伊乐藻-高效脱氮微生物协同作用对污染水体氮素脱除机制的影响

在入贡湖河道亲水河采集上覆水、伊乐藻及底泥柱芯样品进行室内实验,探究伊乐藻与固定化高效脱氮微生物协同作用下脱除铵态氮的机制,以及对污染水体的生态修复效果.运用~(15)N同位素配对技术及高通量测序技术,研究了4个不同处理组中NH_4~+的转化机制,其中,处理组A:裸泥组,处理组B:固定化高效脱氮微生物,处理组C:伊乐藻,处理组D:固定化高效脱氮微生物+伊乐藻.结果表明,氮素脱除主要有底泥存储、伊乐藻吸收及微生物过程(反硝化和厌氧氨氧化)这3种途径.在添加沉水植物伊乐藻的处理组C和D中,伊乐藻对~(15)NH_4~+吸收率分别为25.44%和19.79%.不同处理组中底泥对~(15)NH_4~+存储率分别为7.94%、5.52%、6.47%和4.86%,微生物过程以气体形式释放的~(15)NH_4~+分别为16.06%、28.86%、16.93%和33.09%.反硝化和厌氧氨氧化是产生含氮素气体的主要过程,对于处理组D,脱氮微生物丰度和多样性均得到不同程度的提升.4个不同处理组对~(15)NH_4~+的总去除率分别为24%、34.38%、48.84%和57.74%,伊乐藻与高效脱氮微生物联用技术(EINCB)的应用,可以提高水体氮素的脱除速率,促进污染水体的净化.     

不同TOC/NH4+-N对厌氧氨氧化脱氮效能的影响

采用SBR厌氧氨氧化反应器,研究了不同TOC与NH_4~+-N比值对厌氧氨氧化反应器的脱氮效能的长短期影响.结果表明,在有机物短期影响时,反应器所能承受的最大TOC/NH_4~+-N为1.4,总氮去除速率可达0.26 kg·(m~3·d)~(-1).长期影响下,在TOC/NH_4~+-N小于0.4时,反应器可获得最高脱氮效能,总氮去除率为0.34 kg·(m~3·d)~(-1),TOC/NH_4~+-N大于0.4后,反应器脱氮效能持续降低,并且短期内厌氧氨氧化菌难以迅速恢复活性.利用q PCR(定量PCR)技术对长期影响前后反应器内菌种群落变化做定量分析,结果表明随着有机物的增加,反应器中的ANAMMOX菌数量从2.9×10~(11)copies·mL~(-1)减少至3.15×10~(10)copies·mL~(-1),在TOC/NH_4~+-N大于1.6的环境中,NH_4~+-N未能由厌氧氨氧化菌去除,厌氧氨氧化菌不能表现出生物活性.此时测得反硝化菌数量为3.0×10~9copies·mL~(-1),反应器中的NO_2~--N绝大部分由反硝化去除,虽然反硝化菌数量远少于ANAMMOX菌,但能表现出远超ANAMMOX菌的活性.     

序批式生物反应器填埋场脱氮微生物多样性分析

为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).     

HCO3-对部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺脱氮效能的影响

利用已经启动并达到稳定运行的部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺,研究了HCO-3对部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺脱氮效能的影响.结果表明,当C/N比由2降低到0.17时,因HCO-3投加量的限制,亚硝化区和厌氧氨氧化区p H值大幅下降,从而导致各区域氮素转化效能受限.联合工艺的氮去除速率由1.3 kg·(m3·d)-1下降到0.40 kg·(m3·d)-1,下降幅度达到69.3%.在联合脱氮工艺运行过程中,降低HCO-3对亚硝化菌、厌氧氨氧化菌和硝化细菌活性的影响依次下降.当C/N比恢复到1时,联合工艺的脱氮效能很快恢复到1 kg·(m3·d)-1,说明短期内HCO-3限制对联合工艺氮素转化效能的影响能够快速恢复.通过拟合后发现,进水C/N比值与联合工艺脱氮效能存在明显的相关性.     

城市生活污水SNAD生物膜脱氮特性

通过批试实验研究了同步亚硝化、厌氧氨氧化和反硝化(SNAD)生物膜的脱氮性能.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化和反硝化活性.厌氧氨氧化NH_4~+-N、NCV-N和总无机氮(TIN)去除速率分别为0.121,0.180,0.267kgN/(kgVSS·d);反硝化和亚硝态氮氧化活性分别为0.211,0.053kg NO_2~--N/(kg VSS·d).SNAD生物膜厌氧氨氧化适宜的pH值范围为5~9,生物膜有助于缓解pH值对厌氧氨氧化菌的抑制作用.SNAD生物膜对NO_2~--N和FNA的抑制作用表现出良好的耐受能力.当NO_2~--N浓度分别为100,150mg/L时,对应的FNA浓度分别为70,100ng/L,厌氧氨氧化NH_4~+-N去除速率分别为0.087,0.029kg N/(kg VSS·d).扫描电镜显示,在SNAD生物膜表面主要是一些短杆菌.在SNAD生物膜内部主要为火山口状细菌,应为厌氧氨氧化菌.     

伊乐藻-氮循环菌联用对太湖梅梁湾水体脱氮的研究

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加伊乐藻、固定化氮循环菌,模拟生态修复并探讨其机制.采用同位素配对技术测定了伊乐藻-氮循环菌技术对反硝化速率的影响.结果表明,伊乐藻与氮循环菌联合作用的试验柱的反硝化速率(以N计)最高,为104.64μmol·(m2·h)-1,与裸泥试验柱相比增加了150%.采用实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)对沉积物中反硝化菌功能基因nirS、nirK和nosZ进行定量研究,结果显示,反硝化菌的功能基因nirS和nosZ比对照裸泥组高出1～2个数量级,表明较高的微生物量促进了反硝化脱氮的能力.室内模拟实验还表明,沉水植物提高了耦合硝化反硝化的作用,氮循环菌提高了非耦合硝化反硝化的作用,沉水植物与微生物的联合作用提高了沉积物的总反硝化速率,促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.     

固定化微生物脱氮

应用固定化微生物技术开展单级生物脱氮的研究。结果表明，固定化硝化与反硝化混合污泥可以实现单级生物脱氮，效果好于未固定化污泥，氨氧化速率和总无机氮的脱中分别提高到未固定化污泥的１．７倍和１３．４倍。结果还表明光硬化树脂也是一种较好的固定化介质。     

HRT对厌氧氨氧化协同异养反硝化脱氮的影响

采用SBR处理实际生活污水,在实现半亚硝化时,出水NH_4~+-N、NO-2-N及COD平均浓度分别为37.27、39.97和120mg·L~(-1),将其作为厌氧氨氧化反应器(ASBR)的进水.控制温度为24℃,pH为7.2±0.2,考察HRT分别为36、33、30和27h时对厌氧氨氧化协同异养反硝化脱氮的影响.结果表明:(1)HRT为33 h时系统脱氮效能最佳,总氮容积负荷(TNLR)和总氮去除负荷(TNRR)平均值分别为0.056 kg·(m3·d)~(-1)和0.050 kg·(m3·d)~(-1);NH_4~+-N、NO-2-N和COD平均出水浓度分别为1.36、0.47和49.79 mg·L~(-1),三者去除率分别为96.30%、98.83%和56.17%;ΔNO-2-N/ΔNH_4~+-N和ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N分别为1.17和0.15,比厌氧氨氧化反应的理论值(1.32,0.26)小0.15和0.11,造成此偏差的原因是由于系统中存在异养反硝化.(2)随着HRT的逐渐减小,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率逐渐减小,异养反硝化对脱氮的贡献率逐渐增加.本研究结果可为厌氧氨氧化技术在实际工程中的应用提供参考.     

基质比对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮除碳的影响

采用SBR处理实际生活污水,在实现半亚硝化时,其出水加入定量的Na NO_2作为厌氧氨氧化过程厌氧序批式反应器(ASBR)的进水.在温度为24℃、pH为7. 2±0. 2时,考察不同进水NO_2~--N/NH_4~+-N对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮除碳的影响.结果表明:(1)进水NO_2~--N/NH_4~+-N为1. 4～1. 6时系统脱氮效能最佳,NH_4~+-N、NO_2~--N和COD平均出水浓度分别为2. 14、1. 07和30. 50 mg·L~(-1),三者去除率分别为93. 62%、97. 79%和74. 75%,ΔNO_2~--N/ΔNH_4~+-N和ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N分别为1. 60和0. 17,TN的去除是异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌共同作用的结果.(2)随着进水NO_2~--N/NH_4~+-N的逐渐增大,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率逐渐减小,异养反硝化对脱氮的贡献率逐渐增加.(3)典型周期内,NH_4~+-N和NO_2~--N的降解过程均为零级反应,线性关系良好,比降解速率分别为0. 404 mg·(g·h)~(-1)和0. 599 mg·(g·h)~(-1),两者的比降解速率之比为1. 48,COD的比降解速率呈现逐渐增大的趋势.     

单级序批式生物膜反应器（SBBR）多途径生物脱氮研究

利用传统微生物分析技术与PCR、变性梯度凝胶电泳（DGGE）等分子生物学技术相结合的方法,对单级SBBR反应器中的主要生物脱氮途径进行分析.结果表明,亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化途径是主要的脱氮途径,通过该途径去除的NH⁺₄-N占总去除量的65%以上;另外2条途径则分别是亚硝化-反硝化途径以及全程硝化-反硝化途径.所有途径都采取同步和分步2种方式完成,同步方式以曝气阶段的氮素亏损形式予以表现.分步方式则依靠各种脱氮微生物在曝气阶段和厌氧阶段不同的活性程度完成,亚硝酸细菌是曝气阶段的主要活性菌种,完成NH⁺₄-N向NO^-₂-N的转化,而厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌则在厌氧阶段成为优势菌种,完成完整的生物脱氮过程.     

污水氮浓度和NH4+/NO3-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响

采用溶液培养法,设置3个氮浓度20、100、200 mg·L-1和3个NH_4~+/NO_3~-比1∶0、0.5∶0.5、0∶1,研究污水氮浓度和NH_4~+/NO_3~-比对粉绿狐尾藻去氮能力和植物体氮组分的影响.结果表明,粉绿狐尾藻的生物量在第1周增长最快,其中氮浓度20 mg·L-1、100 mg·L-1时,生物量以NH_4~+/NO_3~-=1∶0处理最大;氮浓度200 mg·L-1时,以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5处理最大.粉绿狐尾藻在第1周对总氮、铵态氮和硝态氮去除速率最高,且随氮浓度升高而增加;氮浓度20 mg·L-1时,铵态氮和硝态氮的去除率无显著差异,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时硝态氮的去除率高于铵态氮.粉绿狐尾藻氮积累量及对水体和底泥氮去除的贡献率均随氮浓度升高而增加,其氮含量和积累量均以第1周增长最快,氮浓度20 mg·L-1时氮积累贡献率以NH_4~+/NO_3~-=0∶1最大,氮浓度100 mg·L-1、200 mg·L-1时以NH_4~+/NO_3~-=0.5∶0.5最大.粉绿狐尾藻体内蛋白质、氨基态氮和硝态氮的含量均随氮浓度的升高而增加,且蛋白质氨基态氮硝态氮;NH_4~+/NO_3~-为1∶0和0.5∶0.5时蛋白质含量较高,NH_4~+/NO_3~-=1∶0时氨基态氮含量最高,NH_4~+/NO_3~-=0∶1时硝态氮含量最高.由此说明,在试验范围内,粉绿狐尾藻的去氮能力随污水氮浓度升高而提高,可以用于高氮浓度污水修复;粉绿狐尾藻喜铵态氮,但在100 mg·L-1以上的高氮浓度下以硝铵等比时生长和去除氮能力最强;粉绿狐尾藻体内氮组分受硝铵比调节,蛋白氮比例最高,铵态氮和硝态氮则分别随污水NH+4和NO-3比升高而提高.     

利用莱茵衣藻去除污水中氮磷的研究

对莱茵衣藻去除废水中氮磷的性能进行了研究,考察了初始氮磷浓度、氮磷比、光照条件、pH值和细胞固定化等因素对去除效率的影响.结果表明,莱茵衣藻对氮磷的去除率在初始氮磷浓度分别在55 mg·L-1和7 mg·L-1以下时接近100%,但初始氨氮浓度进一步升高至75 mg·L-1以上时会导致氨氮去除率急剧下降至50%.当氮磷比为5∶1和10∶1时,衣藻在3 d内完全吸收水体中的氨氮,而当氮磷比为25∶1时则需要6 d;3种氮磷比下衣藻基本上4 d内能完全去除水体中的磷.2种光照条件下(L/D为24 h∶0 h和12 h∶12 h)衣藻对氮磷的去除率都能达到100%,但L/D为24 h∶0 h时的去除速率更快.衣藻去除氮磷的最适pH范围为6～7.藻细胞固定化后对氨氮的去除能力显著提高,在初始氨氮浓度为75 mg·L-1时去除率由游离细胞的50%提高到100%;对磷的去除率不变,但速率有所减慢.     

微藻无机氮利用过程中的稳定氮同位素分馏

选用两种δ15N差异显著的铵态氮和硝态氮,分别设置不同浓度的铵态氮和硝态氮来处理莱茵衣藻和蛋白核小球藻,通过分析微藻的稳定氮同位素组成变化,来研究微藻利用不同浓度、不同形态无机氮过程中的稳定氮同位素分馏特征。结果显示,在未添加无机氮的条件下,微藻利用有机氮时,生长缓慢,稳定氮同位素基本上不存在分馏;在添加低浓度无机氮(≤20 mmol/L)时,微藻的生长和稳定氮同位素分馏都随着无机氮浓度的增加而增加;而添加高浓度无机氮(20 mmol/L)时,微藻的生长趋于稳定,铵态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏继续加大,而硝态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏反而减小,可能与此时微藻硝酸还原酶的活力减小有关。     

浒苔生物炭对雨水径流中氨氮的吸附特性及吸附机制

为探究生物滞留池填料（浒苔生物炭）处理雨水径流氨氮（NH₄⁺-N）的去除效果及机制,进行室内批量吸附实验,在对浒苔生物炭进行碱改性（1、2和3 mol·L^-1 NaOH改性,分别标记为BC1、BC2和BC3）基础上,开展改性前后浒苔生物炭对NH₄⁺-N吸附性能研究.结果表明：①适宜浓度的碱改性提高了浒苔生物炭的比表面积和表面微观结构,增加了O元素含量,丰富了表面官能团,其中BC2改性效果最好.②浒苔生物炭对NH₄⁺-N的吸附在pH值9.0和生物炭投加量0.5 g·L^-1时,吸附量最大,BC1和BC2的吸附量比BC分别提高6.4%和10.8%,BC3则降低13.7%,BC2吸附效果最好,饱和吸附量达16.76mg·g^-1.③浒苔生物炭对NH₄⁺-N的吸附机制为单分子层的化学吸附,吸附过程受到生物炭的高pH值、孔隙的静电吸引以及表面羟基（-OH）、羧基（-COOH）和碳氧单键（C-O）等官能团的络合氧化等的促进作用.综上所述,适量的NaOH来改性浒苔生物炭能够提高对NH₄⁺-N的吸附效果,可作生物滞留池的填料来去除NH₄⁺-N污染.     

黄河三角洲区土壤活性氮对盐分含量的响应

土壤盐分影响氮素的循环过程,而活性氮组分的变化是表征氮素循环的重要指标.本研究以黄河三角洲地区的盐渍化土壤为对象,采用室内好气培养法,设置4个NaCl盐分梯度(S1:0.1%;S2:0.5%;S3:0.9%;S4:1.3%),同时添加不同底物(CK:不添加底物;N:添加氯化铵;C:添加葡萄糖;C+N:添加葡萄糖+氯化铵),研究土壤硝态氮(NO-3-N)、铵态氮(NH+4-N)、溶解性总氮(TSN)、微生物生物量氮(MBN)对盐分的响应.结果表明,在45 d的培养期内,CK、N处理低盐(S1、S2)土壤NO-3-N含量明显高于高盐(S3、S4),且N处理低盐与高盐的差异更明显.与CK相比,添加N明显提高低盐土壤NO-3-N含量,添加C、C+N明显降低土壤NO-3-N,且整个培养期内4个盐分无明显差异.土壤NH+4-N表现为高盐(S3、S4)明显高于低盐(S1、S2).与CK相比,N、C+N处理可明显提高高盐(S3、S4)土壤NH+4-N含量.土壤MBN表现为低盐高于高盐,N处理尽管提高了低盐土壤TSN含量,但并不能提高MBN,而C、C+N处理可明显提高MBN,且低盐土壤提高的幅度(89.9%~130.9%)明显高于高盐(36.9%~79.5%).研究表明土壤盐分影响土壤氮素的转化,高浓度的土壤盐分不利于土壤无机氮的转化及微生物对氮素的吸收,而碳源的添加可削弱盐分的影响,且提高盐碱化土壤微生物的活性,因此在盐碱化土壤中增施有机物质是提高氮素转化的有效措施.     

太原地区大气氮湿沉降变化特征

为研究太原地区的大气氮湿沉降时空变化规律,于2016年1月～2017年12月采用雨量器对太原市市中、近郊和远郊三地大气氮湿沉降进行了为期2年的监测。得到市中、近郊、远郊的NO₃^--N平均浓度为12.9、18.4、1.3 mg/L,NH₄⁺-N平均浓度分别为3.6、2.3、1.6 mg/L。季节变化上看,NH₄⁺-N浓度值四季相对平均,春夏季稍高,而NO₃^--N浓度变化较大且冬春季浓度值较高。三个采样点大气氮湿沉降量（无机氮）年均沉降量分别为40.0、48.0、14.2 kg/hm²,以近郊的沉降量最高。市中、近郊、远郊的NH₄⁺-N沉降量分别为9.0、5.0、8.2 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为22%、11%、57%,NO₃^--N沉降量分别是31.0、43.0、6.0 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为78%、89%、43%。从上可知城市降水中主要以NO₃^--N沉降为主,农村则以NH₄⁺-N沉降为主。结合市中、近郊、远郊NH₄⁺-N/NO₃^--N浓度比值分别为0.54、0.30、1.31,充分表明市中和近郊大气氮湿沉降主要来自工业和交通运输源,远郊则来自农业源。另外,市中、近郊月氮湿沉降量与降雨量差异不显著,远郊则达到极显著水平,说明影响市区两点氮湿沉降的因素较为复杂。由以上数据看出市中和近郊氮污染情况比较严重,应根据各自沉降特点予以控制。     

澜沧江水系氮磷污染及硝酸盐来源解析

有效控制氮磷输入是水质持续改善的关键因素.为识别澜沧江水系水体中氮磷浓度、氮污染物来源及其空间分布特征,在澜沧江流域开展了干流和支流水样的采集,分析流域不同区域水体氮磷浓度,并利用氮氧同位素技术结合稳定同位素SIAR模型,解析了水系不同区域氮素来源及其贡献率.结果表明：①澜沧江水系氮浓度偏低,ρ（TN）分布在0.34~4.18 mg·L^-1之间,从上游至下游有升高趋势;ρ（TP）分布在0.11~2.34 mg·L^-1之间.②澜沧江水系的δ¹⁵ N-NO₃^-和δ¹⁸ O-NO₃^-值分别分布在-5‰~5‰和-16‰~16‰之间,主要落在降雨及肥料和土壤氮范围内,主要存在硝化作用.③澜沧江干流中土壤氮和化学肥料的贡献率分别为37.67%~42.41%和34.22%~38.56%,粪便和生活污水占15.01%~20.79%,大气沉降仅占4.49%~7.32%.中游支流和下游支流中土壤氮的贡献明显高于化学肥料,土壤氮的贡献率达53.97%~61.57%,化学肥料占33.37%~38.30%,而大气沉降、粪便和生活污水的贡献率较低.研究分析了澜沧江水系上、中和下游干流和支流的氮素来源,为该区域的水质管理和污染源治理提供了依据.     

花卉废物和牛粪联合堆肥中的氮迁移

以花卉废物和牛粪为原料,进行了温度反馈的通气量控制联合堆肥中的氮迁移中试研究.采用自制的静态好氧床进行一次发酵,过程控制采用温度反馈通气量控制方法,发酵周期20d;采用周期性翻堆进行物料二次腐熟,腐熟周期40d.研究了堆肥过程中总氮、有机氮、无机氮、氨氮、硝氮等氮素形态转化随时间的变化特征及温度反馈的通气量控制对氮迁移的影响.结果表明:堆肥初期的氨化作用和反硝化作用显著,氮素总量损失累计达41.98%,其中主要是有机氮的损失,99.95%的氮损失发生在一次发酵阶段;氮素损失主要是在pH和温度较高条件下的氨气大量挥发造成的.对通风进行有效控制、提高物料C/N及添加酸性物质有望减少N损失.对于C/N较低,硝态氮含量较高的物料堆肥,NH₄⁺-N≤0.04%、NH₄/NO₃≤0.16不能作为腐熟度指标.     

NUA-DAS生态滤池脱氮效果与反硝化菌特征研究

构建小型酸中和残渣(neutralized-used acid residue,NUA)和脱水铝污泥(dewatered alum sludge,DAS)联合生态滤池,研究了NUA-DAS生态滤池的脱氮效果和反硝化菌特征.系统运行稳定后,装置总出水中COD、TN、NO_3~--N的平均去除率达到60%、70%和95%,出水中NO_3~--N的浓度范围只有0.02~0.55 mg·L~(-1).采用PCR-DGGE分子生物学技术检测系统运行30d和60d各滤料层中含3类基因(nirS、nirK和nosZ)的反硝化菌群落特征,包括丰富度及相似度.结果表明,系统运行30 d和60 d里,nirS、nirK和nosZ基因反硝化菌丰富度均有明显增加,且处在各个滤料层中的反硝化菌丰富度基本相同.NUA和DAS滤料中检测出3类基因丰富度指数大小均为nosZnirKnirS.运行时间对反硝化菌的群落结构影响并不明显,但空间位置有一定影响.反硝化菌在NUA中的适应能力优于DAS,3类基因中nirK基因对滤料环境的适应能力最强.