巢湖十五里河河床地貌单元沉积物硝化速率及污染特征

2017年7月~2018年3月,在巢湖流域十五里河城市段河床地貌特征丰富的两处河段,就深潭、浅滩、砾石滩、点砂坝和常规流水区等5种地貌单元类型,按季节采集表层沉积物样和水样,解析不同地貌单元沉积物硝化速率及其变化性,并开展不同地貌单元硝化速率的差异性和影响因素分析.结果表明:(1)十五里河中上游河段氮磷污染严重,且水体氧化还原电位(ORP)值基本都低于零,表明河水处于显著的还原状态.(2)5种地貌单元沉积物的PNR变化范围为0.002~0.079μmol·(g·h)-1,均值为0.023μmol·(g·h)-1,高低排序依次为:深潭点砂坝浅滩砾石滩流水区,相应的季节变化规律基本表现为:夏季春季秋季冬季.(3)5种地貌单元表层沉积物ANR变幅为0.140~13.543μmol·(m2·h)-1,均值为3.658μmol·(m2·h)-1,总体表现为浅滩最高,常规流水区次之,砾石滩和点砂坝大体相当,深潭最小,且季节变化规律与PNR相似.(4)差异性分析表明,深潭、浅滩与其他4种地貌PNR均存在显著差异性,超过半数的地貌单元ANR呈极显著差异性.(5)回归分析表明,5种地貌单元的PNR、ANR与上覆水水质指标的相关性相对较强,而与沉积物理化指标的相关性略弱.     

城乡交错带典型溪流沟渠沉积物氮污染特征及硝化-反硝化潜力

2015年5月~2016年7月,在合肥市城乡交错带3条溪流沟渠上,按季节采集表层沉积物样,分析沉积物的氮素污染特征,解析潜在硝化速率PNR、表面硝化速率ANR及反硝化速率的时空变化性,并以偏最小二乘回归分析法进行影响因子分析.结果表明:1关镇河支渠氮素污染最为严重,TN均值达4 516.39 mg·kg-1,分别为磨店小溪流和陶冲小溪流的2.56、1.36倍,NH_4~+-N和NO_3~--N含量也表现为关镇河支渠最高,磨店小溪流最低;2 3条溪流沟渠PNR和ANR几乎都表现为夏季最高,冬季最低,春、秋两季则大体相当,高低排序为陶冲小溪流磨店小溪流关镇河支渠;3关镇河支渠反硝化速率均值为10.59 mg·(kg·h)-1,分别为磨店小溪流和陶冲小溪流的3.16、1.75倍,3条溪流沟渠的反硝化速率和反硝化活性都表现为夏季高于春季;4根据参数FVIP,各溪流沟渠ANR、PNR和反硝化速率几乎都与沉积物的pH、OM、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP存在较为显著的相关关系,但不同溪流水体之间存在差异性.     

淀山湖沉积物的反硝化脱氮能力及其环境意义

于2016年5月和7月,使用乙炔抑制法对淀山湖湖区13个样点表层6 cm原状沉积物反硝化速率进行了测定.结果表明,淀山湖表层沉积物中的反硝化速率具有显著的时空变化特征,变化范围在5.72~65.82μmol·m~(-2)·h~(-1)之间,,春季反硝化速率为(28.52±26.21)μmol·m~(-2)·h~(-1),夏季反硝化速率为(29.31±17.11)μmol·m~(-2)·h~(-1).在空间上,表层0~3 cm沉积物中反硝化速率((17.91±11.80)μmol·m~(-2)·h~(-1))高于下层3~6cm沉积物反硝化速率((11.02±10.40)μmol·m~(-2)·h~(-1));反硝化速率与沉积物中可提取NH_4~+-N含量成显著正相关(p0.05),耦合的硝化-反硝化过程是沉积物反硝化作用的主要机制.淀山湖湖区上半年通过反硝化作用可去除约278.70 t的氮,对控制水体氮浓度和削减氮负荷具有重要意义.     

海河流域典型重污染河流滏阳河沉积物氨化和硝化速率研究

为探究海河流域重污染河流高氨氮形成的原因,选择典型重污染河流滏阳河作为研究对象,分析了滏阳河上游邯郸与邢台段和下游石家庄与衡水段水-沉积物界面氨氮的分布特征和沉积物氨化及硝化反应速率.结果表明,滏阳河上覆水和孔隙水中氨氮呈现出下游高于上游的分布特征,其中上覆水氨氮平均浓度为15.72 mg·L~(-1),孔隙水氨氮平均浓度为21.10 mg·L~(-1),氨氮表现为从沉积物向水体扩散.滏阳河全河段表层沉积物氨化速率平均值为4.300μg·g~(-1)·h~(-1),其中上游氨化速率平均值为3.360μg·g~(-1)·h~(-1),下游氨化速率平均值为5.232μg·g~(-1)·h~(-1);滏阳河整体潜在硝化速率处于较低水平,范围在0.001~0.598μg·g~(-1)·h~(-1),平均值为0.152μg·g~(-1)·h~(-1),平均氨化速率约为平均潜在硝化速率的28倍.通过相关性分析可知,氨化速率与沉积物氨氮、总有机氮和全氮显著正相关,与硝氮显著负相关;潜在硝化速率与沉积物硝氮、总有机氮和全氮显著正相关,与总有机碳和碳氮比显著负相关.研究表明,滏阳河沉积物氨化速率远大于潜在硝化速率并形成氨氮累积是造成滏阳河高氨氮现象的重要原因之一,沉积物中累积的氨氮存在通过扩散作用向上覆水释放的风险.     

三峡库区小江支流沉积物硝化反硝化速率在蓄水期和泄水期的特征

三峡库区是新形成的生态系统,沉积物特征较之成库前有显著改变;研究库区小江支流——南河沉积物的硝化与反硝化过程可以为库区氮素管理提供科学依据,而反季节蓄水和泄水,沉积物-水界面硝化与反硝化速率特征鲜见报道.实验选取库区开县南河沉积物为研究对象,在2015年泄水期(8月)和蓄水期(11月)采集上、下游以及南河与小流域菁林溪交汇处沉积物样品,测定其理化指标;同时通过实验室模拟沉积物水环境,以乙炔抑制法测定泄水期与蓄水期沉积物的硝化反硝化速率.结果表明,蓄水期沉积物总氮(total nitrogen,TN)、铵态氮(ammonium nitrogen,NH_4~+-N)、硝态氮(Nitrate nitrogen,NO_3~--N)及总有机碳(total organic carbon,TOC)等理化指标均显著高于泄水期(P0.05),这说明蓄水期有外源物质入库;沉积物硝化速率在蓄水期[194.06μmol·(m~2·h)~(-1)]显著高于泄水期[16.52μmol·(m~2·h)~(-1)],且硝化速率与沉积物理化特征(TN、NH_4~+-N、NO_3~--N、TOC)存在显著正相关;沉积物反硝化速率则与硝化速率相反,泄水期[647.20μmol·(m~2·h)~(-1)]高于蓄水期[24.04μmol·(m~2·h)~(-1)],其与沉积物理化指标(TN、NH_4~+-N、NO_3~--N)呈显著负相关.     

巢湖十五里河河床地貌单元沉积物硝化速率及污染特征

2017年7月~2018年3月,在巢湖流域十五里河城市段河床地貌特征丰富的两处河段,就深潭、浅滩、砾石滩、点砂坝和常规流水区等5种地貌单元类型,按季节采集表层沉积物样和水样,解析不同地貌单元沉积物硝化速率及其变化性,并开展不同地貌单元硝化速率的差异性和影响因素分析,结果表明:(1)十五里河中上游河段氮磷污染严重,且水体氧化还原电位(ORP)值基本都低于零,表明河水处于显著的还原状态。(2)5种地貌单元沉积物的PNR变化范围为0.002~0.079μmol·(g·h)-1,均值为0.023μmol·(g·h)-1,高低排序依次为:深潭点砂坝浅滩砾石滩流水区,相应的季节变化规律基本表现为:夏季春季秋季冬季。(3)5种地貌单元表层沉积物ANR变幅为0.140~13.543μmol·(m2·h)-1,均值为3.658μmol·(m2·h)-1,总体表现为浅滩最高,常规流水区次之,砾石滩和点砂坝大体相当,深潭最小,且季节变化规律与PNR相似。(4)差异性分析表明,深潭、浅滩与其他4种地貌PNR均存在显著差异性,超过半数的地貌单元ANR呈极显著差异性。(5)回归分析表明,5种地貌单元的PNR、ANR与上覆水水质指标的相关性相对较强,而与沉积物理化指标的相关性略弱。     

闽江口互花米草入侵过程对短叶茳芏沼泽沉积物硝化-反硝化作用的影响

2014年4、7、10月和2015年1月在闽江口鳝鱼滩湿地选择未被入侵的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)群落(A)、互花米草入侵斑块边缘(B)以及互花米草(Spartina alterniflora)入侵斑块中央(C)为研究对象,基于时空互代研究方法,探讨互花米草入侵序列下湿地沉积物硝化-反硝化变化规律.结果表明:在互花米草入侵序列中,湿地沉积物硝化速率为0.19~1.66μmol·m~(-2)·h~(-1),反硝化速率为12.41~27.19μmol·m~(-2)·h~(-1).沉积物硝化-反硝化作用存在明显的季节变化,硝化速率表现为夏季春季秋季冬季,反硝化速率表现为夏季秋季冬季春季;入侵不同状态下,沉积物硝化速率表现为BCA,反硝化速率表现为CBA.互花米草入侵提高了沉积物-水界面N_2O交换通量.互花米草入侵引起的沉积物pH、NH_4~+-N、含水量、容重和电导率等理化性质的改变是导致不同入侵阶段沉积物硝化-反硝化速率以及N_2O释放差异的重要原因.     

河口区淡水和微咸水潮汐沼泽湿地沉积物反硝化作用

为探讨河口区淡水和微咸水潮汐沼泽湿地沉积物反硝化作用及影响因素,以分布在闽江口道庆洲上的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)淡水沼泽湿地和鳝鱼滩上的短叶茳芏微咸水沼泽湿地沉积物为研究对象,运用乙炔抑制培养法测定不同季节的反硝化速率,同时测定沉积物和上覆水理化性质.结果发现,2个短叶茳芏沼泽湿地沉积物反硝化速率均存在明显的季节变化,最高(最低)值分别出现在夏季(秋季)和春季(冬季),温度是影响反硝化速率季节变化的重要因素.道庆洲沉积物反硝化速率((32.72±19.15)μmol·m~(-2)·h~(-1),以N计,下同)显著高于鳝鱼滩((4.97±2.64)μmol·m~(-2)·h~(-1))(p0.05).沉积物电导率和上覆水SO_4~(2-)含量对河口区潮汐沼泽湿地沉积物反硝化速率具有抑制作用,是造成微咸水沼泽湿地沉积物反硝化速率显著低于淡水沼泽湿地的重要因素.沉积物电导率主要通过抑制沉积物对NH_4~+-N的吸收影响硝化-反硝化耦合作用,进而影响反硝化速率.淡水沼泽湿地反硝化速率对SO_4~(2-)作用的响应较微咸水沼泽湿地更为敏感.     

不同植物对沟渠沉积物反硝化速率及功能基因的影响研究

植物是影响沉积物反硝化作用的重要因素之一,国内外已有不少研究探讨了植物对河口或湖泊沉积物反硝化速率的影响,但关于植物类型对自然沟渠沉积物反硝化速率及其相应功能基因的影响研究不多.因此,本文以7种常见沟渠植物为研究对象,通过室内盆栽试验,利用改进的乙炔抑制法和实时荧光定量PCR技术研究了不同植物对自然沟渠沉积物反硝化速率和相应功能基因(nirS和nirK)拷贝数的影响.结果表明,培养至第180 d时,不同植物生长条件下沉积物反硝化速率在2.85～13.20μg·m~(-2)·h~(-1)之间,不同植物间反硝化速率差异显著,且大型挺水植物浮水植物小型挺水植物.不同植物之间沉积物中nirS基因拷贝数在2.70×10~8～5.02×10~8 copies·g~(-1)之间,nirK基因拷贝数在3.97×10~5～6.91×10~5 copies·g~(-1)之间,与培养初期相比,培养180 d后沉积物中nirK、nirS基因拷贝数明显增多.7种植物中,美人蕉沉积物中的反硝化功能基因拷贝数较高,狐尾藻较低,整体来看,基因拷贝数大小顺序为:挺水植物浮水植物.nirS基因拷贝数与NO~-_3-N含量、TN含量及反硝化速率之间均呈显著性的正相关关系(p0.05),但nirK基因拷贝数与沉积物碳氮含量及反硝化速率之间相关性不显著.     

HRT对改良式A2/O-BAF反硝化除磷脱氮的影响

研究HRT(水力停留时间)对改良式A~2/O-BAF双污泥系统反硝化除磷脱氮的影响.进水COD、NH~+_4-N和TP分别为189.6、 60.4和5.1mg·L~(-1),HRT分别为9、 8、 7和6 h时,COD出水平均浓度均小于42mg·L~(-1),NH~+_4-N出水平均浓度分别为2.4、 2.8、 3.3和6.5mg·L~(-1),TP出水平均浓度分别为0.3、 0.4、 0.7和0.8mg·L~(-1);系统缺氧段反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例(DPAOs/PAOs)从76.8%递减到48.8%;HRT为8 h时,通过数理统计方法得出反硝化除磷脱氮比(ΔPO~(3-)_4/ΔNO~-_3-N)的概率密度高达37.5%,缺氧段ΔPO~(3-)_4/ΔNO~-_3-N为1.24(理论值1.41),此时反硝化脱氮除磷效果最佳;在整个试验过程中SVI值均低于100 mL·g~(-1),而MLVSS/MLSS从0.74逐渐下降到0.63,表明污泥活性逐渐降低.     

基于不同测试终点的土壤锌毒性阈值及预测模型

采用基质诱导硝化(PNR)、大麦根伸长、西红柿及小白菜生长毒性测试方法,结合Log-logistic模型,对我国16种典型土壤中锌(Zn)的毒性阈值(ECx)进行了测定,同时对Zn毒性与土壤主要影响因子间的量化关系及其预测模型进行了研究.结果表明:我国土壤中Zn的毒性阈值在不同测试物种间存在较大差异,以小白菜、大麦、西红柿及土壤微生物(PNR)测试的EC10均值分别为322,356,336,297mg/kg,以土壤微生物测试最低,以大麦根伸长测定结果最高; EC50均值则分别为: 846,1471,1160,768mg/kg.不同测试方法对土壤中Zn毒性的敏感性顺序为:土壤微生物(PNR)>西红柿>小白菜>大麦,而不同测试方法的稳健性顺序则相反,表明PNR法是土壤Zn毒害最敏感的测试方法,而西红柿则是对土壤Zn污染胁迫最敏感的植物品种; 不同毒性测试结果显示,EC50阈值的测定结果要敏感于EC10,而EC10测定结果的变异系数普遍大于EC50的测定结果.pH值是影响土壤Zn毒性阈值最为重要的因子,而基于土壤pH值,CEC,有机碳含量的归趋化预测模型可以很好地预测土壤中Zn的生态风险阈值.     

Isolation and characterization of heterotrophic nitrifying bacteria in MBR

The study presented the method for isolating the heterotrophic nitrifiers and the characterization of heterotrophic nitrification. Continuous tests via a membrane bioreactor (MBR) were operated under the controlled conditions to proliferate the nitrifiers. Heterotrophic nitrifying bacteria were isolated from the system in which the efficiency of total nitrogen(TN) removal was up to 80%. Since no autotrophic ammonium and nitrite oxidizers could be detected by fluorescence in situ hybridization(FISH), oxidized-N production was unlikely to be catalyzed by autotrophic nitrifiers during the heterotrophic nitrifiers‘ isolation in this study. The batch test results indicate that the isolated heterotrophic bacteria were able to nitrify. After 3 weeks incubation, the efficiencies of the COD removal by the three isolated bacterial strains B1,B2 and B3 were 52.6%, 71.7%, and 77.7%, respectively. The efficiencies of the TN removal by B1, B2, and B3 were 35.6%, 61.2% and 68.7%, respectively.     

Responses of soil ammonia oxidizers to a short-term severe mercury stress

The responses of soil ammonia-oxidizing archaea(AOA) and ammonia-oxidizing bacteria(AOB) to mercury(Hg) stress were investigated through a short-term incubation experiment.Treated with four different concentrations of Hg(CK,Hg25,Hg50,and Hg100,denoting 0,25,50,and 100 mg Hg/kg dry soil,respectively),samples were harvested after 3,7,and 28 day incubation.Results showed that the soil potential nitrification rate(PNR) was significantly inhibited by Hg stress during the incubation.However,lower abundances of AOA(the highest in CK: 9.20 × 10~7 copies/g dry soil; the lowest in Hg50: 2.68 × 10~7 copies/g dry soil) and AOB(the highest in CK: 2.68 × 10~7 copies/g dry soil; the lowest in Hg50:7.49 × 10~6 copies/g dry soil) were observed only at day 28 of incubation(P 0.05).Moreover,only the community structure of soil AOB obviously shifted under Hg stress as seen through DGGE profiles,which revealed that 2–3 distinct AOB bands emerged in the Hg treatments at day 28.In summary,soil PNR might be a very useful parameter to assess acute Hg stress on soil ecosystems,and the community structure of soil AOB might be a realistic biological indicator for the assessment of heavy metal stress on soil ecosystems in the future.     

SBR反应器内短程硝化系统快速启动及影响因素研究

探讨了采用序批式反应器(SBR)快速启动自养短程硝化系统的方法,研究了溶解氧(DO)、pH、温度、外加有机碳源对自养短程消化系统的影响。以硝化污泥接种反应器(SBR),在纯自养条件下利用高浓度溶解氧1.0～1.6mg/L和中温(35±1)℃达到亚硝酸氮的快速积累。结果表明,在进水氨氮浓度为280～300mg/L,HRT为12h,控制pH值为7.5～8.5、温度在(28±1)℃、溶解氧浓度为0.8～1.2mg/L条件下,氨氮去除率达到90%以上,亚硝酸氮积累率高达95%。试验证明投加有机碳源(COD)50mg/L左右时,不会对短程硝化系统产生影响,且能实现较高氨氮去除率和稳定的亚硝酸氮积累率。     

盐度对膜-生物反应器污泥表观硝化速率的抑制机理

为研究盐度对膜-生物反应器(MBR)污泥表观硝化速率的抑制机理,采用批次试验模拟不同盐度条件下MBR活性污泥的硝化反应并测定其表观硝化速率、自养菌活性和SMP、EPS中脱氧核糖核酸和蛋白质的含量变化.结果表明,随着盐度的不断提高,污泥表观硝化速率逐渐下降,当盐度大于12.5g/L时,污泥体系出现NH4+-N含量上升的现象.自养菌的活性逐渐被抑制,抑制程度和盐度正相关,当盐度大于2.5g/L时,SMP和EPS中DNA的含量逐步上升,细胞结构被破坏是微生物活性被抑制的原因.SMP和EPS中蛋白质含量随着盐度的提升明显增长,蛋白质在污泥系统水解并发生氨化释放NH4+-N也是表观硝化速率下降的原因;当盐度小于12.5g/L,系统释放NH4+-N对表观硝化速率抑制作用随着盐度的提高而不断提升.     

移动床生物膜反应器处理废水的特性研究

以氧吸收速率(Rou)为指标,研究了移动床生物膜反应器内两相污泥中自养菌和异养菌的生物活性.分别测定了不同温度和不同负荷下,反应区内悬浮相和附着相污泥的Rou.结果表明:温度为5 ℃时,自养菌的硝化活性为18 ℃时的60%左右;附着相微生物的硝化能力较悬浮相微生物低20%～30%;该反应器具有良好的抗低温和负荷冲击的能力.该反应器内2个反应区中附着相和悬浮相污泥的生物活性为:反应区Ⅱ悬浮相>反应区Ⅰ悬浮相>反应区Ⅱ附着相>反应区Ⅰ附着相.反应区Ⅰ,Ⅱ的反硝化速率分别为0.44和0.63 mg/(g·h),说明后者污泥的反硝化活性好于前者.试验结果还表明,在反应器内NO2--N的积累量非常低.      

除磷亚硝化颗粒工艺启动及性能恢复

针对生活污水低碳氮比的水质特点,采用SBR反应器接种低温储存的强化生物除磷颗粒污泥,来启动除磷亚硝化颗粒工艺,通过控制曝气强度及污泥龄实现除磷亚硝化的稳定运行,为后置CANON或厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)提供进水.污泥龄为30 d的条件下实现了出水TP小于0. 5 mg·L~(-1),COD浓度小于50 mg·L~(-1),亚硝酸盐氮积累率达到了90%以上.实验还得出,过高的曝气强度使除磷亚硝化性能恶化,可采用降低曝气强度和减小污泥龄的方式来改善除磷性能.污泥龄为40 d可以实现生活污水除磷亚硝化中的亚硝化性能进一步恢复,最终实现出水磷浓度保持在0. 5 mg·L~(-1)以下,COD及TP去除率分别稳定在80%及95%,亚硝酸盐积累率保持在90%以上,SVI值从初始的63 m L·g~(-1)降低到35 m L·g~(-1),颗粒污泥沉降性能良好,颗粒粒径在整个运行过程中保持在1 000μm以上.     

膜生物反应器短程硝化脱氮处理生活污水的研究

采用膜生物反应器处理模拟生活污水,研究了短程硝化生物脱氮的效果,试验结果表明:在中温(25～30℃),曝气量为0.15m3/h、pH值为7～8的条件下,COD去除率平均值为89.0%(最高达95.4%),出水氨氮在5.0mg/L以下(平均3.1mg/L),NO2-得到了富集,出水中基本监测不出NO3-,总氮去除率平均为86.2%(最高达94.0%),且系统对有机物与氮源的耐冲击负荷能力较好;曝气量和pH值是短硝化过程的重要影响因素。