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。     

巢湖十五里河沉积物硝化速率的城乡梯度变化及相关性

2017年7月—2018年5月,在巢湖十五里河干流城乡梯度方向的5个采样点位,按两月一次的频率采集表层沉积物及其上覆水.在此基础上,开展沉积物硝化速率城乡梯度变化规律分析,并识别主要影响因素.结果表明:①十五里河水体氮磷污染严重,并具有氨氮浓度相对较高的污染特点;②潜在硝化速率(PNR)变幅为0.003～0.021μmol·g~(-1)·h~(-1),均值为0.011μmol·g~(-1)·h~(-1),没有表现出明显的城乡梯度规律;③表面硝化速率(ANR)变幅为0.73～15.23μmol·m~(-2)·h~(-1),均值为4.19μmol·m~(-2)·h~(-1),也未表现出明显的城乡梯度规律;④十五里河沉积物硝化速率季节性变化规律明显,基本表现为:夏季春季秋季冬季,但5个采样点之间硝化速率的差异性程度不完全相同;⑤PNR与上覆水水温相关性较为显著,ANR与上覆水中NH~+_4-N和NO~-_3-N存在显著相关性,沉积物中对PNR和ANR影响较为显著的因素都是TN、NH~+_4-N和pH.     

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.     

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.     

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.     

鄱阳湖湿地沉积物反硝化空间差异及其影响因素研究

鄱阳湖显著的水位变化导致该区域湿地类型的复杂多样,包括不同的沉积物性质及水动力条件等,这些因素势必会对反硝化速率及其途径产生影响.本研究通过对3种不同类型湿地沉积物柱样采集、流动培养及同位素添加模拟,对湿地沉积物反硝化速率的空间差异、反硝化过程及氮源等反硝化底物和沉积物呼吸等反硝化影响因素进行研究,以期进一步了解水动力变化下鄱阳湖多类型湿地沉积物的反硝化空间差异及其影响规律.结果表明,反硝化速率在水力联系较强的湖沼沉积物中最高,达到(43.98±2.33)μmol·m-2·h-1;在洲滩沉积物中次之,为(35.36±6.12)μmol·m-2·h-1;而与大湖区连通性较弱的内湾湖沼沉积物中最低,为(13.45±3.21)μmol·m-2·h-1.不论是洲滩沉积物还是不同水力联系下的湖沼沉积物,总反硝化速率与上覆水硝酸盐之间均存在显著正相关(p0.01),表明上覆水硝酸盐是反硝化的限制性因子.相关分析显示,不同湖区沉积物的呼吸速率及微生物有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)含量对鄱阳湖湿地沉积物反硝化也具有一定的影响(p均为0.05).在两种反硝化途径中,洲滩和不同水力联系下湖沼沉积物中以水体硝酸盐为底物的非耦合反硝化均强于耦合反硝化,说明非耦合反硝化是反硝化的主要方式.耦合反硝化与非耦合反硝化在内湾区湖沼沉积物中均较弱;与大湖区连通的湖沼沉积物的非耦合反硝化强于洲滩沉积物,说明反硝化途径与水力联系及沉积物有机质水平具有一定的联系.     

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.     

城市污水厂尾水受纳河段沉积物脲酶活性及硝化潜力分析

为探究城市污水厂尾水排放对河流沉积物氮素滞留的影响,在合肥市的南淝河、十五里河、塘西河、板桥河和廿埠河各选取一个河段,分3个季节采集尾水排放口上、下游一定范围的河道表层沉积物,解析沉积物脲酶活性、硝化潜力及其变化特征,并对沉积物脲酶活性对外源碳的响应开展定量化分析.结果表明,5个尾水受纳河段排放口下游河道沉积物TN、NH₄⁺-N含量都不同程度的低于上游对照点,多数受纳河段沉积物NO₃^--N和OM含量下降,TP则大都不同程度的升高.绝大多数受纳河段尾水排放口下游沉积物脲酶活性低于上游对照点,甚至离尾水排放口距离越近的采样点位脲酶活性越低.5个尾水受纳河段不同程度表现出沉积物脲酶活性随外源碳浓度梯度增大的特点,表明河段沉积物脲酶活性存在一定的碳限制性.南淝河、十五里河和塘西河河段尾水排放口下游所有采样点沉积物硝化速率均高于上游对照点,而板桥河、 廿埠河河段则相反.总体上,各尾水受纳河段排放口上游对照点与下游采样点的沉积物脲酶活性、硝化潜力和硝化活性差异性不显著.     

沉积物-水界面氮的源解析和硝化反硝化

掌握沉积物-水界面氮的循环过程,对有效控制地表水氮污染具有关键的作用.通过采集西湖不同季节的柱状芯样,利用氮、氧同位素技术及稳定同位素源解析模型(stable isotope analysis in R,SIAR)并结合乙炔抑制法研究沉积物-水界面氮的来源及迁移转化.结果表明,硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)在沉积物-水界面均存在浓度梯度,NO_3~-自底层水向间隙水扩散,是为沉积物累积;NH_4~+自间隙水向底层水扩散,是为沉积物释放.西湖底层水硝化作用明显,硝酸盐来源包括生活污水(粪肥)、土壤氮、化肥和降雨,生活污水(粪肥)是主要来源,其在夏季贡献率高达60.8%.间隙水中特别高的δ15N值反映西湖沉积物-水界面存在强烈的反硝化作用.西湖沉积物-水界面硝化速率和反硝化速率的平均值分别为2.85 mmol·(m~2·d)~(-1)和23.51μmol·(m~2·d)~(-1),沉积物-水界面在水体氮素去除过程中作用显著.硝化速率和反硝化速率时空变化显著.温度和溶解氧是影响西湖沉积物-水界面氮迁移转化的主要因素.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.      

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.     

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。     

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。     

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.