新型废水生物脱氮的微生物学研究进展

生物脱氮是含氮废水处理公认的最佳处理方式,随着对生物脱氮微生物学原理研究的不断深入,许多新的生物脱氮特殊菌株或菌群及微生物转化机制不断被发现.本文在传统生物脱氮过程机理上,结合最近国内外生物脱氮的新发现,就短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化的微生物学原理进行了阐述.图1表2参23     

单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理

近年来,单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的现象引起了人们的普遍关注,本文对这种现象的微生物学机理及研究现状进行了阐述,主要是儿类细菌的单独脱氮或者它们之间的协同脱氮,包括自养(亚)硝化菌单独脱氮、好氧反硝化菌单独脱氮、(亚)硝化菌和好氧反硝化菌的协同脱氮以及(亚)硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同脱氮.与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比,这些脱氮新途径具有不可比拟的优越性,对于强化污水生物脱氮具有重要意义.图8参53     

生物电化学脱氮技术研究进展北大核心CSCD

生物电化学系统（BES）因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点. 对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH3/NH4^＋的跨膜转移、氨气逃逸等. 总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门（Proteobacteria）;硝化细菌主要是亚硝化菌属（Nitrosomonas）和硝化杆菌属（Nitrobacter）;在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象. 最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的. 基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物（NO2^- -N、N2O）的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向. （图3 表2 参66）     

垃圾渗滤液原位反硝化研究

场外硝化-原位反硝化是垃圾填埋场氮管理的新途径.本文利用垃圾柱模拟生物反应器填埋场.研究了硝化渗滤液在填埋场内部的变迁及其对垃圾降解的影响.结果表明,硝化渗滤液回灌促进了填埋场垃圾降解,回灌的总氧化态氮(TON)被完全还原,反硝化为主要作用反应,最大TON负荷为28.6 mg(N)kg(TS)-1d-1.当负荷大于11.4 mg(N)kg(TS)-1d-1时,垃圾产甲烷受到抑制.抑制作用随负荷的增加而加强.在此过程中,反硝化逐渐代替产甲烷作用成为填埋场内垃圾降解的主要反应,产生气体以氮气为主,而非甲烷;硝化渗滤液与垃圾的长期作用也改变了填埋场的菌群结构.图5表1参18     

影响厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的因素

氨氮、氮氧化物对产甲烷菌有一定的抑制作用,但可以通过驯化去除毒性.亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌作用下与氨发生厌氧氨氧化反应.虽然厌氧氨氧化菌是自养菌,但具有异养代谢能力,并且NO2可提高厌氧氨氧化菌的活性.因此,通过特殊的反应器技术,将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利的微生态环境中,充分发挥它们之间的协同耦合作用,把有机物转化为清洁能源又同时脱氮,是极有前景的废水厌氧(缺氧)处理研究新方向.表1参31     

厌氧氨氧化污水处理工艺及其实际应用研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)反应是指在厌氧或者缺氧条件下,厌氧氨氧化微生物以NO2--N为电子受体,氧化NH4+-N为氮气的生物过程。该过程是一种新型自养生物脱氮反应,反应无需外加有机碳源,且污泥产生量小,相对于传统硝化/反硝化脱氮工艺具有显著优势,对处理含高氨氮废水特别是低有机碳源废水具有重大的潜在实际应用价值。近年来,厌氧氨氧化为主体的污水处理工艺已经在各种类型废水处理中得到成功应用,取得了显著的经济和环境效益。综述了厌氧氨氧化反应中常用的亚硝化-厌氧氨氧化工艺(Sharon-Anammox工艺)和完全自养脱氮工艺(CANON工艺)的作用原理、环境调控因子与功能性微生物种群动态分布等最新研究进展,且阐述了两工艺在垃圾渗滤液、厌氧消化液和猪场养殖废水等低碳氮比废水的处理应用效能和最优化控制参数等,为厌氧氨氧化为主体的污水处理工艺的工程化应用提供了技术支撑。最后,总结并介绍了国内外厌氧氨氧化工艺现场规模化应用实例和控制参数,同时,对厌氧氨氧化污水处理工艺实际应用的研究前景及亟待解决的问题进行了展望,认为现场应用中Anammox菌的快速富集培养、有机碳源对Anammox菌的抑制效应以及厌氧氨氧化工艺的广谱适用性等将是厌氧氨氧化工艺大规模应用的难点和热点问题。为厌氧氨氧化工艺实际应用控制和推广提供了理论基础,具有重要的理论和现实意义。     

硝化渗滤液回灌对填埋垃圾反硝化、产甲烷及稳定化的影响

垃圾填埋场是重要的甲烷释放源,其有效管理是减缓温室效应的重要环节.通过硝化渗滤液回灌模拟垃圾填埋柱,研究硝化渗滤液在新鲜垃圾和老龄垃圾填埋柱中的脱氮及对垃圾稳定化和产甲烷的影响.结果表明,回灌的硝化渗滤液在不同填埋龄垃圾柱中,均可实现总氧化态氮(Total oxidation nitroge,TON)完全还原.当回灌TON负荷分别达到14.19 g t-1(TS)d-1和10.45 g t-1(TS)d-1时,新、老垃圾柱中甲烷产生开始受到抑制.实验后期,回灌TON负荷增至38.78 g t-1(TS)d-1和30.62 g t-1(TS)d-1时,新、老垃圾填埋柱产甲烷相对抑制率分别达54.10%和95.77%.同时,回灌反硝化对新、老垃圾柱中垃圾降解贡献率(Rd)分别达85%和93%,能有效促进垃圾稳定.     

废水生物脱氮中N2O和NOx的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程．电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生．NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化，NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制，两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要．所有这些表明，废水生物脱氮的气态中问产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用，甚至必不可少．基于NO2曝气技术和Brocadia anammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向．图4参35     

OLAND生物脱氮系统运行及其硝化菌群的分子生物学检测

采用两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统 (oxygen limitedautotrophicnitrificationanddenitrificationsystem ,以下简称OLAND)处理高氨氮、低COD的废水 .应用内浸式多聚醚砜中空膜 ,实现了污泥的完全截留 ,阻止了生物量的大量洗脱 ,并通过控制溶氧在 0 .1～ 0 .3mgL-1之间 ,实现了硝化阶段出水中氨氮与亚硝态氮浓度的比例达到最适值〔1 (1.2± 0 .2 )〕 ,从而为第二阶段的厌氧氨氧化提供理想的进水 ,进而获得较高的脱氮率 .同时应用荧光原位杂交技术对硝化阶段不同时期硝化菌群的变化进行分子生物学检测 ,揭示了随溶氧浓度的降低 ,氨氧化菌的数量基本保持恒定、亚硝酸氧化菌的数量略有减少的变化规律 ,并且发现 ,在两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统中氨氮的氧化主要是由Nitrosomonassp .完成 ,亚硝酸的氧化主要由Nitrobactersp .完成 .图 4表 2参 2 2     

废水处理中的非传统脱氮途径

根据实验室小型SBR试验的结果，证实存在其它不同于传统的硝化和反硝化的脱氮途径。结合近几年来在生物脱氮理论方面新的研究进展，指出研究非传统脱氮途径的必要性和重要性，其中很有必要的一项工作是需对硝化、反硝化和脱氮过程作出明确的定义。     

低溶解氧条件下生物脱氮研究中的新现象

活性污泥法中 ,曝气主要起供氧和扰动混合的作用 ,曝气提供的氧被微生物用来氧化有机物并合成细胞 .反应器中的溶解氧 (DO)浓度是重要的运行参数 ,曝气池中DO偏低 ,好氧微生物不能正常生长和代谢 ;DO过高 ,不仅能耗增加 ,而且细菌的活力也会降低 .一般要求曝气池中DO不低于 2mgL-1的水平 ,但在实践中常常会出现曝气强度过高的情况 .因而有必要通过有效手段将DO控制在适当的水平 ,既不影响微生物的正常生长和有机物的去除 ,同时又避免过多能耗 .传统观点认为 ,低DO条件会促进丝状菌生长 ,破坏污泥絮体的沉降性能 ;使胞外多聚物的产生量…     

Taxonomic and functional variations in the microbial community during the upgrade process of a full-scale landfill leachate treatment plant – from conventional to partial nitrification-denitrification

• Upgrade process was investigated in a full-scale landfill leachate treatment plant. • The optimization of DO can technically achieve the shift from CND to PND process. • Nitrosomonas was mainly responsible for ammonium oxidation in PND system. • An obviously enrichment of Thauera was found in the PND process. • Enhanced metabolic potentials on organics was found during the process update. Because of the low access to biodegradable organic substances used for denitrification, the partial nitrification-denitrification process has been considered as a low-cost, sustainable alternative for landfill leachate treatment. In this study, the process upgrade from conventional to partial nitrification-denitrification was comprehensively investigated in a full-scale landfill leachate treatment plant (LLTP). The partial nitrification-denitrification system was successfully achieved through the optimizing dissolved oxygen and the external carbon source, with effluent nitrogen concentrations lower than 150 mg/L. Moreover, the upgrading process facilitated the enrichment of Nitrosomonas (abundance increased from 0.4% to 3.3%), which was also evidenced by increased abundance of amoA/B/C genes carried by Nitrosomonas. Although Nitrospira (accounting for 0.1%–0.6%) was found to stably exist in the reactor tank, considerable nitrite accumulation occurred in the reactor (reaching 98.8 mg/L), indicating high-efficiency of the partial nitrification process. Moreover, the abundance of Thauera, the dominant denitrifying bacteria responsible for nitrite reduction, gradually increased from 0.60% to 5.52% during the upgrade process. This process caused great changes in the microbial community, inducing continuous succession of heterotrophic bacteria accompanied by enhanced metabolic potentials toward organic substances. The results obtained in this study advanced our understanding of the operation of a partial nitrification-denitrification system and provided a technical case for the upgrade of currently existing full-scale LLTPs.     

Influence of influent on anaerobic ammonium oxidation in an Expanded Granular Sludge Bed-Biological Aerated Filter integrated system

Shortcut nitrification-denitrification, anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX), and methanogenesis have been successfully coupled in an Expanded Granular Sludge Bed-Biological Aerated Filter (EGSB-BAF) integrated system. As fed different synthetic wastewater with chemical oxygen demand (COD) of 300–1200 mg·L^-1 and NH4+-N of 30–120 mg·L^-1 at the outer recycle ratio of 200%, the influence of influent on ANAMMOX in the integrated system was investigated in this paper. The experimental results showed that higher COD concentration caused an increase in denitrification and methanogenesis but a decrease in ANAMMOX; however, when an influent with the low concentration of COD was used, the opposite changes could be observed. Higher influent NH4+-N concentration favored ANAMMOX when the COD concentration of influent was fixed. Therefore, low COD/NH4+-N ratio would decrease competition for nitrite between ANAMMOX and denitrification, which was favorable for reducing the negative effect of organic COD on ANAMMOX. The good performance of the integrated system indicated that the bacterial community of denitrification, ANAMMOX, and methanogenesis could be dynamically maintained in the sludge of EGSB reactor for a certain range of influent.     

人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

农田中氮肥的损失与对策

评述了我国有关农田中氮肥的损失及其对策的研究结果。主要涉及农田中氮肥的损失程度、途径和机理；氮肥损失对环境的影响；减少氮肥损失、提高氮肥利用率的技术原则和主要措施。这些措施包括确定适宜的施氮量，以及采用深施、水肥综合管理、平衡施肥、脲酶抑制剂、硝化抑制剂、液态分子膜等。     

邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)和邻苯二甲酸单乙基己基酯(MEHP)长期暴露对海洋青鳉(Oryzias melastigma)内分泌干扰效应的评价

为探讨邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)和邻苯二甲酸单乙基己基酯(MEHP)长期暴露对海水生物的内分泌干扰效应及机制,将孵化后1周的海洋青鳉(Oryzias melastigma)分别暴露于DEHP(0.1 mg·L-1和0.5 mg·L-1)和MEHP(0.1 mg·L-1和0.5 mg·L-1)6个月。结果显示:DEHP显著增加了雌性和雄性海洋青鳉的肝指数,而MEHP只在高剂量时显著增加雄性青鳉的肝指数。对于雌性青鳉,DEHP暴露后肝脏雌激素相关基因ERα、ERβ、ERγ、VTG1、VTG2、ChgH和ChgL的表达水平显著上调,而对于雄性青鳉,DEHP暴露后,只有肝脏ERβ的表达水平显著上调。相比之下,MEHP暴露对雌性和雄性青鳉肝VTG和Chg基因表达无显著影响。DEHP激活了雌性和雄性青鳉的肝过氧化物增殖激活受体PPARα和PPARγ,而MEHP只在低剂量时上调了雄性青鳉PPARγ的表达。在雌性和雄性青鳉体内,VTG和Chg的表达与ERα和ERγ的表达显著相关,并且ER与PPAR也显著相关。研究表明,DEHP长期暴露可通过激活肝性激素受体调控肝雌激素响应基因(VTG和Chg)和过氧化物增殖激活受体(PPARα和PPARγ)的表达而对海洋青鳉产生内分泌干扰效应,并且显示出性别特异性。MEHP对海洋青鳉的内分泌干扰效应弱于DEHP。     

铅胁迫下黄瓜幼苗内源多胺变化动态的初步研究

以黄瓜幼苗为材料,采用高效液相色谱法测定黄瓜幼苗叶和茎中内源多胺的含量,研究了铅胁迫下黄瓜幼苗生长及内源多胺的变化。结果表明:铅质量浓度为100mg·L-1时促进黄瓜幼苗的生长,铅质量浓度高于100mg·L-1时,黄瓜幼苗茎高和根长逐渐下降;铅胁迫下黄瓜幼苗地上部的腐胺含量明显高于对照值,且随着铅质量浓度增加和处理时间的延长呈下降趋势。黄瓜幼苗叶片精胺和亚精胺在处理第5d时高于对照值,茎中精胺和亚精胺含量在处理第7d高于对照值,而其它时间内的都低于对照值,而且其含量均随铅质量浓度的增加而呈下降趋势;过氧化物酶活性变化与内源多胺含量(腐胺、精胺和亚精胺之和)的变化相似,表明铅胁迫能改变黄瓜幼苗内源多胺的含量和调节过氧化物酶活性,从而影响着黄瓜植株的生长。     

Di (2-ethylhesyl)(DEHP)和Monoethylphthalate(MEHP)长期暴露对海洋青鳉(Oryzias melastigma)内分泌干扰效应的评价

为探讨邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)和邻苯二甲酸单乙基己基酯(MEHP)长期暴露对海水生物的内分泌干扰效应及机制,将孵化后1周的海洋青鳉(Oryzias melastigma)分别暴露于DEHP(0.1 mg·L^-1和0.5 mg·L^-1)和MEHP(0.1 mg·L^-1和0.5 mg·L^-1)6个月。结果显示：DEHP显著增加了雌性和雄性海洋青鳉的肝指数,而MEHP只在高剂量时显著增加雄性青鳉的肝指数。对于雌性青鳉,DEHP暴露后肝脏雌激素相关基因ERα、ERβ、ERγ、VTG1、VTG2、ChgH和ChgL的表达水平显著上调,而对于雄性青鳉,DEHP暴露后,只有肝脏ERβ的表达水平显著上调。相比之下,MEHP暴露对雌性和雄性青鳉肝VTG和Chg基因表达无显著影响。DEHP激活了雌性和雄性青鳉的肝过氧化物增殖激活受体PPARα和PPARγ,而MEHP只在低剂量时上调了雄性青鳉PPARγ的表达。在雌性和雄性青鳉体内,VTG和Chg的表达与ERα和ERγ的表达显著相关,并且ER与PPAR也显著相关。研究表明,DEHP长期暴露可通过激活肝性激素受体调控肝雌激素响应基因(VTG和Chg)和过氧化物增殖激活受体(PPARα和PPARγ)的表达而对海洋青鳉产生内分泌干扰效应,并且显示出性别特异性。MEHP对海洋青鳉的内分泌干扰效应弱于DEHP。     

翡翠贻贝内脏团抗氧化防御系统对菲胁迫的生物响应

实验室条件下研究了海水中不同浓度(2.0、10.0、50.0μg L-1)菲胁迫1、4、8、15 d和清水恢复2、7 d后翡翠贻贝(Perna viridis)内脏团中抗氧化酶(SOD、GSH-Px、CAT)活性和丙二醛(MDA)含量的变化.结果表明,翡翠贻贝内脏团CAT活性在d 1即受到显著诱导(P<0.05),对菲胁迫的反应非常敏感;SOD活性和GSH-Px活性对菲胁迫的生物响应呈先诱导后抑制的变化规律,而MDA含量随曝露时间延长呈现上升的趋势,且浓度越高,这3种指标的变化趋势越明显.因此翡翠贻贝内脏团中SOD、GSH-Px、CAT活性及MDA含量均适合作为菲污染对水生生物毒性效应的指示指标.在清水恢复阶段,相对于对照组各指标均表现出一定程度的恢复,也表明翡翠贻贝能对一定程度的菲胁迫带来的氧化损伤进行自我修复.图2表1参19     

镧(Ⅲ)离子诱导的菲律宾蛤仔金属硫蛋白性质研究

稀土离子能否诱导海洋生物的金属硫蛋白(MT)合成,将影响到MT对海水重金属的指示作用.以菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)为试验动物,采用含镧(Ⅲ)离子(La3+)的人工海水对其进行暴露培养,测定蛤仔鳃部和内脏中MT含量.结果表明,La3+暴露能够增加蛤仔体内MT含量,其中,10～1×100μg·L-1的La3+对鳃部诱导作用较大;10～1×10000μg·L-1的La3+对内脏MT均有较好诱导;同时,过柱层析洗脱液的光谱扫描及十二烷基的硫酸盐钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法(SDS-PAGE)分析表明,La3+诱导的蛤仔内脏中的MT在258nm处有特征吸收峰,主要以二聚体和三聚体的形式存在,分子量为13.1kD和18.3kD.