城市污水厂活性污泥强化自养反硝化菌研究

采集北京高碑店城市污水厂的反硝化污泥样品,以硫磺作为电子供体进行驯化培养. 测定污泥的增长率来确定污泥活性,分别测定NO^-₃-N、SO^2-₄浓度来确定硝酸盐的去除效率和硫酸盐生成速率. 当硝酸盐去除率达到90%以上时,提取污泥中微生物总DNA,构建16S rRNA基因片段克隆文库来分析细菌群落结构. 结果表明,污泥的增长率为0.177 g/(L·d),污泥中硝酸盐浓度与时间的关系符合一级反应. 污泥中细菌类群主要为Beta-Proteobacteria、Deta-Proteobacteria、Gamma-Proteobacteria和Unclassified bacteria,其中Beta-Proteobacteria类细菌占主导地位. 在成熟的反硝化污泥中,自养反硝化菌Thiobacillus denitrificans占所占比例高达48.65%. 此外,反应器中还存在Denitratisoma sp.、Curvibacter sp.、Thermomonas sp.、Geobacter sp.等细菌. 对自养反硝化污泥中细菌多样性的研究有利于优化反应条件,从而提高污泥的硝酸盐去除率.     

密云水库入库河流微生物群落演替对氮素形态转化的影响

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,但近年来,密云水库库区及入库河流中的总氮（TN）浓度呈现连年上升的趋势.以密云水库上游典型入库河流牤牛河为例,考察各形态氮素变化的空间分布规律,并从微生物群落组成和功能预测的视角,解析氮素形态的转化,以期为密云水库的氮污染治理提供科学依据.结果表明,密云水库上游除TN外,其余水质理化指标均满足我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的Ⅱ类标准.入库河流TN浓度显著高于库区（P<0.05）,且以NO₃^--N为主,占比为77.7%~92.9%.半城子水库库区的C/N较高,有助于反硝化脱氮的发生,表现出一定自净能力.牤牛河水体和底质中微生物群落结构具有显著差异,呈现一定的空间分布特征,高NO₃^--N浓度是影响微生物群落结构演替的主要环境因子.牤牛河中存在大量硝化和反硝化功能微生物,反硝化菌相对丰度高于硝化菌,且均呈现出底质略高于水体的特点.牤牛河优势硝化菌和反硝化菌分别为Nitrosopumilus和Pseudomonas.PICRUSt2功能预测结果表明,牤牛河微生物氮代谢以NO₃^--N还原模块为主,且主要发生于水体中;硝化过程的功能基因在水体中的丰度最高,主要为narGH;而参与NO₃^--N还原反应的主要功能基因为底质中的异养反硝化菌（DNRA）所携带的nirBD,而反硝化模块的功能基因主要为nirK.     

单级生物脱氮的特性研究

以 PVA为载体 ,采用冷冻法混合固定硝化菌和反硝化菌 ,研究硝化菌与反硝化菌的比例、有机碳源、p H值、碱度、温度和DO等因素对单级脱氮过程的影响 .试验结果表明 :当硝化菌 /反硝化菌 =1.5∶ 1～ 3.6∶1 (W∶W)时 ,脱氮速率最快 .在甲醇、乙醇、醋酸和葡萄糖 4种有机碳源中 ,以乙醇为碳源时脱氮速率最快 .最适的温度、pH值和 DO分别是 30℃、8.2和 2 mg/L～ 6mg/L.碱度与氨氮的比例越高 ,脱氮速率越快 ,但当碱度 /氨氮 >9.0时 ,脱氮速率趋于稳定 .     

浑河底泥古菌群落结构季节性变化特征

为探究不同水期河流底泥古菌群落结构特征,选取浑河底泥为研究对象,并于2014年4月(枯水期),9月(丰水期),11月(平水期)对浑河流域进行样品采样,通过PCR-DGGE技术获得3个水期古菌的DGGE指纹图谱,并进行数据分析.结果表明,平水期的古菌多样性和种群丰度都要好于枯水期和丰水期,多样性指数均高于2.10,种群丰度均高于0.94,且上游到下游均匀度波动平缓,数值维持在0.90左右,说明平水期浑河底泥古菌群落结构变化相对稳定.聚类分析结果表明,不同水期浑河底泥古菌群落结构多样性并没有明显的地区特征,但3个水期位于城市段的采样点的古菌亲缘性较为接近.冗余梯度分析(RDA)结果表明,枯水期时水中BOD5、p H和DO是影响古菌群落的主要因素;丰水期时水中的p H和NO-3-N是影响古菌群落的主要因素;平水期时水中的TP和NO-2-N是影响古菌群落的主要因素.     

凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮释放N2O的影响

以往有关大型水生漂浮植物消减富营养化水体氮(N)的研究主要侧重于植物对N的吸收效果,而忽略了硝化、反硝化反应途径对水体脱氮的贡献.基于此,本研究中借助具创新性的收集凤眼莲种植水体释放N₂O的装置和方法,通过模拟实验研究了凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮中间产物N₂O的影响.结果表明,凤眼莲可以促进富营养化水体的硝化、反硝化、成对硝化-反硝化反应过程,在本实验条件下凤眼莲种植水体在整个培养期内释放的N₂O气体浓度累积升高幅度较大,为453~4055 nL·L^-1(未加硝化抑制剂处理),通过释放N₂O而脱除氮素的量占整个水体N消减量的1.36%,为相应未种植凤眼莲水体的4.31倍.种植凤眼莲水体试验期间释放N₂O-N的量与水体氨态氮或硝态氮浓度的变化量均存在显著相关关系(p<0.05),说明N₂O释放量受到水体中NH₄⁺、NO₃^-浓度变化的影响.种植凤眼莲在实验中后期可以增加水体中硝化、反硝化细菌的数量,但其数量远低于凤眼莲根系附着的硝化反硝化细菌.水体中反硝化细菌数量与水体释放N₂O浓度之间并无显著相关性,说明种植凤眼莲水体反硝化脱氮释放N₂O过程可能主要是由根系共生微生物驱动的.     

汉江流域金水河与淇河潜在硝化速率及硝化功能基因的影响因子

河流是地表连接陆地和海洋生态系统生源要素的关键通道,河流生态系统中包括硝化作用在内的氮转化过程对全球氮循环具有重要影响.本研究选择位于秦岭南坡流域内人为干扰强度低的金水河及人为干扰强度高的淇河进行比较研究,探讨人为干扰强度对河流潜在硝化速率及硝化功能基因丰度的影响.结果表明,同时期的淇河潜在硝化速率显著高于金水河（P<0.05）.金水河和淇河的AOA-amoA基因丰度都显著高于AOB-amoA（P<0.05）,但枯水期淇河的AOB-amoA基因丰度显著高于金水河,金水河与淇河AOA-amoA基因丰度无显著差异.潜在硝化速率与水温、pH、水体NO₃^-和沉积物NO₃^-浓度呈显著正相关（P<0.05）.硝化功能基因丰度与水温、pH、水体及沉积物NO₃^-、NH₄⁺及有机碳浓度相关性显著（P<0.05）.潜在硝化速率与AOA-amoA基因丰度无显著相关性,但与AOB-amoA基因丰度呈负相关.本研究表明人为干扰强度高的河流具有更高的潜在硝化速率及硝化功能基因丰度,潜在硝化速率及硝化功能基因丰度与河流水体及沉积物的理化因子显著相关.本研究对于河流生态系统氮素迁移转化过程有重要意义.     

一株异养硝化-好氧反硝化菌Bacillus flexus X1-L的分离鉴定及效能研究

近年来,随着中国经济的快速发展,水体中氨氮超标问题已严重影响到人类身体健康和生态环境平衡,有效去除水体中的氨氮已成为人们研究的热点.在传统污水生物脱氮处理中,常采用微生物的硝化、反硝化作用去除污水中的氮素,从而降低对环境的污染.本文从活性污泥反应器中分离出一株异养硝化-好氧反硝化菌株,并命名为X1-L.菌体经形态学观察、生理生化测定及16S rRNA基因序列分析,确定属于芽孢杆菌属（Bacillus sp.）,Genbank登录号为MT457091,并利用MEGA7.0软件建立了相应的系统发育树.在以NH₄⁺-N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长较好,COD去除率为96.4%,氨氮去除率达到99.6%,经硝化作用去除的氮有43.7%,证明菌株X1-L具有异养硝化能力.在以NO₂^--N或NO₃^--N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长也较好,COD去除率分别为95.3%和96.4%,NO₂^--N和NO₃^--N去除率分别为95.5%和96.5%,经反硝化作用去除的氮分别有67.7%和68.2%,证明菌株X1-L具有好氧反硝化能力.     

锁磷剂联合好氧反硝化菌修复富营养化水体

氮磷是造成水体富营养化的主要原因,单一治理方法常常难以同时有效去除氮磷.本文利用1株分离自富营养化水体的好氧反硝化菌株（AD-19）构建固定化菌膜,并与锁磷剂Phoslock^®联合修复富营养化水体,研究了Phoslock^®的控磷效能和反硝化菌的脱氮性能及二者联合作用时对富营养化水体的修复效果.结果表明,在投加比例为80（Phoslock^®与PO₄^3--P的质量比）的条件下,Phoslock^®对模拟富营养化水体中PO₄^3--P去除率可达95%以上,并能有效抑制底泥中磷的释放.好氧反硝化菌AD-19具有较好的异养硝化-好氧反硝化功能,在以NH₄⁺-N或NO₃^--N为唯一氮源条件下生长良好并能去除97%以上的氮,经16S rDNA鉴定该菌株属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）.利用湖泊模拟装置论证了Phoslock^®联合固定化菌膜修复富营养化水体的可行性,进一步地,利用该技术对武汉市某公园内富营养化池塘进行修复治理,经过16 d的处理,氮磷等水质指标从劣Ⅴ类地表水提升至Ⅲ类,并持续稳定270 d以上,证明Phoslock^®联合固定化菌膜可快速和有效地修复富营养化水体,并保持水质长期稳定.     

基于固定化氮循环细菌技术的镇江金山湖生态工程效果研究

通过细菌筛选、载体分析、固定化氮循环菌制备,获取了高效固定化氮循环细菌;采用固定化氮循环细菌技术对镇江金山湖富营养化水体进行了治理研究.结果表明,经过固定化氮循环细菌释放试验,金山湖示范工程区水体和水生植物根区氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量明显增加,重建的金山湖示范工程区水体水质明显改善,TN、NH⁺₄-N、NO^-₃-N和NO^-₂-N平均比示范工程前分别降低44.70％、 67.17％、 31.79％和74.21％,氨氮达到Ⅱ类、总氮达到Ⅳ类水标准.固定化氮循环细菌技术对于荒漠化水体生态重建与修复具有重要意义.     

异养硝化细菌Bacillus sp. LY脱氮性能研究

研究了异养硝化细菌Bacillus sp. LY的脱氮性能.结果表明,Bacillus sp. LY是1株具有脱氮能力的异养硝化细菌.在NH⁺₄-N浓度分别为40、80和120 mg/L 3种情况下,120 h反应后,氨氮的去除率分别是100%、85.7%、73.7%,总氮的去除率分别是76.6%、53.4%、64.8%,在菌液初始浓度相同的情况下,随着NH⁺₄-N浓度的增加,细菌的硝化速率以及脱氮速率呈现下降的趋势.有机物浓度是影响Bacillus sp. LY脱氮性能的重要因素,低的有机物浓度会阻碍细菌脱氮性能的发挥,中的有机物浓度会促进细菌脱氮性能的发挥,使体系的脱氮效果达到最佳,高的有机物浓度并不能再次提升细菌的脱氮性能.在Bacillus sp. LY作用下,有机氮经过氨化作用生成氨氮,通过2条可能的途径转化为氮气.1条途径是氨氮先硝化生成亚硝酸盐与硝酸盐,然后反硝化生成氮气.另1条途径是氨氮被氧化生成羟胺,然后脱氢生成氧化亚氮并进一步转化为氮气.这些研究可为开发新型高效生物脱氮工艺提供参考.     

海藻提取物对富营养化水体氮素循环影响研究

利用国外引进的海藻提取物EClean制剂对富营养化水体进行处理试验,经过定量测定处理和对照水体中氮循环细菌数量的变化,得出EClean制剂能够促进水体的氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌的生长,并维持了曝气条件下一定数量的反硝化细菌,通过此处理使得在同一反应器中、同一条件下完成硝化作用和反硝化作用成为可能,加速了水体的氮素循环,使水体总氮下降明显。     

伊乐藻-固定化氮循环菌技术入湖河道修复研究

从太湖金墅湾水体筛选出包括土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌的氮循环菌,固定于多孔性载体内,对伊乐藻-固定化氮循环菌联用技术在秋冬季太湖金墅湾水源地入湖河道水体生态修复效果进行了研究.经室内生态修复模拟与原位围隔实验表明,伊乐藻-固定化氮循环菌联用对水质改善效果要优于单独使用伊乐藻或固定化氮循环菌,该技术对原位入湖河道有效去除率为:总氮5.9%~61.2%,氨氮12.4~70.3%,硝氮6.1%~68.0%,COD 4.2%~78.5%;通过氮循环菌释放可明显提高水体氮循环菌数量,MPN值比对照水体高出3~4个数量级;相关性分析表明,差异性显著(P<0.01).经5个月原位围隔试验表明,伊乐藻-氮循环菌联用技术可有效降低秋冬季入湖河道营养盐负荷,有助于控制湖泊水源地富营养化.     

准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的脱氮菌群研究

为探明准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的生物脱氮机理,采用最大或然数计数法以及一系列的生化试验和镜检照片,研究了床层不同高度脱氮菌的数量和菌群结构.结果表明:床内亚硝化菌、硝化菌、厌氧反硝化菌和好氧反硝化菌的平均数量分别为5.3×106,7.5×106,6.9×103和2.5×105 g-1,亚硝化菌、硝化菌和好氧反硝化菌主要富集于反应床的表层和底部,厌氧反硝化菌主要富集于反应床的中部;从床内共分离出3株亚硝化菌,6株硝化菌,5株厌氧反硝化菌和6株好氧反硝化菌.准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的生物脱氮机理为同步硝化反硝化,主要发生在反应床的表层和底部.      

不同处理水芹浮床对城市河道黑臭污水的脱氮效果及其机理研究

通过对冬季不同留茬高度水芹（Oenanthe Javanica）浮床对城市河道污水氮循环细菌数量和脱氮效果的影响研究,试图阐明浮床植物去除污染水体氮素的可能途径.研究结果表明：不同处理水芹浮床对城市河道黑臭污水硝氮和氨氮的去除效果分别达到了52.5%～69.8%和68.1%～76.7%,19cm留茬高度水芹浮床对脱氮效...     

沉水植物床-固定化微生物技术在水源地修复中的应用研究

研究了沉水植物床-固定化微生物技术在水源地中的修复效果.从太湖水体中筛选分离出土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,通过增殖进入多孔载体内部使之固定,结合自主设计的沉水植物床,在太湖贡湖湾内进行了原位修复实验,该装置抗风浪性能良好,将反硝化细菌数量由5.4×102～2.7×103提高至3.9×105～9.1×105,实验区氧化亚氮排放通量介于3～24μg.(m2.h)-1之间,显著高于对照组,该技术对总氮去除率为19%～74%,硝氮去除率为24%～81%;120 d的连续监测数据表明,该技术可用于湖泊水源地修复,有效减轻水体富营养化状况.     

旱雨季岩溶地表河不同河段正构烷烃相态组成变化和来源解析

岩溶作用产生的无机碳可以在水生植物、微生物等作用下形成有机质,转化为较稳定的内源有机碳,这为寻找全球遗漏碳汇提供了新的突破口,而加强对岩溶区有机质的溯源研究是重要手段.为探究金佛山岩溶地表河溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的含量、组分及来源,于2017年3月20日、9月26日分别在石钟溪上、中、下游进行采样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对三相态正构烷烃的组分进行定量分析.结果显示,旱季溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的平均含量分别为737 ng·L~(-1)、6108 ng·L~(-1)和7149 ng·g~(-1),雨季三者的平均含量分别为7129 ng·L~(-1)、8146 ng·L~(-1)和6213 ng·g~(-1).正构烷烃的含量整体表现为雨季高于旱季,以溶解态正构烷烃表现得最为显著,这主要由外源高等植物输入增多所致.旱季上、下游正构烷烃含量差异明显,以沉积物正构烷烃表现得最为显著,自上而下整体保持微升态势;雨季外源输入量较大,差异性减弱,整体变幅较小.不同季节降雨和气温的变化导致水动力条件、浊度及水温的不同,深刻地影响着不同相态和不同河段正构烷烃的来源和迁移.整体上,随着海拔降低,高等植物贡献度降低,水生植物和低等生物贡献度增高.当水动力条件较弱和浊度较低时,造成内源溶解有机质增多,同时会出现溶解态至颗粒态乃至沉积物的缓慢沉降迁移.     

黄河水体颗粒物对硝化过程的影响研究

针对黄河高含沙量的特点,通过模拟实验研究了颗粒物对氨氮硝化速率的影响.结果表明:颗粒物含量对水体的硝化速率存在着较显著的影响,颗粒物含量越高,硝化过程进行越快.其影响机制主要是:(1)水体颗粒物对氨氮存在吸附作用;(2)水体中颗粒物的含量影响体系氨化细菌、亚硝化细菌和硝化细菌的生长;(3)各种菌在固液两相生长规律不同.     

高效反硝化细菌的快速培养及群落结构多样性分析

培养高效的反硝化细菌可提高污水处理效率.本实验为序批式实验,以Ⅰ号、Ⅱ号发酵液为碳源,采用梯度提高硝氮的方式,培养高效的反硝化细菌,从中选择培养更加快速的发酵液.并采用高通量测序技术分析反硝化细菌的生物群落结构和多样性的变化.结果表明,Ⅱ号发酵液能够在第11 d便实现高效反硝化细菌[300 mg·(L·h)-1]的快速培养,比Ⅰ号发酵液提前了17 d,同时,高效反硝化细菌系统对氨氮和总磷有一定的去除效果,最大去除速率分别为34.43 mg·(L·h)-1和2.98mg·(L·h)-1.高通量测序分析结果表明,污泥经过驯化培养,物种丰度和多样性降低,但发挥反硝化作用的优势菌群的类别和比例得到增大;细菌的组成及数量发生了较大的改变,最终发挥高效反硝化作用的核心菌属为Thauera和Pseudomonas.另外,反硝化聚磷菌科(Rhodocyclaceae和Pseudomonadaceae)和异养硝化菌属(Pseudomonas、Alcaligenes、Bacillus和Comamonas)的存在,验证了系统对氨氮和总磷的去除能力.     

Effects of bacteria on nitrogen and phosphorus release from river sediment

To better understand the mechanisms of eutrophication,we addressed the microbial processes that influence many key aspects of water-sediment systems.In this study,a large column experiment was conducted for 30 d.Along the column,solution samples were collected at different locations at different time.The samples were analyzed for physical,chemical,and biological properties of the sediment and oveflying water.The results showed that the amount of nitrogen transforming bacteria was higher than than that of phosphorous bacteria.The amount of nitrogen transforming bacteria was in the orderammonitier＞denitrifying bacteria＞nitrobacteria and nitrosomonas.Principal component analysis indicared that the three main factors accounted for more than 90%overall contributions for bacterium growth,which represented nutrition,organics and oxygen,and pH and redox potential(Eh)of the environment.Corresponding to the bacteria,the concentrations of nitrogen in the system was in the orderammonia(NH4 -N)＞nitrate(NO3--N)＞nitrite(NO2--N),The fluxes of N and P clearly showed a temporal release and adsorption processes in the water-sediment system.The large magnitude of N fluxes suggested that N might act as an important contamination source for the water quality.However,P exchange between the sediment and overlying water was less intensive during the experiment.