一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现

利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌,通过形态学特征、生理生化反应及16SrDNA同源性比较对筛得菌株进行鉴定,并对其好氧反硝化相关基因napA进行扩增并测序比较.筛选到一株可以柠檬酸钠为碳源,硝酸钾为氮源,进行好氧反硝化的细菌.在溶解氧(DO)为(9.0±0.5)mg/L的培养基中,该菌株5 d内将硝态氮由282.0 mg L-1降解至149.2 mg L-1,其硝态氮去除率为46.47 ng mg-1min-1,同时亚硝态氮仅有少量的积累.经鉴定,初步判定它为假单胞菌属,命名为Pseudomonas sp.Y2-1-1.从其基因组中扩增出与好氧反硝化相关的周质硝酸盐还原酶(NAR)的亚基napA基因,并与已报道的napA基因进行Blast比较,发现具有较大差别.利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌是非常有效的.初步认为Pseudomonas sp.Y2-1-1是一株新的好氧反硝化菌.图6表3参12     

曝气复氧对底泥氮素生物地球化学循环影响的作用机制研究

通过分析底泥氮污染物释放规律和转化过程,以及底泥生境、氮形态变化和氮循环功能微生物群落结构变化的规律,探讨了不同曝气复氧条件影响底泥氮生物地球化学循环的生物代谢、物理化学联合作用的机制。结果表明：曝气复氧对底泥中氮的生物地球化学循环影响是一个包括微生物代谢作用和物理化学作用的复杂联合作用过程。水体好氧环境的改变主要引起参与底泥氮循环的硝化、亚硝化和反硝化功能菌群群落结构的演变,对异养菌和氨化菌的影响不大,证明环境好氧条件的改变对底泥有机质生物分解产生氨氮的微生物代谢过程影响不大,主要对底泥释放的氨氮硝化、反硝化等生物转化过程产生大的影响。不同溶解氧条件下,底泥释放的氮素在微生物作用下主要以NH4＋-N和NO3--N的形式进入试验体系,并在特定的氧化还原电位（临界值-200 mV）和pH（临界值6.70）条件下通过物理化学作用在底泥中以离子交换态氮（IEF-N）、碳酸盐结合态氮（CF-N）、铁锰氧化态氮（IMOF-N）及有机态和硫化物结合态氮（OSF-N）等不同形态氮相互转化,同时,在氮的转化和循环过程中部分输入上覆水体。在低溶解氧组实验条件下[ρ（DO）〈0.5 mg.L-1],底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的19.7%,主要为氨氮,最大释放速率达到289.13 mg.m-2.d-1,释放的质量浓度可达到18.8 mg.L-1;好氧条件下（DO饱和）,底泥向水体输出氮总量为底泥可转化态氮的1.8%;好氧-缺氧条件下为11.7%,主要以N2的形式释出系统。     

人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

应用在线传感器实现前置反硝化工艺生物脱氮的过程控制

为了实现前置反硝化工艺硝化反硝化反应的过程控制,系统地研究了硝化反硝化过程中DO、pH和ORP的变化规律,并考察了它们作为硝化反硝化过程控制参数的可行性.结果表明,pH值在缺氧区的变化分为下降型和上升型,从而指示系统反硝化反应进行的程度以及内循环回流量是否充足;缺氧区末端ORP值和硝酸氮浓度具有较好的相关性;好氧区第1格室的DO浓度可以指示进水氨氮负荷高低;pH值在好氧区的变化也可分为下降型和上升型,可指示系统硝化反应进行的程度、曝气量和碱度是否充足;好氧区末端ORP值与出水氨氮、硝酸氮浓度具有很好的相关性.在此基础上建立了硝化反硝化反应在线控制系统,从而实现曝气量、内循环回流量和外碳源投加量的在线控制,提高系统出水水质、降低运行费用.图7表1参8     

农田土壤硝化-反硝化作用与N2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况.结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高.土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量.玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升.通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平.在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用.在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面.     

农田土壤硝化-反硝化作用与N_2O的排放

在北京潮土上研究了冬小麦夏玉米轮作体系下土壤硝化反硝化作用以及N2O排放情况。结果表明,小麦生育期土壤温度及含水量较低,无论是反硝化损失氮量还是土壤的N2O生成排放量均不高。土壤的N2O生成排放量与反硝化氮量相当或低于反硝化氮量。玉米生育期土壤温度升高以及孔隙含水量有较大的改善,反硝化损失氮量、N2O生成排放量有明显上升。通常情况下土壤反硝化损失氮量与N2O排放氮量基本处于同一水平。在玉米十叶期追肥后的较短时间内,N2O总排放量明显高于反硝化损失氮量,说明至少在这一阶段中,硝化作用在北方旱地土壤N2O的排放中发挥了主要作用。在评价北方旱地农田土壤氮素硝化反硝化损失中,硝化作用的氮素损失是不可忽视的重要方面。     

温度及氨氮负荷对曝气生物滤池硝化作用的影响

采用火山岩为载体填料的曝气生物滤池(BAF)进行实验室小试,研究供氧受限条件下,BAF的硝化反硝化运行特性及温度(10℃～30℃)和氨氮负荷变化(0.069～1.32kg/(m3·d))时对硝化作用的影响。当氨氮负荷为1.10kg/(m3·d),供氧受限时,温度从20℃升高到30℃,反应器的硝化效率仅增加10%左右,表明BAF中硝化作用主要受溶质的传递、扩散速率控制而不是受与温度有关的动力学参数控制;然而,相同负荷下,当温度控制在15℃时,硝化效率明显降低,说明20℃是一临界点。此外,20℃时随氨氮负荷的增加(从0.825kg/(m3·d)提升到1.32kg/(m3·d)),氨氮去除率略有下降,但在第3个取样口处却发现有亚硝酸盐氮累积现象,这是因为在供氧受限时,随负荷的增加,溶解氧相对短缺发生了部分硝化作用。     

曝气量对微生物燃料电池脱氮的影响

实验构建生物阴极双室微生物燃料电池,探究在微氧条件下曝气量对其产电性能和阴极脱氮的影响.以乙酸钠为碳源,氯化铵为氮源.实验在25℃温度下,阴极持续曝气,并控制反应器内为微氧状态,富集培养短程硝化反硝化菌群.实现了在特定曝气量条件下生物阴极短程硝化反硝化脱氮.实验结果表明,在曝气量为1.64 mL·min-1的条件下,短程硝化反硝化脱氮效果最好.亚硝态氮积累率为81.70%,总氮去除率达到69.66%,最大稳定电压达0.47 V左右,库伦效率为43.8%,产电效能较好.针对实际污水处理开展相关实验,MFC阴极短程硝化反硝化总氮去除率可达到81.93%,优于全程硝化反硝化.在短程硝化反硝化的微生物群落中,Betaproteobacteria纲和Thauera菌属在短程硝化反硝化中得到了有效的富集,有利于生物脱氮,并且Nitrosomonas菌是主要的氨氧化菌属.     

常温SBR厌氧-好氧反应器的短程硝化

短程硝化-反硝化是污水节能脱氮新技术之一,其关键在于实现短程硝化,而水温是控制短程硝化的主要因素。在生活污水氨氮浓度小于100mg/L的水质条件下,采用SBR厌氧-好氧反应器进行了常温短程硝化试验研究。研究结果表明,水温14．5℃～16．5℃的条件下,在好氧段可以实现短程硝化,亚硝化率达到了94．9%。亚硝化的程度还与曝气时间的长短有关,曝气时间短时,可以将氨氧化控制在亚硝化阶段,积累大量的亚硝酸盐,但是氨转化率比较低;曝气时间延长,氨氮去除率增加,同时部分亚硝酸氮会被进一步氧化成硝酸氮。该研究结果打破了只有在中高温条件下才能实现短程硝化的普遍看法,从而为在常温下实现短程硝化提供了新的依据。     

贵州草海人工湿地系统硝化-反硝化作用研究

人工湿地作为新兴的污水生态处理技术在村镇污水处理中得到广泛使用,系统中氮去除的最主要途径是微生物的硝化-反硝化作用。研究湿地污水处理系统微生物硝化-反硝化作用,对湿地污水处理工艺的优化及运行管理具有重要意义。2013年分春、夏、秋、冬四季对贵州草海污水湿地处理工程进行采样,研究了长期运行的湿地污水处理系统中氮循环菌数量、硝化-反硝化作用时空分布特征和系统内氮的空间分布规律。结果表明,草海污水人工湿地处理系统对TP和COD的处理效果较好,去除率分别达到57.8%和80.8%,但对TN和NH_4~+-N的去除率仅为43.3%和38.6%;硝化-反硝化作用在草海人工湿地系统中同时发生,硝化作用强度为0.9 mg·kg~(-1)·h~(-1),反硝化强度为30.5 mg·kg~(-1)·h~(-1),反硝化强度是硝化强度的30倍;硝化-反硝化作用在季节上均表现为夏季最高、春季最低,水平空间上呈逐级降低趋势;硝化-反硝化作用强度与总氮去除率呈现显著负相关(P0.05);4类脱氮细菌中,氨化细菌数量最大,高达10~9 MPN·g~(-1),反硝化菌次之,亚硝化菌最低,仅10~2 MPN·g~(-1);脱氮细菌数量与总氮去除率相关性不显著,脱氮过程可能受亚硝化菌的限制。总之,由于长期运行的人工湿地系统缺乏氧气,导致反硝化作用远大于硝化作用,硝化-反硝化作用的失衡最终影响湿地脱氮效率。因此,针对长期运行的人工湿地系统可以通过强化供氧促进硝化作用从而提高湿地脱氮效果。     

一株异养硝化细菌的脱氮特性及其初步应用

氮素超标是导致水体富营养化的重要原因之一,生物除氮是去除水体中氮元素的有效途径。从垃圾填埋场土壤中分离得到菌株WS-2,经16S rDNA鉴定为土壤杆菌(Agrobacterium sp.)。该菌可在42 h内去除95.8%的铵态氮,氮气、硝态氮和细胞内氮为主要产物,分别占初始氮量的42.4%、23.8%和19.4%。同时,该菌可在84 h内去除80.5%的硝态氮和97.1%的亚硝态氮,其中生成的氮气和细胞内氮分别占初始氮量的50.2%~51.0%和17.0%~17.8%。由此可见,菌株WS-2的优势在于不仅可以同步进行硝化和反硝化过程,而且还具有较高的氮气生成率和较低的细胞内氮积累量。进一步将该菌用于处理富营养化水体,发现将菌体固定于聚氨酯载体材料并辅以曝气措施,其对CODCr、总氮、铵态氮和总磷的去除率分别可达84.3%、71.3%、94.7%和55.6%,表明该菌具有修复富营养化水体的潜力。     

河岸渗滤作用脱氮机理及其特点的试验

开展河岸渗滤作用脱氮功能研究对保证饮用水水质安全有重要意义。本文采用室内试验、现场试验及理论分析的方法,研究了河岸渗滤作用脱氮机理及特点。结果表明,河岸渗滤作用脱氮的主要动力是硝化与反硝化作用。河岸渗滤作用过程中先发生硝化作用,后发生反硝化作用,界面位于河床沉积层内,两者速率的匹配与提高,以及增加系统的尺度,可提高河岸渗滤作用的脱氮能力与效率。     

生活污水的好氧反硝化研究

采用强化生物絮凝工艺处理生活污水,试验结果验证了好氧反硝化的存在;好氧反硝化的效率依赖三个因素:溶解氧浓度、絮体大小、有效碳源。低溶解氧质量浓度有利于好氧反硝化脱氮,当ρ(DO)为0.5mg·L-1时,TN去除率达到57.7%。结合理论分析,对好氧反硝化的机理以及影响因素进行了探讨。     

氮输入对纳帕海沼泽湿地土壤氨挥发和反硝化的影响

选取纳帕海常见湿地植物茭草（Zizania caduciflora）和水葱（Scirpus validus）]及其生长土壤为对象,通过培养实验,研究了3个不同氮输入水平[0g-m^2（对照,NO）、20g-m^2（N20）、40g-m^2。（N40）]对茭草和水葱湿地土壤氨挥发和反硝化的影响。结果表明：氮输入促进了茭草和水葱湿地土壤氨挥发化作用,增加了湿地土壤氨挥发的累积量。适量的氮输入对湿地土壤氨挥发促进显著。在培养前期适量氮输入下的氨挥发积累量高于高水平氮输入的,随着培养时间的延长,后期适量氮输入下的积累量明显下降;而高水半氮输入处理下氨挥发积累量的明显增加,适量氮输入下茭草氨挥发积累大于水葱。氮输入增强了菱草和水葱湿地土壤反硝化作用,加快了反硝化N2O的排放。适量的氮输入促进茭草反硝化作用和反硝化损失量增加明显,培养的前期的适量氮输入处理下的反硝化作用和反硝化N2O的排放增强不明显,随着培养时间的延长,高水平氮输入处理下的反硝化损失量越明显,并且水葱较茭草更为明显。后期适量氮输入下的反硝化损失速率和反硝化损失量高于高水平氮输入,适量氮输入较高水平氮输人促进明显,高水平的氮输入限制了反硝化损失,反硝化N2O的排放总量下降,土壤中氮富集增大。     

氯仿作为抑制剂对沉积物-水系统中氮转化的影响

氯仿是土壤的营养物释放实验中常用的微生物活性抑制剂。文章探讨了在滇池沉积物-自配水系统中投加氯仿后系统中上覆水的氮质量浓度变化(上覆水初始质量浓度:总氮15.0mg·L-1,氨氮7.5mg·L-1,硝氮7.5mg·L-1)以及沉积物中的硝化和反硝化活性的变化。结果表明,实验过程中上覆水的总氮、氨氮和有机氮的质量浓度升高,硝氮的质量浓度降低,加氯仿组和未加氯仿组的总氮分别升高35.9%和46.9%。这是因为实验过程中硝化速率降低而反硝化速率升高导致的。加抑制剂组的上覆水中的总氮和氨氮质量浓度总体上高,硝氮和有机氮总体上低,说明氯仿对硝化反应的抑制作用持续到第816h,在最初和后期抑制作用更显著。加氯仿组的pH值明显高于未加氯仿组,DO质量浓度稍高于未加氯仿组。实验结束后,加氯仿组的沉积物的硝化速率和反硝化速率略低于未加氯仿组的。氯仿在沉积物-水系统中起到一定的抑制作用,使沉积物的硝化速率和反硝化速率均降低,但是硝化反硝化活性并未彻底地被抑制;而且抑制具有一定的时效性。     

1株贫营养好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性

从水库底泥样品中,以硝酸盐为唯一氮源进行驯化、分离筛选出1株能在贫营养及好氧条件下进行高效反硝化的菌株PY8,经过电镜形态学观察、生理生化和16S rDNA序列分析,并基于16SrDNA序列结果,构建了该菌株的系统发育树,最终确定菌株PY8为根瘤菌Rhizobiumsp.。考察了初始pH值、温度、C/N、初始硝酸钠质量浓度、投菌量对菌株PY8硝酸盐还原活性的影响,以及该菌株的异养硝化性能。结果表明,在pH6.0～10.0,温度25～30℃,C/N1.0～9.0,初始硝酸钠质量浓度0.01～0.50g·L-1,投菌量1%～15%时,菌株PY8培养72h后的硝氮去除率可达到95%以上。另外,该菌株具有同时硝化-反硝化作用,在培养过程中氨氮去除率可达到58%左右。实验结果表明,菌株PY8在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力。     

螯台球菌TAD1在高温曝气生物滤池中的异养硝化-反硝化性能

初步实验证实螯台球菌(Chelatococcus daeguensis)TAD1在高温下具有异养硝化-反硝化的能力,为验证其可应用性,采用曝气生物滤池工艺,研究了TAD1在温度为50℃的异养硝化-反硝化性能.结果表明,TAD1在曝气生物滤池中可同时进行好氧反硝化和异养硝化.当分别以硝氮、氨氮及硝氮和氨氮为氮源时,12 h的氮去除率均达到100%,氮的去除能力分别为12.67 mg.L-.1h-1、3.62 mg.L-.1h-1及16.53 mg.L-.1h-1.虽然在脱氮过程中,亚硝盐在6 h迅速积累到76 mg.L-1(硝氮为氮源)和52.6 mg.L-1(硝氮和氨氮为氮源),但在随后的几个小时内又快速降低至0(检测限之外).因而,TAD1具有应用于高温生物脱氮工艺的能力和优势.     

DO对同步硝化反硝化影响及动力学

研究生物接触氧化法中DO对同步硝化反硝化系统脱氮效率的影响。研究结果表明:在溶解氧(DO)为1.0～3.0mg/L范围内,随着反应器内溶解氧浓度的降低,总脱氮去除率提高,保持较好脱氮率的最佳DO为2mg/L左右,并分析了其原因;同时探讨了DO为2mg/L时的动力学方程。     

不同滨岸带土壤反硝化潜力及影响因子

以太湖西部3个中小流域为研究区,于2017年7月15日—20日,采集各流域内3种典型滨岸带表层(0—20 cm)土壤,测定土壤理化性质和反硝化潜力,探讨不同流域滨岸带土壤反硝化潜力的差异和变化规律,并确定土壤反硝化潜力的主要影响因子.研究结果表明,各流域土壤反硝化潜力存在明显差异,天目湖流域、合溪流域和苕溪流域土壤反硝化潜力分别为0.294±0.226 (μg N (N_2O)·(g·h)~(-1))、0.542±0.327 (μg N (N_2O)·(g·h)~(-1))和0.821±0.494 (μg N (N_2O)·(g·h)~(-1)),总体表现为城镇化程度越高,土壤反硝化潜力越大.在相同流域内,林地滨岸带土壤反硝化潜力最大,其次为草地滨岸带和荒地滨岸带.相关分析结果表明,土壤反硝化潜力与土壤含水率、硝态氮含量、有机质含量和微生物碳含量都显著正相关(n=54,P0.01).结合回归分析,表明土壤含水率、硝态氮含量和微生物量碳含量是苕溪流域滨岸带土壤反硝化潜力的主要影响因子;土壤有机质含量和硝态氮含量分别是合溪和天目湖流域滨岸带土壤反硝化潜力的主要影响因子.综上,滨岸带土壤反硝化潜力与人类活动强弱有密切联系,其主要影响因子在不同城镇化背景下的流域间也各不相同.     

扰动强化污染底泥有机物自净的研究

扰动能够强化水体溶解氧的恢复并加快传质,增强水体的自净作用,有利于水体和底泥COD的降解,是一种常用的污染水体的修复方法。文章通过人工模拟的水体,构建搅拌和曝气两种上覆水扰动条件,研究了在这两种条件下水体中有机物含量以及底泥中微生物量的变化情况,探讨了扰动对水体有机物去除的影响。研究结果表明：（1）与对照情况相比,在搅拌、曝气条件下水中ρ（溶解氧）分别由0.2 mg.L^-1提高到1.0和8.0 mg.L^-1左右;曝气条件下底泥中蛋白含量及细菌数均最高;（2）底泥中w（脱氢酶活性）在搅拌和曝气条件下分别为0.52和0.46μg.g^-1左右;（3）曝气条件下对上覆水中有机物的去除呈现出较好的降解趋势。因此,运用曝气技术既能加速有机物的生化降解,改善水质;又可强化水体溶解氧的恢复,创造了微生物生长繁殖的适宜环境,增强了水体中微生物的活性,促进了水体自净能力的提高,在治理河道污染的应用中具有广阔的前景。