城市污水厂尾水受纳河段沉积物脲酶活性及硝化潜力分析

为探究城市污水厂尾水排放对河流沉积物氮素滞留的影响,在合肥市的南淝河、十五里河、塘西河、板桥河和廿埠河各选取一个河段,分3个季节采集尾水排放口上、下游一定范围的河道表层沉积物,解析沉积物脲酶活性、硝化潜力及其变化特征,并对沉积物脲酶活性对外源碳的响应开展定量化分析.结果表明,5个尾水受纳河段排放口下游河道沉积物TN、NH₄⁺-N含量都不同程度的低于上游对照点,多数受纳河段沉积物NO₃^--N和OM含量下降,TP则大都不同程度的升高.绝大多数受纳河段尾水排放口下游沉积物脲酶活性低于上游对照点,甚至离尾水排放口距离越近的采样点位脲酶活性越低.5个尾水受纳河段不同程度表现出沉积物脲酶活性随外源碳浓度梯度增大的特点,表明河段沉积物脲酶活性存在一定的碳限制性.南淝河、十五里河和塘西河河段尾水排放口下游所有采样点沉积物硝化速率均高于上游对照点,而板桥河、 廿埠河河段则相反.总体上,各尾水受纳河段排放口上游对照点与下游采样点的沉积物脲酶活性、硝化潜力和硝化活性差异性不显著.     

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.     

干湿交替对自然沟渠沉积物反硝化速率的影响

以川中丘陵区自然沟渠沉积物为研究对象,设置低强度、中强度、高强度的干湿交替频率和长期淹水对照处理,运用室内原状土柱-乙炔抑制培养法和实时荧光定量PCR技术,研究了干湿交替对自然沟渠沉积物反硝化速率及相关功能基因的影响.结果表明：在试验模拟过程中,干湿交替显著降低了沉积物中NH₄⁺-N和DOC含量,沉积物中NO₃^--N含量则表现为先增加后减少的趋势.沉积物反硝化速率均值表现为中强度（266.42 μg·m^-2·h^-1） > 高强度（199.10 μg·m^-2·h^-1） > 低强度（152.93 μg·m^-2·h^-1） > 长期淹水（9.57 μg·m^-2·h^-1）.干湿交替增加了反硝化功能基因的拷贝数（p<0.05）,nosZ基因拷贝数在实验前后无显著差异;低强度和中强度处理的nirK基因拷贝数在实验前后差异显著,中强度处理的nirS基因拷贝数在实验前后差异显著.Pearson相关分析结果表明,沉积物的反硝化速率与NO₃^--N含量、ORP和nirK基因拷贝数呈显著正相关（p<0.05）.干湿交替可能主要通过改变沉积物的NO₃^--N含量、ORP和nirK基因拷贝数影响沉积物反硝化速率.     

巢湖滨岸水塘洼地沉积物反硝化速率及对外源碳氮的响应

2018年10月至2019年8月,在巢湖西半湖北侧滨岸筛选3个典型水塘洼地,采集表层沉积物及上覆水样,开展外源碳氮浓度梯度培养实验,解析底质反硝化速率对碳氮的限制性,并识别主要环境影响因素.结果表明：①洼地蒲草、水塘芦苇、水塘蒲草等3种植物丛沉积物对照样的反硝化速率[mg·（kg·h）^-1]分别为2.15~10.87（均值为6.47）、2.08~10.65（均值为6.97）、2.06~10.88（均值为6.76）,彼此间差异性不显著;②总体上,外源氮（硝态氮）的添加可以明显提高沉积物的反硝化速率,表明硝态氮为反硝化过程的限制性因素;③外源碳（葡萄糖）的添加导致植物丛沉积物反硝化速率明显下降,表明有机碳对沉积物反硝化产生了抑制作用;④外源碳氮同时添加明显提高了沉积物反硝化速率,除10月洼地蒲草丛和6月水塘蒲草丛低碳氮浓度沉积物反硝化速率相对较高以外,其它情形均表现为高碳氮浓度沉积物反硝化速率更高.     

太湖主要环湖河道沉积物反硝化潜力及其控制因子

河流反硝化作用是水体氮素去除的重要途径,对流域氮负荷削减具有重要意义.为探究河网区河道的反硝化脱氮能力及其主要控制因子,本研究调查了太湖14条主要环湖河道的水质和沉积物特征,通过泥浆培养实验,利用氮氩比的方法和膜接口质谱仪分析技术,测定了14条环湖河道的沉积物反硝化潜力.结果表明,太湖环湖河道的反硝化潜力为-9.93~35.71 μmol·L^-1·d^-1,均值为（20.79±14.79） μmol·L^-1·d^-1,南部河道的反硝化潜力显著低于北部河道,负值代表沉积物的吸附或固氮行为.水柱中的硝态氮浓度、溶解氧、溶解性有机碳（DOC）和沉积物中的碳含量均会对沉积物反硝化潜力产生影响.相关分析结果表明,硝态氮浓度对河道反硝化作用的影响有限,反硝化作用对硝态氮底物的响应遵从米氏动力学模型（R²=0.77）的规律.而在太湖氮负荷严重的西部和北部河道区,水体中的DOC是反硝化潜力的主要限制因素.改善氮的去除环境对促进水体氮去除过程和区域氮管理具有重要意义,在氮负荷严重的流域河道,水体的DOC应该得到更多的关注.     

污水厂尾水受纳河段沉积物磷形态及释放风险效应

2018年10月～2019年4月,在合肥市板桥河的蔡田铺污水厂尾水排放口上、下游河道4个采样点位,按照每两个月采样一次的频率采集沉积物和上覆水样,分析尾水排放对河道沉积物磷形态及磷平衡浓度(EPC_0)的影响,解析沉积物磷平衡浓度及磷释放风险的外源碳(乙酸钠)响应.结果表明,板桥河水体沉积物磷素受污水厂尾水影响较大,排放口上、下游沉积物总磷均值分别为789. 39 mg·kg~(-1)和854. 41 mg·kg~(-1),生物有效性磷均值分别为157. 19 mg·kg~(-1)和173. 37 mg·kg~(-1); 4个采样点的EPC_0值大小排序为:SP1 SP2 SP3 CP,表明尾水排入提高了河流EPC_0,致使河流沉积物磷释放风险增加;外源碳的添加明显降低沉积物的EPC_0值,特别是紧邻排放口的SP1下降最为显著,表明外源碳添加对降低沉积物磷释放风险有效.     

生物沸石床污水脱氮效果及机理

研究了生物沸石床对模拟村镇生活污水中各形态氮及COD等污染物的去除效果结果表明,生物沸石床对NH₃^--N去除效果明显且稳定,去除率大于95%,对NO₃^--N的去除则受水力停留时间的影响较大从机理分析,生物沸石对NH₃-N的去除主要依靠化学吸附、离子交换以及生物硝化的协同作用,而对NO₃^--N的去除主要依赖反硝化作用.生物沸石的硝化作用明显,并受溶解氧浓度限制,沸石床中部沸石硝化强度只有表层沸石的1/2;其反硝化能力则随实验条件中C/N的不同而变化明显,当COD/TN=5时,反硝化作用最强,在时间变化规律上,前6h反硝化速率最大.     

有机肥配施生物炭对果园土壤反硝化微生物和酶活性的影响

为研究有机肥配施生物炭对土壤反硝化势和反硝化微生物群落结构的影响,以柠檬果园土壤为研究对象,采用盆栽试验,设置不施肥（CK）、常规施肥（F）、有机肥（P）、化肥+生物炭（FP）和有机肥+生物炭（PP）共5个施肥处理,通过实时荧光定量PCR技术和末端限制性片段长度多态性分析（T-RFLP）分别研究了反硝化微生物的丰度和群落结构;采用冗余分析（RDA）明确影响反硝化微生物群落结构的环境因子,运用PLS-PM分析揭示影响柠檬果园土壤反硝化势的环境因子.结果表明：①与单施化肥处理（F）相比,有机肥和生物炭（P、FP和PP）处理均显著提高了土壤反硝化势,提高范围为147.8%~1445.3%.有机肥配施生物炭处理较单施有机肥土壤反硝化势降低了23.8%.②与CK处理相比,施肥处理明显提高了nirS和nirK型反硝化微生物丰度;化肥处理（F和FP）显著降低nosZ型反硝化微生物丰度.施加生物炭的处理显著改变反硝化微生物的多样性和均匀度,但具体规律及机质尚不清晰.③ RDA分析结果表明,施肥能通过改变C/N、WC、NO₃^--N、SOC、AK和AP等土壤环境因子,从而影响土壤nirS、nirK和nosZ型反硝化微生物的群落结构.④ PLS-PM结果分析表明,土壤反硝化势与pH和nirK型反硝化微生物丰度呈极显著正相关,NO₃^--N通过影响nirK型反硝化微生物群落丰度间接影响土壤反硝化势.此外,nirK型反硝化微生物群落是柠檬果园土壤反硝化作用的主导菌群.综上,有机肥主要通过调控土壤pH直接影响土壤反硝化势,通过调控NO₃^--N含量影响nirK反硝化微生物丰度间接影响土壤反硝化势,有机肥配施生物炭能减缓单施有机肥造成的土壤反硝化势提高的情况,更适合在该地区果园中进行推广.     

底栖动物（苏氏尾鳃蚓Branchiura sowerbyi和椭圆萝卜螺Radix swinhoei）对不同氮负荷程度沉积物脱氮的影响

沉积物-水界面的底栖动物的生物扰动对微生物反硝化和厌氧氨氧化过程具有重要影响.本研究在两种不同氮负荷程度系统中,比较两种扰动功能不同的底栖生物（苏氏尾鳃蚓Branchiura sowerbyi和椭圆萝卜螺Radix swinhoei）的生物扰动对反硝化和厌氧氨氧化的影响以及沉积物-水系统中氮素的去除效果.结果表明,在负荷1和负荷2系统中,尾鳃蚓和螺促进沉积物反硝化菌丰度增加0.61~2.48倍,厌氧氨氧化菌丰度增加0.53~1.89倍,尾鳃蚓和螺促进系统氮去除量分别增加了16.64~32.18 mg和15.34~39.25 mg,其中负荷2系统中氮的去除量更大;尾鳃蚓的扰动促进上覆水的氮素（NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN）浓度提高了17.67%~230.54%,而螺对上覆水NO₃^--N和TN浓度没有显著影响;在负荷1和负荷2系统中, 螺组的厌氧氨氧化菌丰度都高于尾鳃蚓组, 且厌氧氨氧化菌所属的浮霉菌门相对丰度增加10.00%~15.12%.研究结果可为减缓淡水生态系统氮污染和富营养化水体修复提供参考和依据.     

高效异养硝化-好氧反硝化菌Glutamicibacter sp.WS1低温下对多种氮源的脱氮特性及氮代谢机制

针对污水处理厂冬季生物脱氮效率低、出水水质不达标的问题,从活性污泥中分离出1株耐低温异养硝化-好氧反硝化菌株Glutamicibacter sp.WS1.采用PCR技术扩增该菌株的脱氮功能基因,研究其对不同氮源的低温脱氮效能,通过单因素实验探究环境因子对其低温好氧反硝化性能的影响,并利用氮平衡解析其氮代谢路径.结果表明,菌株WS1含有氮代谢相关的功能基因amoA、napA、nirS和nirK;在15℃低温条件下,菌株WS1在以NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N+NO₃^--N和NH₄⁺-N+NO₃^--N为氮源时,对各无机氮的去除率分别为100%、98.10%、99.87%+100%和100%+94.92%;菌株WS1的最佳反硝化条件：柠檬酸钠为碳源、C/N为16、pH为8、ρ（DO）为4.5~6.8 mg ·L^-1和温度为30℃;在低温（15℃）和低C/N （10）条件下,菌株WS1对NO₃^--N的去除率达到92.50%;异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化和同化作用是菌株WS1去除不同氮源底物的主要途径,其中大部分的无机氮（47%~56%）通过异养硝化-好氧反硝化/好氧反硝化作用转化为了气态氮.菌株WS1在低温污水脱氮领域具有广阔的应用前景.     

外源碳氮输入对沟道底泥反硝化潜势与阈值影响——以宁夏引黄灌区排水沟为研究对象

采集宁夏引黄灌区排水沟道底泥,开展上覆水土柱培养试验,分别模拟0,5,10,20mg/L 4种外源氮输入梯度和0,100mg/L 2种外源碳输入梯度处理下沟道水质的变化情况.在水力停留培养47d内对上覆水NO₃^--N、NH₄⁺-N、DOC及反硝化速率进行测定,并计算氮素消纳量以评估底泥反硝化脱氮潜势与阈值.结果表明：上覆水NO₃^--N浓度随时间延长而降低（P<0.01）,且同时段内上覆水NO₃^--N浓度在外源碳添加较无碳源条件下显著降低（P<0.05）,试验末期NO₃^--N浓度在无碳源和添加碳源条件下分别下降52.1%,93.6%;添加碳源条件下上覆水NO₃^--N浓度在20d时已稳定至较低水平,而未添加碳源处理NO₃^--N浓度在试验47d后仍有较大消纳空间;无碳源和添加碳源条件下底泥反硝化氮素消纳量阈值分别为263.7,865.6μmol/L,氮素累积消纳量占培养柱体系内总氮量的比率随外源碳氮的增加而增大（P<0.05）,未添加碳源条件下反硝化过程可以消纳培养土柱体系内10.3%~11.4%的氮量,而在添加碳源后提高至17.7%~37.3%本研究可为引黄灌区农业面源污染高效治理提供科学依据.     

白塔堡河上覆水与沉积物间隙水N、P分布特征

为研究河流沉积物与间隙水间营养盐的迁移规律,采集白塔堡河干流平水期上覆水和沉积物间隙水样品,分析N、P分布特征,计算沉积物-水界面N、P扩散通量,并对上覆水与间隙水中营养盐含量进行回归分析. 结果表明:上覆水和间隙水中ρ(TN)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均为农村带河段最低,城镇带和城市带河段较高. N、P的主要来源,农村带河段为农村灰水和面源污染,城镇带河段为生活污水和工业园排水,城市带河段为城市生活污水和工业废水. 间隙水中各营养盐质量浓度基本上都高于上覆水,空间分布趋势相似. NH₃-N、NO₂--N、NO₃--N和PO₄3--P在沉积物-水界面的平均扩散通量分别为0.429、0.134、0.080和0.143μmol/(m2·d),表明沉积物是上覆水重要的N、P源. 表层沉积物间隙水与上覆水中的ρ(NH₃-N)(R2=0.874,P=0.0002)和ρ(PO₄3--P)(R2=0.704,P=0.0005)均呈极显著相关,ρ(NO₂--N)呈显著相关(R2=0.501,P=0.0020),ρ(NO₃--N)的相关性(R2=0.353,P=0.0150)不显著,说明白塔堡河沉积物间隙水中的N主要以NH₃-N形态向上覆水中扩散;而间隙水中的P主要以PO₄3--P形态向上覆水中扩散.      

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。     

DNBF-O3-GAC组合工艺深度脱除氮磷及代谢产物

为提高污水厂尾水水质,本研究采用新型缓释碳源复配海绵铁、活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料,分别以模拟二级处理出水和实际污水厂尾水为进水,考察了复合缓释碳源填料反硝化生物滤池-臭氧-活性炭(DNBF-O_3-GAC)组合工艺同步脱氮除磷及去除微生物代谢产物的性能,并借助Mi Seq高通量测序技术分析了反硝化生物滤池生物膜中的微生物群落结构特征.结果表明,组合工艺取得了较好的脱氮除磷及微生物代谢产物的效果:模拟配水阶段和实际尾水阶段NO_3~--N平均去除率分别达到88.87%、79.99%;TP平均去除率分别达到87.67%、65.51%;UV254平均去除率分别达到45.51%、49.23%.组合工艺各处理单元具有不同的功能:NO_3~--N、TN、TP、TFe的变化主要发生在反硝化生物滤池反应器中;UV254、三维荧光强度的变化主要发生在臭氧-活性炭反应器中.微生物在属水平进行聚类分析结果表明,反硝化脱氮系统存在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌,当实际尾水阶段碳源相对不足时,硫自养反硝化作用有了显著加强,Thiobacillus(硫杆菌属)的占比由7.44%上升至29.62%,硫自养反硝化与异养反硝化形成的这种互补作用延长了新型缓释碳源的使用周期.     

福州地区海湾和河口潮汐沼泽湿地秋季上覆水营养盐分布特征

2015年秋季,采集福建省福州市沿海兴化湾（福州一侧）、福清湾、闽江口、敖江口和罗源湾5个海湾和河口分布的潮汐沼泽湿地的上覆水,并测定上覆水中的氮、磷营养盐浓度及其他水体理化指标,探讨不同海湾和河口潮汐沼泽湿地上覆水营养盐浓度形成差异的原因.结果表明：①不同海湾和河口潮汐沼泽湿地上覆水中的氮、磷营养盐浓度均存在显著差异（P<0.05）,福清湾氮、磷营养盐浓度均较高,兴化湾氮营养盐浓度最低,敖江口磷营养盐浓度最低,其中福清湾上覆水营养盐浓度主要受区域水产养殖、陆源污染、地形的影响,而兴化湾主要受潮汐影响显著;②植被类型对沼泽湿地上覆水营养盐浓度有一定影响,南方碱蓬群落沼泽湿地上覆水中的氮营养盐浓度较高,互花米草群落沼泽湿地上覆水中的氮、磷营养盐浓度较低;同一海湾或河口沼泽湿地不同植物群落下上覆水中的营养盐浓度不同,且规律复杂.潮汐、地表径流、植物群落、地形、人为活动均会对海湾和河口沼泽湿地上覆水中的营养盐浓度产生重要影响.     

河流底泥中溶解性有机物的释放途径及影响因素研究

以沈阳市新开河底泥为研究对象,考察了河流底泥中溶解性有机物（DOM）的释放途径,并分析了时间、温度、pH值、底泥粒径、盐度和上覆水体中溶解性有机碳（DOC）浓度对河流底泥DOM释放的影响.此外,还研究了底泥释放对上覆水体中DOM的光谱学特性的影响.结果表明,对底泥DOM释放影响程度最高的是间隙水的混合作用,其次是底泥表层静态释放,而悬浮颗粒释放对底泥DOM释放的影响程度较小.底泥DOM的释放量随温度,pH值,底泥粒径,盐度的增大而增大.上覆水体DOC浓度较高时,DOM由上覆水体向底泥迁移.扰动作用能够影响底泥DOM的迁移.类富里酸荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质是底泥DOM中的主要荧光物质.河流底泥DOM向上覆水体释放的主要是激发波长分别为280~300nm和320~380nm的荧光物质.并且,扰动作用促进了荧光物质由底泥向上覆水体的释放.     

巢湖十五里河沉积物磷平衡浓度对外源碳的响应及释放风险

2017年7月至2018年5月,在巢湖十五里河干流的城乡梯度方向,按照每两个月采样1次的频率,采集5个点位的表层沉积物样,分析沉积物磷形态,解析磷平衡浓度及对外源碳(乙酸钠)的响应,并对沉积物磷释放风险进行评估.结果表明,十五里河水体磷素污染严重,沉积物总磷含量平均为915. 04～1 205. 31 mg·kg~(-1),且沿城乡梯度方向缓慢下降,而生物有效性磷含量则保持稳定;外源碳降低了沉积物EPC_0值(下降约29%),也改变了各采样点EPC_0值大小排序;上覆水SRP浓度高于EPC_0值所占比例为66. 7%,而且磷吸附解吸平衡饱和度EPC_(sat)-20%所占比例约60. 0%,表明十五里河沉积物以磷吸附占优势,即沉积物总体上处于磷"汇"状态;外源碳的输入使得EPC_(sat)-20%所占比例由60. 0%上升为73. 3%,降低了沉积物磷释放风险水平.     

以聚羟基脂肪酸酯为固体碳源去除地下水中的硝酸盐

研究了可降解聚合物聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为固体碳源和生物膜载体去除地下水中硝酸盐的影响因素。结果表明,低温反硝化有较大影响,5℃和10℃时的反硝化速率分别只有30℃时的5%和13%。反硝化对进水pH有较强的适应性,在pH4.5-9.5条件下,反硝化速率介于11.2-15.8mg/（Loh）之间。pH为4.5-8.5时,出水亚硝酸盐的浓度相差不大。DO对以反硝化速率影响不大,当进水DO为0.9mg/L-5.0mg/L时,反硝化速率介于12.6-15.8mg/（Loh）之间,出水NO2-N浓度的最大值为0.15 mg/L。     

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。