苯及其一取代化合物对底泥氨氧化活性联合抑制作用

为研究复合苯系污染物对氮循环中硝化过程的影响,采用摇瓶实验研究了苯及其3种一取代化合物(苯酚、苯胺和硝基苯)对底泥氨氧化活性的联合抑制作用. 结果表明,苯、苯胺、苯酚以及硝基苯进行两者及多者之间等毒性混合的11组混合物,对底泥氨氧化活性的联合抑制作用中,有7组表现为加和作用,3组表现为协同作用,只有苯和苯酚的混合物表现为拮抗作用. 含有硝基苯的混合物对底泥氨氧化活性的抑制作用一般表现为加和作用.苯及其一取代化合物的混合物对底泥氨氧化活性半数抑制浓度(IC₅₀,μmol·L^-1)与这种混合物中取代基的电负性ME有相关关系:lg IC₅₀=2.197-0.236ME,随取代基电负性的增加,混合物对底泥氨氧化活性的联合抑制作用逐渐增强.     

用TTC与INT-电子传递体系活性表征重金属对污泥活性的影响

研究了不同浓度的Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和Ag⁺对污泥TTC和INT 电子传递体系活性产生的影响 ,比较了这 2个参数在表征污泥活性受重金属抑制时的灵敏性 .结果表明 ,各种重金属抑制污泥TTC 电子传递体系活性的IC₅₀小于抑制INT 电子传递体系活性的IC₅₀,TTC 电子传递体系活性反映重金属毒性作用的灵敏性大于INT 电子传递体系活性 .实验的重金属离子呈现出不同的毒性作用 ,以TTC 电子传递体系活性为评价参数 ,毒性顺序为 :Hg²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺>Ag⁺>Zn²⁺>Ni²⁺>Pb²⁺,以INT 电子传递体系活性为评价参数 ,毒性顺序为 :Hg²⁺>Ag⁺>Cu²⁺>Cd²⁺>Zn²⁺>Ni²⁺>Pb²⁺.     

温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响

污水生物脱氮工艺中通常会释放温室气体N₂O,厌氧氨氧化工艺作为新型生物脱氮工艺,其N₂O的释放规律及机制值得深入研究.本文利用厌氧氨氧化序批试验,研究了不同温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N₂O释放的影响,并探讨了N₂O释放的微生物机制.结果表明,厌氧氨氧化工艺中进水基质浓度的增加会促进N₂O释放,在35℃条件下,当进水亚硝氮从40 mg ·L^-1增加至60 mg ·L^-1和120 mg ·L^-1时,N₂O最高积累浓度从0.5 mg ·L^-1增加至1.5 mg ·L^-1和2.4 mg ·L^-1,分别占总氮去除量的0.85%、1.43%和1.11%.温度降低对厌氧氨氧化活性抑制作用明显,15℃下的比厌氧氨氧化活性仅为30℃时的6%.温度降低导致厌氧氨氧化工艺中N₂O的释放减少,温度降低时反硝化速率的降低是导致N₂O产生速率降低、N₂O积累减少的主要原因.厌氧氨氧化工艺微生物群落中存在丰富的异养反硝化菌,工艺中N₂O积累主要是反硝化菌产生和消耗N₂O的结果.     

BPA与3种双酚类化合物的联合作用雌激素效应

环境内分泌干扰物的联合作用已经是目前研究的重点.采用重组基因酵母检测法,分别测定了双酚A (BPA)、双酚AF(BPAF)、双酚AP(BPAP)、双酚F(BPF)4种双酚化合物的雌激素活性,并依据其测定结果,按照等效浓度比,设计了浓度比分别为EC₁₀和EC₅₀的6种二元混合物并测定了其雌激素活性.结果表明,这4种化合物的剂量-效应关系都可以用Weibull函数有效描述,BPA、BPAF、BPAP、BPF的EC₅₀值分别为：6.81×10^-6、7.44×10^-7、1.43×10^-5、7.52×10^-6 mol·L^-1,其雌激素活性大小顺序为：BPAF>BPA>BPF>BPAP.依据不同的联合作用判断方法对这4种化合物的联合效应进行判断,结果表明,相同化合物的不同混合比例可能对联合作用方式产生影响,采用DA和IA预测模型可以更加直观、方便地判断联合作用的类型,而且可以反映出不同混合比例对联合作用的影响.     

氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO₂型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率［q_NO2,max=0.144　mg·(mg·h)^-1］、二氧化氮半饱和常数(k_NO2=0.821 μmol·L^-1）和二氧化氮抑制性常数（k_i=1.721 μmol·L^-1）.在微量NO₂气体中添加2% O₂氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2% O₂和50×10^-6 NO₂的条件下,达到0.198 　mg·(mg·h)^-1.在21%　O₂和微量NO₂条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21%　O₂和100×10^-6　NO₂时氨氧化速率达到0.477 　mg·(mg·h)^-1,比无NO₂空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO₂表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O₂和微量NO₂混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%　O₂和微量NO₂条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO₂强化氨氧化的机理.     

覆盖条件下底泥微环境对内源磷释放的影响

底泥微环境对内源磷释放有重要的影响.本研究对比了2种不同的原位覆盖材料对底泥微环境的影响以及内源磷释放的控制效果,沉积物微环境以间隙水中NH₄⁺-N、Fe²⁺浓度和微生物活性来表示.结果表明,CaO₂改性材料（ACPM）覆盖条件下较锁磷剂（Phoslock^®）组NH₄⁺-N和Fe²⁺浓度均处于较低状态,微生物活性值FDA增加了42.57%,说明其微生物活性较高,也显示了ACPM覆盖下其氧化还原电位高于Phoslock^®,且底泥微环境处于好氧状态.与Phoslock^®组相比,ACPM组上覆水和间隙水中DIP浓度均较高,表明Phoslock^®对磷酸盐的吸附能力优于ACPM,也暗示了底泥微环境并不是磷吸附的唯一衡量标准.在内源磷固定过程中,2种覆盖材料均有利于内源磷的固定,Ca-P均显著增加.然而,具有氧化性的ACPM导致NH₄Cl-P增加,Fe/Al-P大量减少,促进了活性磷的释放,使得底泥中的磷向覆盖层迁移,有利于清洁底泥.     

苯系化合物在硝酸盐还原条件下的生物降解性能

运用驯化的反硝化混合菌群进行了苯系化合物(BTEX)的厌氧降解试验.结果表明,混合菌群能够在反硝化条件下有效降解苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯.BTEX的降解规律符合底物抑制的Monod模型,当初始浓度小于50mg·L^-1时,6种受试基质的厌氧降解速率顺序为:甲苯>乙苯>间二甲苯>邻二甲苯>对二甲苯>苯.整个试验过程中NO₃^-的消耗与苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯及对二甲苯生物降解之间的摩尔比分别为:9.47,9.26,1     

限NH4+和限NO2-厌氧氨氧化系统的运行特性及微生物种群特征

在控制进水TN浓度<50 mg·L^-1、水力停留时间为2.0 h和水温为20℃条件下,采用连续流完全混合式反应器对比研究了限NH₄⁺和限NO₂^-厌氧氨氧化系统的脱氮效能及微生物种群特征.结果表明,尽管两厌氧氨氧化反应器维持了类似的TN去除负荷［0.45~0.5 kg·（m³·d）^-1］和TN去除率（70%左右）,但限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器中ΔNO₃^-/ΔNH₄⁺呈现更快的上升趋势.批式试验及高通量测序结果表明,限NH₄⁺厌氧氨氧化反应器比限NO₂^-反应器具有更为显著的功能及微生物种群空间异质性.Candidatus_Brocadia是两反应器中的优势厌氧氨氧化菌属,限NH₄⁺条件下Candidatus_Brocadia在大粒径颗粒污泥中的富集水平（53.9%）显著高于絮体污泥（19.1%）;而在限NO₂^-条件下颗粒污泥与絮体污泥中Candidatus_Brocadia的相对丰度差别不大,分别为28.1%和21.3%.两反应器中均有Nitrospira存在且主要生存于絮体污泥中,对O₂的需求应是驱动Nitrospira于絮体污泥中生长的关键因素;此外,限NH₄⁺（即NO₂^-富余）环境可以促进Nitrospira的生长繁殖.综上,提出了基于选择性排泥的限NH₄⁺厌氧氨氧化系统优化运行策略.     

底泥不同预处理对潜在活性磷形成及释放的抑制作用

以校园河流底泥为材料,研究了不同预处理(底泥曝气、水曝气)对底泥中潜在活性磷的形成及释放的抑制作用.结果表明,底泥曝气对上覆水中的磷向底泥迁移的促进作用明显优于水曝气.底泥经不同预处理后,磷的释放量明显降低.与未处理底泥相比,经底泥曝气和水曝气预处理底泥,溶解性磷酸盐释放量分别下降了193.6 mg·kg^-1和44.7 mg·kg^-1,总磷释放量分别下降了334.0 mg·kg^-1和163.8 mg·kg^-1;而对于潜在活性磷而言,前者降低了58.6 mg·kg^-1,后者则增加了167.4 mg·kg^-1.其原因可能是,上覆水中的磷向底泥迁移时,首先形成潜在活性磷,而通过不同的预处理,潜在活性磷向难释放态磷的转化得到了强化.底泥曝气的这种强化作用比水曝气更为明显.     

重金属对厌氧污泥电子传递体系活性影响研究

以2-氯酚（2-CP）厌氧降解污泥电子传递体系(ETS)活性为考察对象,研究了3种典型重金属元素Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺对ETS活性的影响,并比较了驯化过程对提高厌氧微生物抗重金属毒性的作用.重金属离子对厌氧污泥呼吸活性的抑制作用发生很快,在0.25 h内就已表现出来,并随金属浓度的增加而加剧.驯化前,3种金属的作用均表现为抑制,抑制作用的强弱顺序为Ni²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺,抑制强度与金属离子在水溶液中的含量成正相关关系.采用低浓度金属离子驯化的方法可以有效改善重金属毒性.驯化后,Cu²⁺毒性的降幅约为10%,Cd²⁺毒性的最大降幅超过40%,Ni²⁺对污泥ETS活性的作用则基本表现为促进,最佳促进浓度约为70　mg/L.Ni²⁺对ETS活性的特殊激活作用可能与其能形成正四面体结构的络合物有关.驯化作用对改善金属毒性的效果：Ni²⁺>Cd²⁺> Cu²⁺.     

底泥硝化菌群用于生物毒性测试的初步研究

研究了铜离子对底泥和活性污泥硝化活性的抑制作用的差异.结果表明,与活性污泥相比,底泥中的硝化菌对铜离子的敏感性较高,底泥的铜离子半数抑制率IC₅₀为12.43 μmol/L,活性污泥的IC₅₀为46.90 μmol/L.这初步表明用污染物对底泥硝化活性的抑制程度评价污染物的生物毒性是可行的.      

Effect of substrate COD/N ratio on performance and microbial community structure of a membrane aerated biofilm reactor

Two parallel carbon-membrane aerated biofilm reactors were operated at well-defined conditions to investigate the e ect of substrate COD/N ratios on the performance and microbial community structure of the bioreactor. Results showed that at substrate COD/N of 5, organic and nitrogen could be eliminated simultaneously, and COD removal degree, nitrification and denitrification e ciency reached 85%, 93% and 92%, respectively. With increasing substrate COD/N ratios, the specific oxygen utilization rates of nitrifying bacteria in biofilm were found to decrease, indicating that nitrifying population became less dominant. At substrate COD/N ratio of 6, excessive heterotrophs inhibited the activity of nitrifying bacteria greatly and thus led to poor nitrification process. With the help of fluorescence in situ hybridization (FISH), Nitrosomonas and Nitrosospira were identified as dominant ammonia-oxidizing bacteria in the biofilm at substrate COD/N of 0, whereas only Nitrosospira were detected in the biofilm at COD/N ratio of 5. Nitrospira were present as dominant nitrite-oxidizing bacteria in our study. Confocal laser scanning microscopy images revealed that at substrate COD/N ratio of 0 nitrifying bacteria existed throughout the biofilm and that at COD/N ratio of 5 they were mainly distributed in the inner layer of biofilm.     

铜离子的持续负荷对活性污泥生物硝化活性的影响

重金属对生物硝化的抑制是困扰很多污水处理厂脱氮效果的难题.本文采用间歇式活性污泥反应器(SBR),研究了模拟废水中不同浓度的Cu2+持续抑制及负荷停止后硝化效率、硝化细菌活性和Cu分布的变化.结果表明,硝化活性易受Cu2+的影响,抑制程度随着Cu2+浓度的增大和施加持续Cu2+负荷的运行周期的延长而提高,当活性污泥内、外吸附Cu的总量达(14.0±1.0)mg·g-1(以MLSS计)时,氨氮去除率降至26.5%±4.0%.Cu2+对氨氧化细菌(AOB)的抑制作用大于亚硝酸盐氧化细菌(NOB).在Cu2+负荷为10和20 mg·L-1的体系中,NOB可以全部或部分被驯化而适应含铜废水.恢复阶段,AOB和NOB的活性完全或部分恢复,恢复速率和程度随抑制期Cu2+投加浓度的增加而降低.反应体系内Cu主要分布在细胞内部和表面,且不易解析,硝化抑制率与溶解的Cu2+浓度呈负相关性.     

游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响

为考察游离氨(FA)对硝化菌(氨氧化菌AOB和亚硝酸盐氧化菌NOB)活性的抑制影响,采用SBR反应器,基于FA与过程控制协同作用在实现短程硝化的基础上,考察了不同FA浓度(1.0,5.3,16.6,13.4,9.9,5.2,1.0mg/L)梯度下,FA对AOB和NOB活性的抑制作用及可逆性.结果表明,当FA浓度达到13.4mg/L时,系统内亚硝态氮积累率(NiAR)逐渐增加,硝态氮积累率(NaAR)逐渐减小,且NiAR/ NaAR>1时,系统实现了稳定短程硝化.在此FA浓度条件下,FA对AOB和NOB活性均产生一定的抑制作用,但相对于AOB,NOB对FA的抑制作用更加敏感.当AOB活性被短暂抑制后,其活性又迅速恢复;而NOB活性被完全抑制.此后当FA浓度又逐渐降至1.0mg/L时,AOB活性始终维持较高水平,而NOB活性尚未恢复.也即是说,在本试验控制的FA浓度条件下,FA对AOB活性的抑制作用是可逆的,而对NOB活性的抑制作用不可逆.     

煤制气废水总酚负荷对反硝化的抑制效应研究

在高负荷酚类污染物的煤制气废水中,人们往往关注酚类对硝化菌的活性和效率抑制,对反硝化过程的抑制研究不多.为了探明煤制气废水中酚类化合物对反硝化脱氮效率和污泥活性的抑制作用,以缺氧反硝化小试系统为对象,考察了不同酚负荷对反硝化效率(NO~-_3-N和NO~-_2-N去除效率)、对污泥应激活性、降解活性和污泥毒性的影响.结果表明,当总酚浓度从50mg·L~(-1)提高到200 mg·L~(-1)时,NO~-_3-N和NO~-_2-N的去除率分别由83%和80.6%降至55%和25%,且NO~-_2-N的浓度随着NO~-_3-N浓度的降低呈现先上升后下降的趋势.在不同酚负荷的污泥驯化过程中,反硝化污泥的过氧化氢酶活性、脱氢酶活性以及污泥毒性变化趋势基本不变,但随着总酚浓度的升高,过氧化氢酶活性和污泥毒性会上升,脱氢酶活性会下降.     

利用分子生物等技术确定活性污泥硝化细菌的衰减特征

通过常规耗氧速率（OUR）测定方法、荧光原位杂交技术（FISH）和LIVE/DEAD细胞活性实验,分别研究了序批式反应器（SBR）硝化系统和生物营养物去除（BNR）系统中硝化细菌的好氧衰减特征.实验结果表明,SBR硝化系统中硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减分别占细胞总衰减的33%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）;相应地,由活性降低引起的衰减分别占细胞总衰减的67%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）.长SRT可能会选择出能够更好地适应饥饿状态的硝化菌种,使细菌能够迅速地做出紧迫反应,从而降低其衰减速率.在BNR系统中（SRT=15 d）,硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减约占细胞总衰减的45%,由活性降低引起的衰减约占细胞总衰减的55%.两种系统中硝化细菌由细胞死亡引起的衰减比例不同是由于两种系统中不同微生物组成所致.     

纳米银和银离子对土壤中硝化微生物及其氨氧化速率的影响

为研究纳米银对土壤硝化微生物及其氮转化的影响,采用土壤培养方式,对不同剂量纳米银(10、50、100 mg·kg~(-1))和银离子(1、5、10 mg·kg~(-1))暴露下黄棕壤和水稻土硝化细菌数量、土壤酶活性、amoA基因丰度、NH_4~+-N与NO_3~--N含量变化以及土壤潜在氨氧化速率进行研究.结果表明,纳米银和银离子暴露后,2种土壤亚硝酸细菌和硝酸细菌数量显著减少;土壤酶活性受到抑制,对脲酶的影响大于过氧化氢酶;土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因丰度均降低,对AOB基因丰度的影响大于AOA.在2种土壤中外源添加(NH_4)_2SO_4时,随着纳米银和银离子暴露剂量增加,土壤NH_4~+-N含量累积,NO_3~--N含量减少,氨氧化速率降低,铵态氮向硝态氮的转化受阻.综上所述,纳米银和银离子对土壤硝化微生物产生毒害作用并影响铵态氮转化,且影响程度与土壤理化性质有关.     

长期施肥酸性旱地土壤硝化活性及自养硝化微生物特征

构建微域培养结合梯度凝胶电泳(DGGE)、Illumina MiSeq高通量测序、生物信息学分析等分子生态学技术,以不施肥土壤为对照(CK),研究长期施化肥(NPK)和有机肥(OM)对酸性旱地土壤硝化活性及自养硝化微生物群落的影响,并认知其与土壤理化因子间的关系.结果表明,施化肥和有机肥显著提高土壤有机碳和无机氮含量,施有机肥提高土壤pH和总氮含量、降低C/N;供试土壤自养硝化作用占据主导(73.60%~85.32%),施肥显著提升土壤自养硝化活性,且施有机肥提升效果更为明显;微域培养后,OM土壤氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)amoA基因绝对丰度及16S rRNA基因相对丰度显著上升,而CK和NPK土壤仅AOA相对丰度显著上升,即3种土壤AOA均有明显活性(主要类群为Nitrososphaera,99.30%),而AOB仅在OM土壤有活性(主要类群为Nitrosospira,99.99%),另外还发现OM土壤中亚硝酸盐氧化细菌(NOB)有较强活性(主要类群为Nitrospira,96.69%);逐步回归分析显示自养硝化活性显著受总氮含量影响,AOA和AOB amoA基因丰度分别受有机碳含量和pH影响,Nitrososphaera相对丰度与NO_3~--N含量显著正相关,而Nitrosospira和Nitrospira相对丰度则与C/N显著负相关.可见,长期施肥后土壤总氮含量的提升显著刺激自养硝化活性;以Nitrososphaera为主的AOA在酸性旱地土壤硝化作用中发挥了重要作用,施有机肥土壤pH上升及C/N下降刺激了Nitrosospira(AOB)生长,从而改变了酸性旱地土壤中活跃的自养硝化微生物类群.     

ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器（MBR）研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌（AerAOB）和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,然后添加有机物（乙酸钠）逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间（HRT）提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/（h·gVSS）提高到了8.1mgN/（h·gVSS）;当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4：10（min：min）时,AerAOB和AnAOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%,NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4：15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了AerAOB、AnAOB和反硝化细菌（DNB）协同脱氮的目的.     

INT-ETS活性及AUR和SOUR表征污泥活性的比较

为探索快速评价重金属对污泥活性抑制情况的方法,通过投加不同体积的重金属溶液进行活性污泥培养试验,研究Cd2+、Zn2+和Cr6+对活性污泥降解NH₄+-N和COD_Cr的影响,并分别采用INT-ETS(碘硝基四氮唑脱氢酶)活性、AUR(氨摄取速率)和SOUR(比耗氧速率)3个指标分析污泥活性受重金属抑制的情况. 结果表明:重金属对活性污泥去除NH₄+-N的抑制作用比去除有机物的抑制作用更加显著,说明硝化细菌比异养菌对重金属的毒害作用更为敏感,并且NH₄+-N去除率比COD_Cr去除率更能反映出重金属对污泥活性的影响. 通过NH₄+-N去除率的抑制情况对比发现,AUR是最能有效地用于表征重金属对微生物活性毒害作用的指标. 对于Cd2+,INT-ETS活性的EC₅₀最小,为19.164 mg/L,灵敏度最高,是表征Cd2+抑制污泥活性的最佳指标;对于Zn2+和Cr6+,AUR的EC₅₀最小,分别为40.691和27.117 mg/L,灵敏度最高,是表征Zn2+和Cr6+抑制污泥活性的最佳指标. 由3种重金属的EC₅₀可以判断其毒性大小为Cd2+>Cr6+>Zn6+.