋菌株y3的分离鉴定及其异养硝化-好氧反硝化特性

从胶州湾海底沉积物中筛选出1株高效的海洋异养硝化-好氧反硝化细菌y3,经形态学观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析,确定该菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.).对其在实际含氮海水中的脱氮实验结果表明,菌株y3的最佳碳源为柠檬酸三钠,最适p H为7.0,最适C/N为13;菌株均能以NH4Cl、Na NO_2和KNO_3为唯一氮源进行反应,20 h后其去除率分别为98.69%、78.38%和72.95%,在硝化过程中几乎没有亚硝酸盐和硝酸盐的积累.以不同比例混合两种氮源反应20 h,当NO~-_3-N∶NO~-_2-N分别为2∶1、1∶1和1∶2时,脱氮率分别为99.56%、99.75%和99.41%;当NH~+_4-N∶NO~-_3-N分别为2∶1、1∶1、1∶2时,脱氮率均为100%;当NH~+_4-N∶NO~-_2-N分别为2∶1、1∶1、1∶2时,脱氮率分别为90.43%、92.79%和99.96%,多高于单一氮源的情况.该菌株具有较好的高盐废水脱氮处理效能.     

1株异养硝化-好氧反硝化细菌DK1的分离鉴定及其脱氮特性

从某反应器活性污泥中分离筛选出1株假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌,命名为DK1,并对该菌进行脱氮特性研究.在以葡萄糖为碳源,C/N量比为5时,分别以NaNO_3和NaNO_2为氮源,二者的好氧反硝化速率为4.09 mg·(L·h)-1和4.43mg·(L·h)~(-1).以二者同时为氮源脱氮率为100%;此外,菌株DK1具有异养硝化性能,NH_4~+-N平均去除速率为2.32mg·(L·h)-1.缺氧时以NO_2~--N为氮源菌株DK1可将一系列梯度浓度NO_2~--N(约100~300 mg·L-1)在36 h内降为0.当NO_3~--N和NO_2~--N同时存在时,菌株DK1会优先利用NO_3~--N进行反硝化.同时该菌株还具有同步硝化反硝化(SND)性能,可同时去除NH_4~+-N、NO_2~--N或NH_4~+-N、NO_3~--N,30 h内脱氮率分别达95.06%和94.69%.相同时间内在NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N三者均存在时,脱氮效果最佳,达100%.菌株DK1的高效SND及反硝化性能表明其在处理含氮废水方面有一定的潜力和应用价值.     

异养与硫自养反硝化协同处理高硝氮废水特性研究

在异养反硝化反应器中添加单质硫,实现硫自养与异养反硝化联合处理NO_3~-废水,探讨异养和硫自养反硝化协同过程中的p H恒定及污泥减量化的特性.结果表明,硫自养反硝化菌在异养反硝化反应器内能够实现快速生长.经过65d的运行,控制进水TOC/N为0.65~0.75时,协同反硝化在无额外碱添加的情况下,厌氧反硝化产生的碱度满足自养反硝化的需求;运行至116d时,协同反硝化的总氮去除率为85%以上,脱氮效能稳定在2.5 kg·(m~3·d)~(-1).通过与完全异养反硝化相比,协同反硝化的污泥产量仅为完全异养反硝化的60%,极大地降低了污泥产量.但是利用协同自养反硝化处理高浓度NO_3~--N废水时,存在NO_2~--N累积的现象,即使是最终稳定期也有20 mg·L~(-1),需进行深度处理.     

生物膜对纳米铁-微生物去除地下水中NO-3-N的影响

采用液相还原法制得纳米Fe<'0>,并采用自制恒化器从活性污泥中驯化出自养反硝化细菌.对比单独投加纳米Fe<'0>与投加纳米Fe<'0>及微生物时硝酸盐培养液体系的脱氮效果,包括采用分光光度法监测三氮(NO<'-><,3>-N、NO<'-><,2>-N、NH<,3>/NH<'+><,4>-N)的浓度变化,使用pH计监测...     

静压快速启动亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化反应

在序批式反应器(SBR)中接种污水厂厌氧池污泥和深层水稻土的1∶1混合污泥,在阶段性提升基质NO_2~--N浓度的条件下,考察静压条件对亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)反应快速启动过程的影响,并对N-DAMO反应的主导微生物的丰度变化进行分析.结果表明运行120 d后,常压(R1)和0.3 MPa静压(R2)条件下,都观测到了明显的N-DAMO现象,并且R2的NO_2~--N去除速率达到了36.90 mg·(L·d)~(-1),较R1提高了24%;其4 h内平均脱氮速率(以NO_2~--N计)达到0.10 mmol·(L·h)~(-1),比R1提高了186%.R2中富集得到的污泥粒径约为R1的2倍,比表面积更大,优化了污泥中甲烷的传质情况,有助于N-DAMO反应的进行,且R2污泥的N-DAMO比活性(以N/VSS计)达到了0.29 mg·(g·h)~(-1),是R1的2倍.此外,静压有助于N-DAMO功能微生物Candidatus Methylomirabilish oxyfera(M.oxyfera)的生长,实验结束时R2中M.oxyfera细菌16S rRNA基因的丰度比接种初期提高了22倍,是同阶段R1中的10倍.可见,提高静压能够有效促进N-DAMO反应的启动.     

快速启动厌氧氨氧化工艺

为研究如何获得厌氧氨氧化的快速启动工艺,采用两种不同水力流态反应器:完全混合式膜生物反应器(MBR)和推流式厌氧折流板反应器(ABR),分别接种絮状硝化污泥,考察其厌氧氨氧化快速启动性能.结果表明:两种反应器均能成功启动厌氧氨氧化,MBR启动周期(90 d)比ABR(111 d)缩短20%;稳定运行期内,MBR总氮(NH_4~+-N+NO_2~--N)平均去除负荷[0.098 kg·(m3·d)-1]也明显高于ABR[0.089 kg·(m3·d)-1];此外,两个反应器中污泥形态差异明显,MBR中污泥呈絮状,而ABR第1隔室中以厌氧氨氧化颗粒污泥为主;NH_4~+-N、NO_2~--N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:相较于ABR,MBR能实现完全的生物截留,使得系统内含有更多种类的脱氮功能菌,有利于氮素的去除.MBR在厌氧氨氧化的快速启动方面表现出更明显的优势.     

城市污水处理厂缺氧池短程反硝化现象及影响因素研究

调研了北方某城市污水处理厂缺氧池亚硝态氮积累的现象.该污水处理厂采用传统厌氧/缺氧/好氧（A/A/O）工艺,在缺氧池中存在稳定的短程反硝化过程,且缺氧池中亚硝态氮积累率最高可达88.4%.16S rRNA高通量测序分析表明Saccharibacteria_genera_incertae_sedis和Thauera可能是导致该厂缺氧池亚硝态氮积累的主要菌种,而短程反硝化现象出现的主要原因可能为外加碳源乙酸钠和系统较高的pH值.取活性污泥在COD/NO₃^--N为2~5条件下进行反硝化批次试验,结果表明硝态氮的还原速率均高于亚硝态氮的还原速率,且最大硝态氮到亚硝态氮的转换率均在50%左右.但碳源充足时,积累的NO₂^-会在NO₃^-被还原完后继续发生还原反应,从而导致最终亚硝态氮积累效果变差.本研究,以乙酸钠为碳源,COD/NO₃^--N为3可使反硝化过程获得最高亚硝态氮积累.因此,控制合适COD/NO₃^--N或缺氧反应时间是短程反硝化工艺运行的关键控制参数.本研究可为实际污水处理厂构建短程反硝化并进一步耦合厌氧氨氧化技术提供参考.     

采用含硫铁化学污泥作为反硝化电子供体进行焦化废水中总氮深度去除

城市污水处理和大部分的工业废水处理工艺的出水总氮普遍难以达标排放,基于进水水质的C/N值不稳定、提高回流比造成水力负荷增大、降低反应动力学并且耗能、投加有机碳源带来二次污染以及高污泥产率等问题,急需寻求一种节能降耗、操作简单的深度脱氮方法.对此,利用含硫工业废水预处理产生的含硫铁化学污泥作为固相电子供体进行自养反硝化深度脱氮,实验过程中,以焦化废水二级生物出水作为研究对象,考察脱氮性能、硫铁泥转变过程及微生物群落变化,求出废水深度脱氮新工艺的优化反应条件与效果范围.当进水NO_3~--N、NO_2~--N浓度分别是(74.54±0.57)mg·L~(-1)、(1.11±0.19)mg·L~(-1),水力停留时间为18 h时,对应出水浓度分别降低至(2.78±1.08)mg·L~(-1)、(2.87±0.71)mg·L~(-1);TON(NO_3~--N+NO_2~--N)去除率高达90.0%;NO_3~--N还原速率和NO_2~--N累积速率分别为12.06 mmol·(L·d)-1、7.74 mmol·(L·d)-1.结果表明,以副产物化学硫铁泥作为电子供体深度脱氮有潜在的工程应用价值,以水处理工艺过程中原位利用废物,解决部分富硫铁化学污泥后续处理问题,表现出资源化利用的综合特征.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.