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.     

丝瓜络碳源模拟PRB去除地下水中硝酸盐

以丝瓜络作为固体碳源和可渗透反应墙(PRB)的填充介质,处理硝酸盐污染地下水。研究了经不同浓度NaOH溶液预处理丝瓜络的静态释放特性及其反硝化能力,比选出了最优预处理方式,并以其为固体碳源去除地下水中硝酸盐。结果表明:经1.5%NaOH预处理的丝瓜络适宜作为反硝化脱氮的固体碳源和生物膜载体;在以其为PRB填充介质的试验中,NO~-_3-N平均去除率高达91.58%,TN平均去除率为87.83%。因此经1.5%NaOH预处理的丝瓜络能有效去除地下水中硝酸盐,适宜作为PRB的填充介质。     

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。     

连续流系统中好氧段及沉淀段对污泥及其缺氧段脱氮能力的影响

在好氧段3种溶解氧(DO)[3. 0～3. 5 mg·L~(-1)(Ⅰ阶段)、2. 0～2. 5 mg·L~(-1)(Ⅱ阶段)和1. 5～2. 0 mg·L~(-1)(Ⅲ阶段)]的A~2/O实验系统,考察了本段及后续沉淀阶段污泥的变化,以及对系统缺氧段反硝化的影响,并与DO为1. 5～2. 0 mg·L~(-1)的缺氧-好氧(A/O)系统进行了对比.结果表明,沉淀阶段污泥开始发生反硝化作用,脱氮碳源由内、外碳源同时提供;沉淀污泥优先利用外碳源进行反硝化;好氧段DO为1. 5～2. 0 mg·L~(-1)时,沉淀阶段污泥的硝酸盐还原酶活力及反硝化活性最强,此时A~2/O系统缺氧段的反硝化效果也最佳;在与A~2/O系统相同污泥负荷下的A/O系统中,好氧段后污泥中细菌胞内残留的PHB含量要高于A~2/O系统; A~2/O系统沉淀段污泥的反硝化活性高于A/O系统,其硝酸盐还原酶活力是A/O系统的1. 08倍;该污泥回流后,尽管硝态氮充分但A/O系统缺氧段反硝化效果却较A~2/O系统差;沉淀阶段污泥的脱氮性能直接关系到缺氧段反硝化效果.因此,本研究认为在保证沉淀污泥反硝化不严重影响泥水分离的前提下,污水生物脱氮工程中应适当控制好氧段运行、维持沉淀池污泥适当反硝化来提升系统的脱氮效能,而不能仅仅是考虑控制缺氧段.     

周村水库主库区热分层初期氮素降低的驱动因子分析

为了探究周村水库热分层前期氮素的变化趋势及其驱动因子,于2016年2~4月定期对周村水库主库区进行水质指标监测,并在采样点采集新鲜水样和表层沉积物,实验室模拟水库氮素变化过程中,水体和沉积物的反硝化作用量.结果表明周村水库在热分层初期,库区总氮浓度由(2.28±0.09)mg·L~(-1)降至(1.08±0.09)mg·L~(-1),硝氮浓度由(1.66±0.09)mg·L~(-1)降至(0.25±0.06)mg·L~(-1),氨氮浓度总体变化不大,亚硝氮的浓度几乎不变.与此同时,叶绿素没有明显增加,藻类的影响不大;氮素降低主要由于好氧反硝化菌的反硝化作用造成.热分层初期水库的温度逐渐增加、DO、pH的变化以及以小分子量为主的有机物组成均利用好氧反硝化菌的生长繁殖,菌数从1.06×105cfu·L~(-1)增加到8.33×106cfu·L~(-1),使得水库的反硝化作用增强,水库氮素下降;与此同时的模拟实验中,仅有水体好氧反硝化菌作用时,培养瓶的总氮去除量为0.7 mg,水体和表层沉积物共同作用时,总氮去除量为3.3 mg,水体与表层沉积物的反硝化去除氮量之比大体为1∶4,表层沉积物的反硝化作用是水库氮素去除的重要因素.     

菌株Diaphorobacter polyhydroxybutyrativorans SL-205的反硝化特性

为强化硝酸盐污染水的反硝化脱氮,研究了反硝化新菌株Diaphorobacter polyhydroxybutyrativorans SL-205~T利用不同碳源的缺氧反硝化性能,以及利用固体碳源聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)的好氧反硝化特性.结果表明,在缺氧状态下,菌株SL-205~T分别以乙酸钠、琥珀酸钠和PHBV为唯一碳源时,硝酸盐去除率均达到99%以上;当初始硝态氮浓度为315mg/L时,PHBV的最适投加量为2.0g/L.菌株SL-205~T能利用PHBV进行好氧反硝化,当反应进行到36h时,硝酸盐去除率达到94.54%,平均反硝化速率为8.69mg/(L·h),并且在反应结束时没有亚硝酸盐和氧化亚氮的积累.以上结果为该菌株在废水脱氮处理中的应用奠定了实验基础.     

亚铁对水平潜流人工湿地反硝化作用的影响

亚铁离子可以作为电子供体参与反硝化作用,某些微生物可以通过氧化亚铁离子还原硝酸盐,从而去除污水中的硝态氮.本研究通过在潜流人工湿地中添加Fe2+,分析不同初始Fe2+浓度对反硝化过程的强化效果及不同C/N对Fe2+参与反硝化作用的影响.结果表明,Fe2+的添加可以显著提高人工湿地反硝化能力,进水NO-3-N为30 mg·L-1、C/N为2、水力停留时间为1 d,添加45 mg·L-1Fe2+的人工湿地中硝氮去除率可以提高24%;硝氮去除率随初始Fe2+浓度的增加而增加.C/N与初始Fe2+浓度对反硝化作用都具有显著影响且两者具有交互作用,碳源的存在可以促进Fe2+参与的反硝化作用.     

固相反硝化反应器对含盐水体脱氮效率的预测模型

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)颗粒作为反硝化固体碳源和生物膜载体的填料床反应器处理含盐水体的脱氮效果表明,在温度在(29±1)℃的条件下,反应器对含盐水体中NO3--N具有良好的反硝化性能.以NO3--N去除率为响应值,利用响应曲面法考察进水硝酸盐浓度和水力停留时间对脱氮效率的影响.因素分析表明,进水NO3--N和HRT...     

锯末+乙醇作为混合碳源去除地下水中硝酸盐的影响因素研究

本试验采用室内试验装置,研究了 pH、温度、硝酸盐浓度对锯末+乙醇作为混合碳源去除地下水中硝酸盐的影响结果表明,pH值在5～10内变化时对锯末+乙醇混合碳源体系的硝酸盐去除率影响较大,pH ＞7时的硝酸盐去除率明显高于pH ＜7时的去除率;并且随着pH值的增加,亚硝酸盐的积累量越多,锯末+乙醇混合碳源体系最佳的pH值范围是7～8.锯末+乙醇混合碳源体系受温度的影响较大,温度为8.5、15℃时的反硝化速率显著低于25℃时的速率,25℃时的反硝化速率分别是8.5、15℃时的3倍和1.5倍,锯末+乙醇混合碳源体系适宜的温度范围为25 ～35℃进水硝酸盐浓度也会影响锯末+乙醇混合碳源体系的反硝化效果,硝酸盐氮浓度在67.8 ～113 mg·L-1范围内变化时,反应体系的硝酸盐去除效果较好反应初期,硝酸盐浓度越大混合碳源体系的反硝化速率就越低,可能较大的硝酸盐负荷对反硝化细菌产生毒害作用而不利于硝酸盐的去除.     

耐冷嗜碱蒙氏假单胞菌H97的鉴定及其好氧反硝化特性

结合形态、磷脂脂肪酸及16S rRNA基因序列分析鉴定了分离自贵州冬水田的好氧反硝化菌株H97,采用模拟废水探讨了不同温度、接菌量、C/N、初始p H和碳源种类对菌株H97反硝化能力的影响.结果表明,菌株H97为蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii),目前国内外尚无蒙氏假单胞菌具有耐冷嗜碱好氧反硝化作用的研究报道,是对好氧反硝化菌的补充;该菌的最适脱氮条件为15℃、p H 9.0、C/N 15、接种量1.5×106CFU·(100 m L)-1,碳源丁二酸钠.此外,菌株H97在p H为7.0~11.0时,均表现出良好的脱氮能力,对硝酸盐氮和总氮的去除率分别可达91.21%和79.10%以上,初始p H为12.0时,对硝酸盐氮和总氮的去除率仍分别达64.75%和36.78%,表现出了较强耐碱能力.在初始硝酸盐氮浓度为50.0 mg·L-1和最适脱氮条件下,菌株H97在48 h内对硝酸盐氮和总氮的去除率可达97.69%和96.32%.同时,H97对温度适应范围广,在15~40℃均具有较强好氧反硝化能力,是1株耐冷嗜碱好氧反硝化细菌,在碱性氮污染水体处理中具有较好的应用潜力.     

重庆南山表层岩溶泉与地下河三氮运移及氮通量估算

岩溶区特殊的地质构造使地下水系统存在多重水流.为研究三氮在表层岩溶带水流和地下河水流中的特征和运移方式,选取城市化进程中的重庆南山老龙洞地下河流域表层岩溶泉和地下河按月采样,分析水化学特征,结合SPSS的相关性分析,认为两种水流三氮特征差异很大.表层岩溶泉三氮质量浓度月变化小,受降水、污水影响较小,NO_3~--NNH_4~+-N;地下河水三氮质量浓度月变化大,受降水、污水影响较大,旱季NH_4~+-NNO_3~--N,雨季NO_3~--NNH_4~+-N.表层岩溶泉DIN主要来源于与农业活动有关的非点源污染,在土壤、表层岩溶带中经氨化、吸附、硝化作用等过程以扩散流形式运移至出露地表.地下河DIN随管道流、扩散流运移,并以管道流为主.DIN全年有点源的工业、生活污染物经落水洞、裂隙、溶隙进入.雨季同时存在占更大比例的非点源污染物,或由降雨产生的表面坡流、壤中流、表层岩溶带水流经落水洞进入,或经深裂隙、溶隙下渗进入,硝化作用明显.流域DIN输出通量为56.05 kg·(hm~2·a)~(-1),其中NH_4~+-N、NO_3~--N分别占46.03%、52.51%;根据径流分割法估算出点源污染、非点源污染的贡献率分别为25.08%、74.92%.     

地下水氮污染原位修复缓释碳源材料的研发与物化-生境协同特性

地下水流速及物质间反应均处于缓慢状态,因此向地下水环境中投加的修复材料应具有缓释性.本研究针对浅层地下水特性及氮赋存特征,以农业废弃物和零价铁(Fe0)为基料,耦合生物、化学反应,开展具有物化-生境协同作用的缓释碳源材料的研发和性能研究.所研发材料具有内核和外壳双层结构.内核为修复基质层,由农业废弃物与Fe0等原料组成.其中,农业废弃物提供微生物所需碳源,Fe0还原水体中硝酸盐氮及DO,快速脱氮并促进厌氧环境形成.外壳为溶质运移渗透层,由原生矿物等组成,可包覆内核材料,减缓内核碳源释放、吸附二次污染物.材料物理测试显示,其内核均匀交联,外壳呈明显均匀孔隙结构(SEM),颗粒强度高达每颗80~105 N,具有良好的机械抗压性;材料密度最低可达1.1 g·cm~(-3),无水中漂浮现象;缓释实验表明,该材料具有良好的碳源缓释性,其总有机碳(TOC)释放量[Max:21~25 mg·(g·L)~(-1)]和速率[Max:0.185 mg·(g·L·d)~(-1)]始终呈现平稳状态,而农业废弃物释碳量[Max:53~75 mg·(g·L)~(-1)]及速率[Max:0.455mg·(g·L·d)~(-1)]波动较大.进一步功能基因丰度分析,材料浸出液有利于反硝化细菌代谢活动.脱氮和捕氧实验初期,该材料体系以Fe0化学脱氮为主,并降低水体DO,有利于反硝化进行;随后,生物反硝化占主导地位,材料脱氮率与其Fe0含量相关性变小,体系形成物化-生境协同脱氮途径.     

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为反硝化固体碳源的脱氮特性研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为固体碳源和生物膜载体,研究其脱氮性能以及添加惰性载体砾石对反应性能的影响.结果表明,PBS可作为反硝化固体碳源去除低C/N水体中的硝酸盐氮,但是所需的启动时间较长,为33 d左右.反硝化过程不会造成亚硝酸盐氮积累,但是会产生低于0.8 mg·L-1的氨氮.在PBS为碳源的反硝化体系中添加惰性载体来增加生物膜量,可以提高反硝化速率,PBS、PBS+30 g砾石、PBS+60 g砾石、PBS+90 g砾石4个体系的反硝化速率分别为5.33、7.04、10.05和6.93mg·(L·h)-1,反应均为零级反应.反硝化反应过程中(0~9 h),溶解性有机碳(DOC)先升高后降低,反应结束时(24 h),添加惰性载体砾石60 g和90 g体系的DOC分别为16.34 mg·L-1和19.22 mg·L-1,高于未添加砾石体系的13.48 mg·L-1.4个反硝化体系的pH值均低于初始值,是固体碳源降解过程中产生的酸性物质与反硝化产生的碱度综合作用的结果.     

降雨条件下岩溶地下水微量元素变化特征及其环境意义

对降雨期间青木关岩溶地下河水的化学特征进行连续监测,获取了Ba、Sr、Fe、Mn、Al这5种微量元素及其他常量元素质量浓度的高分辨率数据.运用相关性分析和浓度变化曲线分析微量元素来源及其迁移路径,并结合流域地质背景探讨地下河微量元素变化特征的形成过程.研究发现,Ba和Sr元素为碳酸盐岩溶解的产物,储存于岩石裂隙、孔隙等介质中,经扩散作用进入地下河,质量浓度变化较小;而Fe、Mn、Al均来源于土壤,其中Fe、Al元素主要通过落水洞直接进入地下河,而Mn则通过土壤-岩石多孔介质补给地下河,三者浓度变化很大,对降雨响应强烈.结果表明,5种微量元素质量浓度均低于1 mg·L-1,Fe、Mn、Al元素最高质量浓度均超过饮用水限值.地下河Al、Fe元素质量浓度变化在一定程度上指示着水土流失和水质变化状况,因此有必要加强落水洞附近的环境保护和治理,从源头控制污染源.     

聚乳酸/淀粉固体缓释碳源生物反硝化研究

以被硝酸盐氮污染的地下水为研究对象,利用共混/熔融聚合技术将聚乳酸和淀粉混合,制备成兼具碳源和生物载体的缓释碳.并考察不同质量比(聚乳酸∶淀粉为8∶2、7∶3、6∶4、5∶5)的缓释碳在反硝化间歇试验中硝氮、亚硝氮和COD的去除效果,结果表明,当聚乳酸/淀粉质量比为5∶5的缓释碳,其反硝化效果最佳,硝氮去除率达99%;以该比例的缓释碳进行反硝化填充柱连续动态试验时,反应器中反硝化效果显著,出水硝氮浓度在2 mg·L-1以下,为开发环境友好的可控性缓释碳源提供了科学依据.     

有机碳源作用下厌氧氨氧化系统的脱氮效能

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究不同有机碳源及浓度变化对厌氧氨氧化菌活性与反应器脱氮性能的影响.实验结果表明,当葡萄糖浓度为200 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化活性下降84.2%;当乙酸钠浓度低于120 mg·L~(-1)时不但不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,还在一定程度上促进了厌氧氨氧化反应的进行;蔗糖对厌氧氨氧化的促进作用与乙酸钠类似,当浓度为80mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率提高了25.0%;柠檬酸三钠对厌氧氨氧化反应几乎没有影响,当有机物浓度为80 mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率达到最大.有机碳源对厌氧氨氧化的促进作用由大到小为:蔗糖乙酸钠柠檬酸三钠葡萄糖.有机碳源作用下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的硝态氮,提高了系统总氮的去除率.     

3种生物滞留设计对城市地表径流溶解性氮的去除作用

城市地表径流溶解性氮(N)的有效控制具有挑战性.2015构建了3种不同设计的生物滞留设施:壤砂种植紫穗狼尾草(CB)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带(MB1)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带并添加10%木块(MB2).在模拟城市地表径流水文、水质变化条件下,研究3种生物滞留种植植物、设置饱和带以及添加碳源对城市地表径流溶解性N(NH_4~+-N、NO_3~--N)的去除作用.通过为期1年试验监测表明,在进水NH_4~+-N浓度平均值为(5.45±2.21)mg·L-1情况下,3种生物滞留对NH_4~+-N均具有显著的去除作用(去除率95%).基质吸附、硝化与植物吸收是生物滞留有效去除城市地表径流NH_4~+-N的主要途径.在进水NO_3~--N平均值为(5.88±2.32)mg·L-1情况下,CB、MB1和MB2出水NO_3~--N浓度的平均值分别为(4.04±2.64)、(0.84±1.18)和(0.26±0.48)mg·L-1,相应去除率分别为31.3%、85.7%和95.6%.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带以及添加碳源均可显著降低出水NO_3~--N浓度,减少NO_3~--N淋溶输出,提高NO_3~--N去除率.植物吸收和微生物反硝化是生物滞留去除NO_3~--N的主要途径.进水NO_3~--N浓度、水量、间隔天数是影响生物滞留出水NO_3~--N浓度的主要因素.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带并添加碳源,在水文、水质变化情况下,仍可有效去除城市地表径流溶解性N.     

沙颍河流域典型癌病高发区土壤硝态氮对地下水和蔬菜硝酸盐积累的影响

在作物生长期、收获期和收获后采集土壤、地下水和蔬菜样品,探讨癌病高发区土壤硝态氮对地下水和蔬菜硝酸盐积累的影响,以及由此引发的健康风险.结果表明,氮肥施用和灌溉是造成沿岸土壤、地下水和蔬菜硝酸盐积累的主要原因.受到河流氮污染影响,灌溉用水中氨氮和硝态氮经过灌溉-蒸发和淋溶过程的反复交替,向土壤和地下水迁移,引起土壤、地下水和蔬菜硝酸盐的积累.紧邻沙颍河的癌病高发村庄,土壤、地下水以及蔬菜硝态氮积累均明显高于全区平均水平.土壤在作物生长期和收获后分别达到149.01 mg·kg-1和31.70 mg·kg-1,其中多年菜地土壤硝态氮积累最为突出,分别达到276.44和68.26 mg·kg-1.作物生长期地下水硝态氮平均含量达38.32 mg·L-1,超标近3倍,叶菜类蔬菜硝酸盐平均含量高达3269.04 mg·kg-1,超出允许含量1倍以上.癌病高发村庄居民存在突出的饮水和蔬菜硝酸盐暴露健康风险.     

阴离子交换树脂生物再生去除硝酸盐氮

阴离子交换树脂可高效去除水体中的硝酸盐,但盐水再生所产生的脱附液处理难度大.生物再生可通过反硝化作用降解吸附于树脂上硝酸盐氮,减少盐的使用,降低处理成本.本文在考察不同碳源(葡萄糖、乙酸钠、乳酸钠、甲醇)对生物再生影响的基础上,利用反硝化细菌对吸附有硝酸盐氮的阴离子交换树脂进行了生物再生研究,考察了微生物浓度和共存Na Cl对生物再生的影响.结果表明,生物再生过程由离子交换脱附过程和反硝化过程构成,整体受反硝化过程限制.微生物浓度的升高可显著降低生物再生所需时间,当微生物接种量高于0.6 g·L-1时,树脂上的硝酸盐可以在10 h内完全降解.再生体系中Na Cl可促进硝酸根的离子交换脱附,造成初始阶段溶液中硝酸盐浓度的快速升高,但生物再生仍受反硝化过程控制.当Na Cl浓度高于20 g·L-1时,反硝化生物活性被抑制,生物再生时间显著增加.而吸附生物再生多批次实验表明,生物再生后的树脂吸附量稳定于30~35 mg·g~(-1).