雌激素污染对水体微生物产甲烷功能的影响

针对目前水体环境雌激素的污染形势严峻,且其对水体功能性微生物群落影响规律及机理不明等问题,选择典型天然雌激素——17β-雌二醇(E2)为主要研究对象,构建实验室厌氧水体微生态系统,分析E2污染对厌氧水体微生物活性和产甲烷功能的影响规律。结果表明,在厌氧条件下,E2污染对水体微生物群体的活性存在显著的抑制效应,对水体甲烷的产生速率亦存在规律性的影响。当水体E2浓度≤0.5 ng/L时,对水体微生物的产甲烷活性存在促进作用。当E2浓度≥1.0 ng/L时,E2污染对水体微生物的产甲烷活性存在明显的抑制效应,且随着E2浓度的升高抑制作用增强。因此,厌氧条件下,微量E2污染会影响水体微生物活性和产甲烷效应的变化,从而对水体自净功能和甲烷释放产生影响。     

自然生态系统中厌氧氨氧化和反硝化耦合反应研究进展

厌氧氨氧化和反硝化反应是氮循环系统的两个关键环节,它们对平衡整个生态系统氮的收支、改善水体氮的污染、减少温室气体的排放均具有重要意义.在阐述厌氧氨氧化和反硝化生物反应及微生物学机理的基础上,着重综述了二者在水生和陆地两个生态系统中的耦合反应:①探讨了厌氧氨氧化和反硝化反应在不同环境背景下发生的介质及N₂的产生速率和贡献比率,发现水生生态系统中厌氧氨氧化对N₂产生的贡献率相对陆地生态系统占有较大比重.②分析了调控厌氧氨氧化和反硝化反应的细菌群落和功能基因,反应系统占主导的微生物种类随环境发生变化,其中厌氧氨氧化菌Candidatus brocadia作为主导细菌出现频率较高.③二者耦合过程中的影响因素包括环境因素与底物因素.其中,环境因素中厌氧氨氧化与反硝化耦合的最适pH为6.7~8.3,且溶解氧含量过高时也会对耦合反应产生抑制作用;在底物环境中,有机物含量或C/N过高会促进反硝化作用,但同时也会抑制厌氧氨氧化的发生.建议以后能够加大对于厌氧氨氧化和反硝化耦合反应全球尺度的研究,特别是对于陆地生态系统,还应加深对厌氧氨氧化反应速率与反硝化反应速率之间关系的理论与应用研究;同时,在实际应用中,需要在确定厌氧氨氧化菌和反硝化菌最佳生长基础上,建立耦合体系理论预测数学模型,量化两类功能性微生物的耦合效果.      

洛美沙星对水中反硝化过程的影响模拟试验

水环境中硝酸盐的去除依赖于微生物在厌氧条件下进行的反硝化作用,已有研究发现,抗生素的存在会对反硝化细菌和反硝化酶活性产生一定影响,进而影响反硝化作用,但目前在水体中对于这三者之间关系的研究较少,作用的机理尚未完全明确.据此,本文以洛美沙星（Lomefloxacin,LOM）为典型抗生素,乙酸钠为碳源开展模拟实验,对反硝化过程、反硝化细菌和反硝化酶活性的影响进行探讨.实验结果表明,含有0,1,10,100 μg/L LOM的反应体系反硝化速率分别为10.42,8.83,8.50,6.62mg/（L·d）,脱氮率分别为79.5%,71.1%,70.0%,66.8%,LOM初始浓度为100μg/L时对反硝化细菌生长的抑制率高达30.5%.推测含有一定浓度LOM会对反硝化细菌的生长发育以及反硝化酶活性产生影响,导致反硝化过程中NO₃^--N的转化受到抑制,进而引起反硝化速率和总氮去除率降低,且LOM初始浓度越大,抑制作用越显著（P<0.05）.进一步分析结果表明,LOM影响反硝化作用主要表现在NO₃^--N还原至NO₂^--N这一过程,LOM初始浓度越高会使细菌生长速率和最大增长量减少,微生物的细胞膜完整性遭破坏程度增大.NO₃^--N和NO₂^--N的转化与反硝化酶活性有关,其中LOM浓度对硝酸盐还原酶活性的影响明显,浓度越大受到抑制程度也越大,但对亚硝酸盐还原酶活性几乎不产生影响.以上模拟试验条件虽距实际条件有所差异,但在一定程度上表明环境水体中低浓度抗生素影响反硝化作用的机理表现为抑制微生物生长和活性以及反硝化酶活性,降低脱氮率,导致硝酸盐污染的积累.     

鄱阳湖水体悬浮物反硝化潜力模拟研究

以鄱阳湖为对象,采用乙炔抑制法,分别模拟了厌氧和好氧状态下的悬浮物反硝化潜力和过程,结果表明,厌氧和好氧状态下水体悬浮物均能够产生明显的反硝化作用.受乙炔抑制,其反硝化产物N2O的浓度累积随时间呈“慢-快-慢”的节律,浓度累积曲线符合逻辑斯谛模型(P<0.01).拟合结果显示:悬浮物浓度为30g/L时,厌氧培养条件下快增期反硝化速率达到(81.76±10.37)μmolN/(L·d),好氧环境下为(14.12±2.31)μmolN/(L·d).CO2浓度累积曲线同样符合逻辑斯谛模型,但好氧条件下CO2浓度累积极值较高,约为厌氧条件下的5倍,表明好氧条件下好氧呼吸占更大的比例.水体悬浮物反硝化潜力与悬浮物浓度有关,相同悬浮物浓度下,好氧培养水体悬浮物反硝化潜力较厌氧培养弱,且达到累积极值的时间更长,水体溶解氧一定程度上抑制了悬浮物反硝化作用.依据好氧培养的试验结果,估算得到鄱阳湖悬浮物全年反硝化导致的氮素净损失为1010t,约占鄱阳湖氮素年输入量的0.74%和鄱阳湖沉积物反硝化氮去除量的14%,鄱阳湖水体悬浮物反硝化在氮素净去除中起到一定作用.     

反硝化微生物在污水脱氮中的研究及应用进展

农药和化肥流失、养殖废水、生活污水等均会引起水体的氮污染。反硝化微生物在污染水体脱氮修复中起重要作用,它可将水体中的亚硝酸盐氮或硝酸盐氮还原为N2,排入大气,从而降低污染水体中含氮污染物的浓度,改善水质。因此,对反硝化微生物进行研究有重要的意义。文章从功能特性、典型菌株、反硝化酶系等方面对反硝化微生物及其作用机制进行了论述,对其在污水脱氮方面的研究及应用进展做了较为详细的介绍,最后阐明了目前存在的问题和发展趋势。     

DPB污泥浓度对反硝化除磷的影响

为了进一步了解反硝化聚磷菌（DPB）污泥质量浓度（MLSS）对反硝化除磷过程的影响,进行一系列厌氧、缺氧模拟试验．研究考察DPB污泥的MLSS对厌氧释磷、缺氧反硝化吸磷的影响。结果表明：MLSS越高,释、吸磷速率及反硝化速率越高;MLSS对释、吸磷比速率和反硝化比速率的影响较小;厌氧总释磷量由污水中可利用COD的多少决定,DPB污泥的MLSS只影响到达释磷平衡的时间：污水中含氮量偏低引起反硝化吸磷段NO3^-不足时,DPB污泥厌氧释磷量高于反硝化吸磷量．MLSS越高经缺氧反硝化吸磷处理后水中含磷量越高。     

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.     

微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化实验研究

为探清微氧条件下以甲烷为碳源的反硝化是甲烷好氧氧化偶联反硝化(AME-D),还是甲烷厌氧氧化偶联反硝化(ANME-D),本研究以污水处理厂厌氧污泥为接种物,在微氧条件下以甲烷为碳源进行硝酸盐和亚硝酸盐反硝化的富集培养,考察硝酸盐和亚硝酸盐的反硝化速率,并对富集培养物的微生物群落和甲烷单加氧酶功能基因进行分析.结果表明:微氧条件下硝氮/亚硝氮的还原主要以AME-D过程为主,稳定阶段硝氮和亚硝氮的平均去除速率分别为3.69 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计)和18.04 mg·L~(-1)·d~(-1)(以N计),富集培养物中的优势微生物为甲基球菌科(Methylococcaceae)中的甲基单胞菌属(Methylomonas),相对含量为21.86%.     

厌氧氨氧化微生物在有机碳源条件下的代谢特性

通过多系列血清瓶实验并结合吉布斯自由能量分析探讨了厌氧氨氧化微生物在有机碳源条件下的代谢特性.实验结果表明：在葡萄糖作为有机碳源的条件下,低浓度的葡萄糖 (0.5 mmol·L-1) 能够促进厌氧氨氧化反应的速率,高浓度的葡萄糖 (≥1 mmol·L-1) 抑制了厌氧氨氧化活性;厌氧氨氧化微生物不仅具有厌氧氨氧化的代谢特性,还具有反硝化和硫酸盐还原的代谢能力.吉布斯自由能量分析表明： 在低浓度葡萄糖条件下,尽管最初厌氧氨氧化途径具有优势,但随后与反硝化途径展开竞争并处于劣势;在高浓度葡萄糖条件下,与厌氧氨氧化途径相比,反硝化途径完全占据优势;硫酸盐还原途径与厌氧氨氧化和反硝化途径相比不具有能量优势,只能发生在这两个途径之后.     

污水有机碳源特征及温度对反硝化聚磷的影响

为考察A2N连续流系统的主导生化反应过程及聚磷污泥的诸多特性,从而为反硝化除磷脱氮新工艺的应用推广提供可供参考的运行控制参数,首次采用A2N系统中的反硝化聚磷污泥(DPB污泥),以生活污水、乙酸以及细胞内碳源作为有机底物,利用批量静态试验展开对比研究结果表明,污水中的挥发性有机物含量越高,厌氧段初始的放磷速率越快,放磷越充分,后续反硝化脱氮和缺氧吸磷效果也将明显提高;而内源反硝化脱氮速率决定于细胞内PHB贮存量,当反硝化聚磷微生物细胞体内的PHB被耗尽,微生物处于极度饥饿状态,内源反硝化速率很低,同时也不发生吸磷反应.试验同时考察分析了2种温度条件--正常温度(25～26℃)和低温(8～10℃)下DPB的反硝化吸磷情况,发现反应系统在低温条件下将减小厌氧放磷和缺氧吸磷的生化反应速率,但并不对反硝化聚磷菌产生完全抑制作用,即低温对系统整体吸磷效果的负面影响不大.     

人为扰动背景下城市边缘溪流底质硝化-反硝化潜力分析

2016年5月至2017年1月,在合肥城区东北部边缘某一溪流的自然状态段(情形1)、点源排污段(情形2)和水土流失段(情形3)设置6个采样点位,逐月采集水样和表层底质样,解析不同情形下溪流底质硝化-反硝化潜力及其变化特征,并进行差异性和影响因素分析.结果表明:(1)溪流底质硝化活性均值为0.381%,并以情形2底质硝化活性最高,情形1的夏季硝化活性相对最强、冬季最弱,情形2、3硝化活性高低排序为:春季夏季秋季冬季;(2)溪流底质硝化速率均值为0.364mg·(kg·d)~(-1),其中以情形2底质硝化速率最高,情形2、3的各采样点春季硝化速率显著最高,其它季节相差不大,情形1的各季节变化不很明显;(3)溪流底质反硝化活性为37.25%,反硝化速率为57.68 mg·(kg·d)~(-1),其中情形2底质反硝化活性和反硝化速率都高于相同季节的其他情形,情形1、2的反硝化活性和反硝化速率高低排序均为:夏季春季秋季冬季,情形3的反硝化活性和反硝化速率排序均为:春季夏季秋季冬季;(4)差异性分析表明,情形1、2在硝化速率方面存在极显著差异性,情形1、3在反硝化活性、反硝化速率方面存在极显著差异性,而情形2、3在硝化速率、反硝化活性和反硝化速率方面均呈现极显著差异性;(5)偏最小二乘回归分析表明,3种情形在硝化活性和硝化速率方面重要贡献因素差异较大.     

2种生物反硝化法去除地下水中硝酸盐的研究

采用砂柱装置,在实验室研究了自养微生物和异养微生物2种生物反硝化方法对地下水中硝酸盐的去除效果。自养反硝化反应在以硫作为电子供体的硫/石灰石/细沙反应柱中进行,异养反硝化反应在石灰石/细沙反应柱中进行,进水增加乙醇作为外加碳源。实验结果用以比较2种反硝化方法在硝酸盐去除率、微生物反应动力学和反应产物三者的异同。结果表明,自养反硝化反应中NO3--N去除率达95.4%,异养反硝化反应去除率可达99.3%;分别与Monod微生物0级、1/2级和1级反应动力学方程进行拟合,2种反硝化反应均符合1/2级微生物反应动力学,适合用1/2级微生物反应方程描述;在反应结束阶段,自养反硝化主要反应产物SO42-出水浓度低于250mg/L,异养反硝化副产物CH3OO-易成为二次污染源,异养反硝化的反硝化速率明显高于自养反硝化反应。     

有机物与温度对壬基酚聚氧乙烯醚厌氧降解影响的研究

研究了在3种不同还原条件(产甲烷、反硝化、反硫化)下,壬基酚聚氧乙烯醚(NPEOs)的降解特性及有机物和温度对NPEOs厌氧生物降解效果的影响.结果表明,NP9EO在3种不同还原条件下能够很好地降解.易降解有机物葡萄糖和乙酸钠会抑制NP9EO的厌氧生物降解,酵母粉则可促进NF9EO的厌氧生物降解.在15～35℃的温度范围内,与反应速率系数k相关的产甲烷、反硝化、反硫化反应的温度系数u值分别为19.93、23.13和27.00 kJ/mol.说明在15～35℃的温度范围内,NP9EO生物降解过程中,温度对NP9EO生物降解速率系数的影响为反硫化条件>反硝化条件>产甲烷条件.这可为NPEOs污染的生物修复提供理论依据.     

厌氧氨氧化污泥异养反硝化的影响因素分析

以无机基质培养的厌氧氨氧化污泥为对象,研究污泥投量、DO、BOD5/N和粒径等因素对其反硝化降解NO3--N活性的影响。通过高通量测序技术获得细菌的种群结构状况,其中主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia fulgida和Candidatus Brocadia caroliniensis。批式实验结果表明:DO是厌氧氨氧化污泥异养反硝化最重要的限制性因素,ρ(DO)=0. 12 mg/L是实现反硝化反应的界限;碳源浓度对厌氧氨氧化污泥异养反硝化的影响较小,碳源充足时,厌氧氨氧化污泥的异养反硝化活性受细菌数量限制,碳源不足时,混合菌群也可以充分利用原水碳源反硝化;从粒径角度分析得出,相对于底物扩散,微量氧对厌氧氨氧化污泥反硝化的限制更大。     

基于碱度平衡与反硝化动力学的厌氧-加原水-间歇曝气工艺配水比例模型

采用批式反硝化试验,研究了BOD5和NOx-N(NO3--N与NO2--N之和)浓度对反硝化速率的影响.结果表明,在碳源充足的条件下,猪场废水厌氧消化液反硝化过程中NOx-N转化为零级反应,与NOx-N浓度无关;在碳源限制的条件下,猪场废水厌氧消化液反硝化过程中NOx-N转化速率与BOD5的关系遵从Monod方程.以Monod方程和碱度平衡为基础,推导出配水比例的数学模型.通过模型分析表明,进水碱度与进水氨氮浓度之比小于3.82时,仅靠配水措施不能平衡整个处理系统的碱度,还需要外加碱度;进水碱度与进水氨氮浓度之比大于6.90时,序批式反应器(SBR)可以直接处理厌氧消化液,不需要配水,厌氧-加原水-间歇曝气工艺不适用.猪场废水厌氧消化液的碱度与氨氮浓度之比大多为3.82～6.90,因此,猪场废水厌氧消化液好氧后处理适宜采用厌氧-加原水-间歇曝气工艺.通过数学模型作图显示,配水比例随着水力停留时间、SBR反应器数量、反应器中微生物浓度、滗水器工作能力以及亚硝化率的增加而减少,随着反应器运行周期的增加而增加.     

伊乐藻-固定化脱氮微生物技术对入贡湖河道脱氮机制的影响

采用无扰动的入贡湖亲水河底泥柱芯以及上覆水进行实验,探究了伊乐藻与固定化脱氮微生物技术对受污染的入贡湖湾河道的生态修复效果.运用稳定性15N同位素配对技术和基于16S rRNA高通量测序技术探讨了伊乐藻与固定化脱氮微生物联用技术(E-INCB)对亲水河底泥的反硝化速率、厌氧氨氧化速率以及脱氮微生物群落多样性的影响.结果表明,添加了伊乐藻与固定化脱氮微生物以后,亲水河水质得到明显改善,TN、NH+4-N、NO-3-N的去除率分别为72.03%、46.67%、76.65%,同时,添加了伊乐藻和固定化脱氮微生物以后,泥水界面的反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌表现出协同作用关系,与对照组相比,反硝化速率和厌氧氨氧化速率增加量分别为165μmol·(m2·h)-1和269.7μmol·(m2·h)-1.反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的群落多样性明显增加,变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、酸杆菌门(Acidobbacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)均具有优势增长.沉水植物与固定化脱氮微生物联用技术增强了河道底泥中的脱氮微生物多样性,进一步提高了亲水河的氮素脱除能力.     

太湖湖西典型区水体硝酸盐含量对反硝化作用影响实验研究

以太湖湖西为例,采用流动培养同位素添加法,分别模拟了湖西北、湖西南地区不同温度及有机碳浓度下的底泥原位反硝化作用,结果表明只有水体硝酸盐含量高的湖西北地区底泥反硝化速率受温度和有机碳影响明显,水体硝酸盐含量低的湖西南地区底泥反硝化速率受水体温度、有机碳含量影响较小.研究结果表明,太湖湖西北地区22、27、32℃时反硝化速率分别为(77.62±5.23)、(156.01±12.01)、(309.36±20.31)μmol·m^-2·h^-1.湖西北区域上覆水有机碳含量为0、4、10 mg·L^-1时,沉积物平均反硝化速率分别为177.39、203.48、275.85μmol·m^-2·h^-1.根据皮尔逊相关性分析可知,太湖反硝化速率与水体硝酸盐含量呈显著相关,即水体氮素构成是影响底泥反硝化速率的最根本原因,只有硝酸盐供给充足,底泥反硝化速率才会随着温度及水体碳源的变化而变化.     

水产养殖废物厌氧水解液反硝化性能研究

养殖废物经过厌氧水解处理 ,其上清液中含有反硝化菌可以利用的有机物 ,分别对厌氧水解上清液和养殖废水进行反硝化处理 ,测定得到各自的反硝化速率分别为 0 0 13d- 1 和 0 0 0 17d- 1 ,表明利用厌氧水解液进行反硝化处理 ,可以极大提高养殖废水的反硝化处理效率     

外加碳源影响水体异养反硝化脱氮的研究进展

近年来,水体硝酸盐污染受到世界范围内的广泛关注,从去除硝酸盐污染和降低脱氮成本两个方面考虑,生物反硝化法是比较经济、实用的方法。目前,反硝化过程主要是通过异养反硝化作用实现,碳源作为反硝化过程的电子供体,是影响反硝化过程的主要因素,当污水中碳氮比偏低时,需要考虑添加额外碳源提高异养反硝化作用速率,保证反硝化过程的正常进行。针对现有问题综述常用的几种主要外加碳源以及它们对反硝化作用的影响,为今后寻找到更加经济、有效的外加碳源提供参考。     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.