生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响研究进展

生物炭是生物质材料在部分或完全无氧条件下,经热裂解形成的高度芳香化的难溶固体。施用生物炭可改变土壤理化性质,强烈影响土壤微生物的栖息环境,影响土壤固氮微生物、硝化微生物和反硝化微生物的群落结构及活性,进而影响土壤氮循环的主要过程(固氮、硝化、反硝化等)。该研究综述了施用生物炭对土壤氮循环主要过程及微生物功能基因的影响,结果表明,施用生物炭改善了土壤的透气性,提高了土壤pH值,增加了土壤碳和养分的有效性,可使土壤固氮量提高15%～227%,土壤硝化速率提高28%～200%,但土壤氨挥发累积量减少20%～73%,土壤N₂O排放累积量减少11%～78%。此外,生物炭的施用提高了nifH、amoA的基因丰度,进而促进土壤的固氮作用和硝化作用。生物炭的施用还提高了土壤nosZ等基因的丰度以及N₂O还原酶的活性,有利于土壤反硝化作用(N₂O最终转化为N₂),抑制N₂O的排放,且这种效应随着生物炭施用量的增加而增强。此外,生物炭对土壤氮循环及其功能微生物的影响取决于生物炭原料和试验条件,不同...     

覆膜垄作对旱地雨养马铃薯田N2O排放的影响

旱地雨养马铃薯(Solanum tuberosum)田是一个重要的氧化亚氮(N₂O)排放源,是当前农业温室气体排放的研究热点之一。在马铃薯主粮化战略的推动下,马铃薯种植面积不断扩大,覆膜和垄作栽培是其中两种重要的种植方式,但其栽培下的马铃薯田N₂O排放规律尚不十分明确。选择内蒙古自治区武川县自然降水条件下的马铃薯田为试验对象,设置平作覆膜、垄作覆膜、平作不覆膜和垄作不覆膜4种处理,采用静态箱(暗箱)-气相色谱法监测N₂O的排放通量并分析其排放特征,运用实时荧光定量PCR技术(Real-time quantitative PCR,q-PCR)检测不同时期与N₂O排放相关的硝化菌和反硝化菌丰度,并测定相关的土壤要素,进而探究在覆膜和垄作条件下,影响雨养马铃薯田N₂O排放特性和规律的微生物机理。结果表明,雨养马铃薯田是N₂O排放源,其全生育期内平均N₂O累积排放量为N (0.47±0.08) kg·hm^-2。N     

生物电化学脱氮技术研究进展北大核心CSCD

生物电化学系统（BES）因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点. 对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH3/NH4^＋的跨膜转移、氨气逃逸等. 总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门（Proteobacteria）;硝化细菌主要是亚硝化菌属（Nitrosomonas）和硝化杆菌属（Nitrobacter）;在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象. 最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的. 基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物（NO2^- -N、N2O）的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向. （图3 表2 参66）     

新型废水生物脱氮的微生物学研究进展

生物脱氮是含氮废水处理公认的最佳处理方式,随着对生物脱氮微生物学原理研究的不断深入,许多新的生物脱氮特殊菌株或菌群及微生物转化机制不断被发现.本文在传统生物脱氮过程机理上,结合最近国内外生物脱氮的新发现,就短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化的微生物学原理进行了阐述.图1表2参23     

硝化反硝化过程中N_2O释放影响因素

结合N2O的产生机理,分析温度、含水率、NO2--N和底物质量浓度、pH和碱度、O2以及基质等因素对N2O释放的影响,试图探讨不同因素对N2O释放的影响规律,以期对生化过程中N2O的控制提供理论和技术支持。N2O的释放是温度、含水率、C/N、O2浓度、反应底物质量浓度、基质以及传输过程交互作用的结果。含水率、C/N、基质及温度等可通过不同途径影响溶解氧的质量浓度而影响N2O释放量;pH、NO2--N、NH3-N及温度等通过影响硝化、反硝化细菌的活性或对各阶段酶的抑制作用而影响N2O释放;土壤利用类型、植被种类、污水脱氮过程各参数等,会间接影响硝化和反硝化过程从而影响N2O的释放。     

澜沧江（云南段）水-气界面氧化亚氮释放通量时空分布特征及其影响因素研究

温室气体浓度上升导致全球气候变暖已成为国际社会关注的焦点。氧化亚氮(N₂O)作为痕量温室气体,在全球气候变暖过程中扮演着重要的角色。河流和水库被认为是N₂O释放的活跃区域,然而目前研究多集中在对单一河流或水库的监测,对大范围河库系统的N₂O研究仍相对欠缺。选取澜沧江(云南段)流域作为考察对象,在2022年4月、8月采用悬浮箱采集24个点位的水-气界面的气体样品,并于实验室通过气象色谱仪检测气样氧化亚氮浓度,探究该流域干支流N₂O释放通量的时空分布特征;同时,测定了水体水环境参数,解析其时空差异的环境影响因素。结果表明,1)在时间尺度上,澜沧江(云南段)旱季N₂O通量均值低于雨季。旱季N₂O通量均值为0.10 mg·m^-2·d^-1,雨季为0.18 mg·m^-2·d^-1,其中旱季干流均值为0.11 mg·m^-2·d^-1,支流为0....     

传统生物脱氮反硝化过程的生化机理及动力学

传统生物脱氮是指以硝酸盐为电子受体的一系列生物还原反应过程,该过程是在硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶和一氧化二氮还原酶的作用下完成的.反硝化的生化机理及动力学是生物脱氮技术的理论基础.为促进反硝化生物脱氮技术的进一步发展,理解反硝化一系列复杂的生化反应过程及其电子传递、能量转化模式是十分必要而有意义的.本文通过对反硝化生化反应过程相关机理的论述,系统归纳了一个涉及多种酶及多种中间产物并伴随着电子(能量)传递的复杂反硝化生化反应过程,详细总结分析了反硝化过程电子通过电子传递链从电子供体(NADH)传递到终端电子受体的传递模式,以及借助于Peter提出的化学渗透假说建立的能量产生方式.同时建议采用积分法和微分法来确定反硝化动力参数Vmax,NO3,μDmax,KS,No3-.     

生物电化学脱氮技术研究进展

生物电化学系统(BES)因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点.对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH_3/NH_4~+的跨膜转移、氨气逃逸等.总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门(Proteobacteria);硝化细菌主要是亚硝化菌属(Nitrosomonas)和硝化杆菌属(Nitrobacter);在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象.最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的.基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物(NO_2~--N、N_2O)的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向.     

好氧反硝化菌及其在生物处理与修复中的应用研究进展

好氧反硝化菌因其生长特性与同步异养硝化好氧反硝化功能,为环境生物脱氮提供了崭新的技术思路.综述了已分离获得的好氧反硝化菌类群及其生长特性,重点阐述了好氧反硝化菌生物脱氮性能、影响因素与好氧反硝化机理,探讨了好氧反硝化在环境生物修复领域的应用.已有研究表明,好氧反硝化菌在环境生物脱氮方面具有明显的技术优势,但有关好氧反硝化反应机理、影响因素等仍待解析,以期为好氧反硝化菌固定化、活性持留以及受污染环境水体修复等研究提供理论依据.     

热带亚热带土壤氮素反硝化研究进展

热带亚热带独特的土壤性质可能使得反硝化机理有别于温带土壤.文章综述了热带亚热带地区土壤氮素生物反硝化的研究进展,试图更好地了解该地区土壤反硝化在全球氮（N）循环以及在全球环境变化和生态系统响应互作中的角色.热带亚热带土壤反硝化强度普遍较温带地区弱,且随着土地利用方式和耕作管理措施的不同而呈现较大的时空变异性.影响土壤水分状况和土壤碳（C）、N 转化特性和速率的因素即为区域和农田尺度上的反硝化影响因素.湿润型热带亚热带土壤由于含有丰富的氧化物而致使土壤氧化还原势较高,这也是导致该地区土壤反硝化势较温带地区较低的关键土壤因素之-.然而土壤pH 值不是该地区土壤反硝化势较低的主要限制因素.有机C 矿化过程较土壤全氮含量和土壤C/N 比在决定湿润型亚热带土壤反硝化势方面更为重要.愈来愈多的证据表明热带亚热带土壤反硝化的生态环境效应不同于温带地区,热带亚热带地区土壤反硝化对全球变暖的贡献应综合考虑其对其它温室气体（如CH4,CO2）排放和氮沉降的影响.热带亚热带土壤生态系统具有-些防止土壤氮素反硝化损失的机制和保氮策略.然而,热带亚热带生态系统对全球变化的响应机制及其生物地球化学调控机制仍然不清楚,这些研究对于反硝化和其它同时发生的氮转化过程模型的精确构建至关重要.     

GC-ECD方法测定废水生物脱氮释放的N2O

脱氮是目前污水处理中的一项重要内容,而微生物参与的硝化和反硝化过程都可能产生气体N2O,因此,近年来对污水处理过程中N2O逸出的研究受到广泛重视.     

陆生蔬菜浮床对富营养化水体氮磷的去除以及水体、根系细菌群落分析

为了探究陆生蔬菜浮床对富营养化水体氮、磷去除效果以及对微生物群落和反硝化作用的影响,利用16S rDNA高通量测序和定量PCR(qPCR)技术,在分析水质理化指标的基础上,对富营养化水体中氮、磷营养元素以及微生物群落和功能基因的变化开展研究。结果表明,陆生蔬菜浮床对TP和NH₄⁺的去除效果较为突出,水芹、生菜和青菜处理组对TP的平均污染负荷去除率(分别为57.13%、46.91%和40.86%)优于对照组(25.46%);水芹和生菜处理组对NH₄⁺的平均负荷去除率(分别为51.30%和48.16%)高于对照组(27.23%)。对16S高通量测序属水平优势菌种的分析结果表明,蔬菜浮床系统根系表面均富集红杆菌属(Rhodobacter)来进行反硝化;水芹和生菜根系表面会富集大量噬氢菌属(Hydrogenophaga)来增强氢自养反硝化作用;芽单胞菌属(Gemmatimonas)在青菜周围水体和水芹、生菜根系表面较高,该菌属会将N₂O转化为N₂,实现完全反硝化。...     

微生物和化学添加剂对畜禽粪便堆肥过程活性氮气体的减排研究

堆肥是将畜禽粪污进行资源化的有效手段之一,但是氮素的流失会造成堆肥产品质量的降低,排放的氨气(NH₃)和氧化亚氮(N₂O)会加剧空气污染和温室效应。为了减少堆肥过程中活性氮气体的排放、提高堆肥产物的氮素含量,选用猪粪和鸡粪作为原料进行室内模拟堆肥,设置接种微生物、加入化学添加剂或两者联用的试验处理。结果表明,加入化学添加剂的处理以及微生物和化学添加剂联用的处理能够显著减排活性氮气体,实现高效保氮的目的。在猪粪堆肥过程中,相对于未接种、未加入化学添加剂的对照,加入化学添加剂的处理、Bacillus sp. H3-1和化学添加剂联用的处理以及B. sp. H5-9和化学添加剂联用的处理NH₃减排11%～21%,N₂O减排4%～6%,堆肥产物中NH₄⁺-N含量增加6.7～7.7倍。在鸡粪堆肥过程中,相对于未接种、未加入化学添加剂的对照,加入化学添加剂的处理、B. sp. H1-10和化学添加剂联用的处理N₂O减排25%～26%,堆肥产物的N...     

氧化亚氮形成的微生物学分子机制研究进展

1　氧化亚氮 (Ｎ2 Ｏ)的形成Ｎ2 Ｏ是继ＣＯ2 、ＣＨ4之后的第三大温室气体 ,它能破坏大气中的臭氧层 .在过去的 2 0～ 30年间 ,Ｎ2 Ｏ以每年 0 .2 %～ 0 .3%的速率增长 ,并且有进一步增长的趋势[1 ] .地球上人类和其他生物的活动是Ｎ2 Ｏ产生的主要来源 ,而微生物是其中最重要的生物源 .微生物产生Ｎ2 Ｏ的机理主要是通过硝化作用和反硝化作用过程进行的 ,如图 1所示 .反硝化过程中Ｎ2 Ｏ的形成 :硝化过程中Ｎ2 Ｏ的形成 :图 1　Ｎ2 Ｏ的形成Ｆｉｇ.1　ＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＮ2 Ｏ　　催化反硝化过程的酶有 4种 :硝酸还原酶 (Ｎａｒ)、亚…     

单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理

近年来,单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的现象引起了人们的普遍关注,本文对这种现象的微生物学机理及研究现状进行了阐述,主要是儿类细菌的单独脱氮或者它们之间的协同脱氮,包括自养(亚)硝化菌单独脱氮、好氧反硝化菌单独脱氮、(亚)硝化菌和好氧反硝化菌的协同脱氮以及(亚)硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同脱氮.与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比,这些脱氮新途径具有不可比拟的优越性,对于强化污水生物脱氮具有重要意义.图8参53     

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。     

废水处理中的非传统脱氮途径

根据实验室小型SBR试验的结果，证实存在其它不同于传统的硝化和反硝化的脱氮途径。结合近几年来在生物脱氮理论方面新的研究进展，指出研究非传统脱氮途径的必要性和重要性，其中很有必要的一项工作是需对硝化、反硝化和脱氮过程作出明确的定义。     

生物除硫理论与技术研究进展

现今含硫废水、废气的处理并没有得到应有的重视,使得技术发展缓慢。以往通常采用物化方法,这种处理方式不仅投资量大,而且对含硫有害物质的去除并不彻底,而生物方法与物化方法相比,在投资和环保效益方面都有相当积极的作用。文章从硫的生物循环入手,分别介绍了生物除硫的机理和影响因素;描述了下水道中的生物硫循环,提出抑制其中H2S气体释放的经验模型及具体措施。在对厌氧消化系统中硫酸盐还原菌的研究中发现:ρ(COD)/ρ(SO42-)比、碳源、pH值等各影响因素相互作用,共同决定厌氧消化系统中硫酸盐还原菌、产甲烷菌和产酸菌三者之间的抑制及共生关系;无论三者之间的关系如何变化,只要底物中含有一定量的硫酸根,它们必然共同存在于厌氧系统中,并产生硫化氢气体,造成污染。在反硫化细菌的研究中得出:当污水中同时含有硫化物和硝酸根,缺氧条件下,必然产生反硝化除硫的生物代谢过程。利用这一过程,不但能够在无需碳源的条件下有效去除硝酸根,节约的碳源可以用于消化产能;而且能够减少游离硫化氢的排放,或直接以含硫化氢的废气作为硫源。而抑制下水道中硫化氢气体释放的主要手段包括:降低水的紊流程度,增加入流污水的碱度,向下水道内充氧,改善通风环境。文章最后结合理论,介绍了部分用于含硫污水、尾气的生物除硫工艺,并提出了日后的研究方向。     

不同进水有机物浓度下移动床生物膜反应器(SBMBBR)脱氮除磷特性

考察了不同进水有机物浓度下厌氧/好氧序批式移动床生物膜反应器（SBMBBR）污染物去除特性,实验结果表明,SBMBBR能够实现低碳源污水中氮和磷的同步去除,在进水TN和TP浓度分别为116.7 mg.L-1和11.5 mg.L-1、COD浓度为456 mg.L-1的条件下,TN和TP去除率分别达到94.3%和92.2%以上.反应器除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程实现的,脱氮主要是基于好氧段发生的同时硝化反硝化（SND）作用而完成.由于生物膜内部存在的DO扩散梯度,在好氧阶段混合液DO浓度不断提高的条件下反应器内具有良好SND反应的发生.进水COD浓度由149 mg.L-1提高至456 mg.L-1的过程中,反应器硝化效果不变,反硝化和除磷效果改善.反应器在好氧阶段pH值基本维持在7.0—7.1之间,为各类菌群的生长创造了条件.碱度变化较pH值更能反映硝化和反硝化反应发生的程度.反应器中微生物相丰富,生物膜以丝状菌为骨架,其上附着大量的球状菌和杆状菌,而悬浮活性污泥中丝状菌较少,形成了由细菌、真菌到原生动物和后生动物的复杂的生态体系,为系统取得稳定的污水处理效果提供了有效的保证.     

抗生素选择压力下短程硝化反硝化工艺中的微生物群落特征

短程硝化反硝化较传统脱氮方式具有节约碳源与曝气能耗等优势而备受关注,而抗生素在污水中被广泛检出,抗生素选择压力对该工艺中微生物活性与群落结构的影响尚不清楚.采用实验室规模SBR反应器实现了短程硝化反硝化脱氮并稳定运行（阶段一）,考察了100μg/L四环素与磺胺嘧啶胁迫下（阶段二）脱氮性能与微生物群落结构响应情况.结果表明,阶段一与阶段二中COD、NH4+-N平均去除率分别为88.90%、90.35%和90.42%、92.48%.同时,四环素和磺胺嘧啶的持续暴露使得微生物的比耗氧速率升高,促进了微生物胞外聚合物的分泌. 16S rRNA基因测序结果显示,四环素和磺胺嘧啶胁迫下微生物多样性与丰富度均降低,属水平上,TM7a和Tessaracoccus是优势菌属,在100μg/L四环素与磺胺嘧啶胁迫下,TM7a和Tessaracoccus的相对丰度均呈上升趋势.此外,四环素和磺胺嘧啶的存在促进了反硝化菌Thauera和Rhodobacter的富集,Rhodobacter可能对于TN的去除发挥了重要作用.系统中NOB并没有被完全淘汰,只是活性受到了一定的抑制作用.本研究表明100μg/L四环素...