硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的培养和驯化

为了提高硫自养高氯酸盐和硝酸盐的还原效率,进行了以单质硫(S0)和好氧污泥分别作为电子供体和接种污泥培养驯化硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的过程研究.结果显示,在厌氧条件下采用间歇周期运行的培养方式,高氯酸盐和硝酸盐的初始浓度分别从80 mg/L和40 mg/L逐渐增加到240 mg/L和120 mg/L时,去除率达到99%以上的周期随培养驯化时间的增加而逐渐缩短,从最初的7 d稳定在4 d,高氯酸盐和硝酸盐最终分别被还原为Cl-和N2.由于S0的歧化反应,SO42-的实际产生量高于理论产生量.培养驯化过程中pH在6.5-7.3范围内变化,适合硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌生长、发育和繁殖的条件.PCR-DGGE图谱分析表明随着培养和驯化时间的增加微生物种群数量逐渐减少,污泥微生物群落能够迅速进行优胜劣汰,达到适应环境的目的.培养驯化末期的污泥中β变形杆菌纲处于优势地位,是硫自养高氯酸盐还原菌和反硝化菌的主要组成部分.因此,经培养驯化的微生物菌群具有较高的高氯酸盐和硝酸盐还原能力,本研究可为水中高氯酸盐和硝酸盐净化技术提供一定的理论依据和技术支持.     

Ni foam/Cu电极电催化还原硝酸盐氮

采用恒流电沉积法制备了泡沫镍/铜（Ni foam/Cu）电极.以Ni foam/Cu电极为阴极、Ti/RuO₂-Ir₂O₃电极为阳极构建电解体系,对水中硝酸盐氮进行电催化还原处理.并研究了电解质对总氮和氨氮去除率的影响和电极的稳定性.在一定范围内,增大电解质NaCl的浓度可以提高总氮和氨氮去除率.当NaCl浓度为0.5 g·L^-1时,在电解电流密度为8 mA·cm^-2的条件下对100 mg·L^-1 NO₃^--N溶液进行6次重复电解实验,2.5 h后硝酸盐氮去除率均可以达到94.5%以上.当NaCl浓度为1.25 g·L^-1时,在电解电流密度为8 mA·cm^-2的条件下对100 mg·L^-1 NO₃^--N溶液电解2.5 h,出水中氨氮浓度只有2.90 mg·L^-1,总氮去除率达到79....     

油井采出液中硝酸盐还原菌的分离培养及对硫酸盐还原的抑制

采用油井采出液培养基和加入无机盐成分的改良油井采出液培养基,对大庆油田萨北过渡带油井采出液中的细菌进行分离培养及初步鉴定,比较了两种情况下培养出的具有硝酸盐和/或亚硝酸盐还原,以及/或反硝化能力菌群结构的差异.利用采出液培养基培养出一组新的微生物菌株,并且分离的硝酸盐和/或亚硝酸盐还原菌,以及/或反硝化细菌(Nitrate/nitrite reducing bacteria,denitrifying bacteria,NRDB)比例明显高于无机盐-采出液培养基;但培养基中无机盐成分的添加,提高了可培养NRDB的群落生物多样性.仅仅向油井采出液中直接投加硝酸盐作为电子受体,对其中硝酸盐还原、亚硝酸盐还原和反硝化微生物(NRDB)的激活作用以及产抑制硫化物产生的能力有限,而同时加入分离自采出液的NRDB和硝酸盐则对硫酸盐还原菌(SRB)的生长和产硫化物活性都产生了明显的抑制.但是NRDB与硝酸盐同时投加对不同SRB的抑制效果并不相同,导致了SRB群落结构的变化.图5表2参17     

铁还原菌介导的氧化铁还原与硝酸盐还原的竞争效应研究

中性厌氧条件下,脱色希瓦氏菌Shewanella decolorationis(S12)能够使用多种电子受体进行厌氧呼吸,包括溶解态的硝酸盐以及难溶态的氧化铁基质。因此,本文通过构建"脱色希瓦氏菌/铁氧化物/硝态氮"的交互反应体系,研究这一体系中铁还原与硝态氮还原的相互作用过程,并对相互作用机制进行初步探讨。结果表明,交互反应体系中氧化铁还原与硝酸盐还原存在明显的竞争关系;随着氧化铁比表面积、可利用态铁含量的增大,硝酸受抑制作用逐渐增强;通过不同温度煅烧而得到的不同结晶度的赤铁矿对硝态氮的抑制作用也被研究。结果还表明,氧化铁结晶度越高,S12对硝态氮的还原抑制作用越小。循环伏安电化学测试结果发现,加入硝酸条件下,铁氧化峰几乎完全消失,表明硝态氮存在条件下,铁还原受到明显抑制。针对以上结果,初步探讨了铁还原与硝态氮还原竞争的原因,即:(1)Fe(Ⅲ)与NO3–同时作为电子受体,因竞争电子而受到抑制;(2)吸附态Fe(Ⅱ)物种还原NO3–,导致Fe(Ⅱ)累积减少,NO3–还原因产生的Fe(Ⅱ)的低速率而被抑制。     

滨海含水层咸-淡水过渡带反硝化性能与控制因素研究

滨海含水层受沿海人口规模、工农养殖业发展以及污染物排放等原因的影响,来自陆地的地下水常向沿海输入硝酸盐造成严重的硝酸盐污染问题,反硝化作为去除地下水中硝酸盐污染物的典型反应,探究其对滨海硝酸盐污染防治、生态系统稳定和生物多样性具有重要科学意义。以地下水和含水介质为原料,设计微生物培养试验,利用硝态氮(NO₃^--N)、溶解氧(DO)、酸碱度(p H)和溶解性有机碳(DOC)的变化综合评价研究区反硝化性能,并通过高通量测序揭示微生物培养试验过程中细菌群落结构组成和多样性变化,最后利用响应曲面法探究碳氮比(C/N)、电导率(EC)和DO的交互作用对硝酸盐反硝化性能的影响。结果表明：在微生物培养试验中,硝态氮去除率可达80%以上,p H值维持在7.0左右,DO值维持在6.0-6.5,DOC最大利用率可达65%;高通量测序发现,随着试验的运行,微生物丰富度下降、多样性降低,与反硝化有关的微生物以好氧反硝化菌(假单胞菌属,Pseudomonas;芽胞杆菌属,Bacillus)和有机碳分解菌(福格斯氏菌属,Vogesella)为主;根据响应曲面分析可得,硝...     

太湖沉积物反硝化功能基因丰度及其与N_2O通量的关系

温室气体N_2O的生成和排放与反硝化功能微生物关系密切,探讨沉积物反硝化微生物功能基因丰度及其与N_2O通量的关系有助于更好地理解沉积物N_2O生成与排放的微生物学机制。以太湖为研究对象,采用定量qPCR(Quantitative PCR)技术测定了太湖沉积物反硝化功能基因(nirK、nirS、norB和nosZ)丰度,阐明了太湖沉积物反消化功能基因丰度的季节变化规律,并分析了反硝化功能基因丰度与沉积物N_2O通量及其他环境因子的关系。结果表明:太湖沉积物反硝化功能基因丰度呈现夏秋季高冬春季低,具有明显的季节变化特征,norB基因丰度最高,均值为9.03×10~9 copies·g~(-1),其次为nir S基因(1.14×10~9copies·g~(-1)),nirK和nosZ基因丰度均值分别为3.04×10~8copies·g~(-1)和1.09×10~8copies·g~(-1)。沉积物TN和NO_2~-是影响反硝化功能基因丰度的重要环境因子。夏秋季沉积物N2O通量为-0.12-0.04nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为-0.05nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因(nir K、nir S和nir B)丰度呈显著正相关(P0.05),表明反硝化过程消耗了N_2O。冬春季沉积物N_2O通量为-0.05-0.48 nmol·g~(-1)·h~(-1),均值为0.27 nmol·g~(-1)·h~(-1),与反硝化功能基因丰度不具显著相关性,表明反硝化作用可能不是N_2O产生的主要过程。     

长江口水体化能自养固碳过程的潮周期变化特征及影响因素

河口水体中硝化微生物的化能自养固碳(DCF)对碳氮循环过程有着重要影响,但目前关于河口水体氨氧化微生物对DCF过程的贡献鲜见报道。以长江口为研究区,利用¹⁴C和¹⁵N同位素示踪技术,分别测定了大潮和小潮期间水体DCF和硝化速率,并通过实时荧光定量PCR技术量化了相关功能基因丰度。结果表明,长江口水体大小潮期间,DCF和硝化速率分别介于170.72-1 007.35 nmol·L^-1·d^-1和1.45-70.75 nmol·L^-1·h^-1,呈现大潮速率相对较高,小潮速率低的变化特征,且底层水体DCF和硝化速率显著高于表层水体。水体中铵盐和可溶性无机碳浓度是影响DCF和硝化速率的关键环境因子。定量PCR结果表明,大潮和小潮时cbbL基因丰度分别为0.40×10⁸-3.40×10⁸ copies·L^-1和0.49×10⁸-2.27×10⁸ copies·...     

北运河水体、沉积物和鱼类中微塑料的分布特征研究

河流水体的微塑料污染已引起国内外的广泛关注,但对人类活动影响显著的城市排水河道不同水期多环境介质中的微塑料污染研究相对较少。为揭示城市排水河道微塑料分布规律,以北京市北运河水体为例,基于汛期和非汛期北运河表层水、沉积物和鱼类样品,分析统计了不同种类微塑料的时空分布特征,讨论了组成特征差异,揭示了北运河微塑料的主要来源。结果表明,北运河表层水中微塑料丰度为4.90-22.1 items·L^-1(汛期)和3.10-14.8 items·L^-1(非汛期);沉积物中微塑料丰度为0.74×10³-2.88×10³ items·kg^-1(汛期)和0.16×10³-1.69×10³ items·kg^-1(非汛期);鱼类肠道内微塑料的丰度为0.33-3.33 items·ind^-1。与国内外其他河流对比,北运河水体和沉积物的微塑料污染处于中等水平,鱼类微塑料污染程度较低。时间尺度上,表层水和沉积物中微塑料丰...     

磁性壳聚糖凝胶微球固定反硝化菌去除地下水中硝酸盐氮

本研究从活性污泥中分离出氢自养反硝化细菌,在厌氧条件下利用氢气作为电子受体,将硝酸盐氮污染物彻底还原为氮气.通过原位共沉淀/柠檬酸钠交联法制备了一种磁性壳聚糖微球,将氢自养反硝化菌固定于磁性壳聚糖微球上组成固定化微生物反硝化体系.利用16SrDNA菌种鉴定、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)对固定化前后的材料进行了表征,并与游离的氢自养反硝化菌进行对比,同时进行静态批实验考察了在不同影响因素下硝酸盐去除效果.结果表明,分离出的氢自养反硝化菌属于陶厄氏菌属(MK928401),且被成功固定在磁性壳聚糖微球上;相同时间内,固定化氢自养反硝化菌对硝酸盐氮去除率高出游离细菌59%,说明固定化菌克服了由于游离菌易团聚而限制反硝化速率的缺点;磁性壳聚糖微球的加入,在一定程度上拓宽了氢自养反硝化菌对硝酸盐氮浓度的适应范围,同时拓宽了氢自养反硝化菌对pH的耐受范围;固定化氢自养反硝化菌经5次重复利用后,仍能高效还原硝酸盐氮,相比于游离细菌具有可回收和循环利用性.以上结果得出,以磁性壳聚糖微球固定氢自养反硝化菌,为高效去除地下水中的硝酸盐氮提供了一种更有效的途径.     

两种菠菜累积硝酸盐特性差异的研究

水培试验结果表明,日本超能菠菜生长后期的生长量较大,硝酸盐累积量较低,氮素吸收量较少,可以肯定其优良性;在生长后期供给等量硝、铵态氮的条件下,日本超能菠菜吸收硝态氮较少,还原硝酸盐的相对能力又较高,因而累积硝酸盐较宁夏圆叶菠菜低;在仅供给铵态氮源的条件下,日本超能菠菜还原硝酸盐能力较小,可能与其易于吸收和利用铵态氮源有关。     

氧改性斜发沸石缓解缺氧沉积物甲烷释放的模拟研究

富营养化导致藻类过度繁殖和缺氧频发,易引发甲烷大量释放,已经成为河口和近岸海域严重的环境问题.本研究通过氧改性斜发沸石制备氧纳米气泡,用于模拟研究原位修复缺氧沉积环境和缓解沉积物甲烷释放.氧改性斜发沸石覆盖缺氧沉积物12 h后,上覆水中溶解氧含量从0.22 mg·L^-1上升至4.28 mg·L^-1,氧化还原电位由-59 mV上升至2 mV;沉积物向上覆水释放的20 d累积甲烷通量比未覆盖组下降了99.0%;荧光定量PCR对产甲烷古菌丰度进行绝对定量的结果表明,上层沉积物中产甲烷古菌丰度从8.90×10⁷拷贝数·g^-1下降至1.65×10⁷拷贝数·g^-1.氧改性斜发沸石形成的有氧覆盖层能够显著抑制产甲烷古菌的活性,有效缓解沉积物甲烷释放,是可行的原位修复缺氧沉积环境的手段.     

复合自养反硝化材料处理低碳氮比硝酸盐污水

作为一种典型的硝酸盐污水,低碳氮比硝酸盐污水的存在具有广泛性,且对生态环境和居民健康带来的危害日益突出.本研究构建了复合硫自养反硝化(CSAD)体系,基于硫-碳酸钙型复合材料与微生物,进行低碳氮比硝酸盐污水的深度处理,分析了材料投加量、粒径以及进水硝酸盐浓度对CSAD的影响,并探究了硝酸盐去除的动力学行为.结果 表明,...     

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     

基于高通量测序的冬季太湖竺山湾浮游细菌和沉积物细菌群落结构和多样性研究

为了探究太湖竺山湾浮游细菌及沉积物细菌群落的结构及多样性变化,考察细菌与环境因子之间的生态耦合关系,基于16S rRNA基因的高通量测序技术,研究冬季太湖竺山湾的浮游细菌和沉积物细菌群落结构和多样性,对相对丰度排名居前10位的优势浮游细菌属与p H值、溶解氧浓度、叶绿素a浓度、藻密度、总氮浓度和总磷浓度等环境因子进行冗余分析。结果表明,从门水平来看,水样和沉积物中蓝藻细菌门(Cyanobacteria)平均相对丰度均较高,分别为46.95%和22.19%;从纲水平来看,水样中的优势细菌主要为未分类的放线菌纲(unidentified Actinobacteria)和未分类的蓝藻细菌纲(unidentified Cyanobacteria),相对丰度分别为31.87%和30.46%,而沉积物中则主要为Chloroplast(14.34%)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria,10.97%)和硝化螺旋菌纲(Nitrospira,9.89%);从属水平来看,水样中微囊藻属(Microcystis)占优势,其次为hgc I clade,沉积物中微囊藻属和未分类的硝化螺旋菌属(unidentified Nitrospiraceae)占优势。通过研究发现水体中微囊藻属相对丰度最高,且与藻密度、溶解氧浓度和p H值呈正相关。     

土壤腐殖质氧化还原电位及其相应电子转移能力分布

本实验以土壤提纯腐殖酸及国际标准腐殖酸(Pahokee Peat Humic Acid,PPHA)为研究对象,测定腐殖酸与3种不同氧化还原Eh的铁矿物(水铁矿(Ferrihydrite)Eh0'=0 m V,赤铁矿(Fe2O3)Eh0'=-287 m V,磁铁矿(Fe3O4)Eh0'=-314 m V及溶解性铁铁氰化钾Eh0'(Ferricyanide=+430 m V)的氧化还原反应,结合Eh-p H计的实验体系,分析腐殖质分子氧化还原官能团的分布规律.磁铁矿同时拥有二价和三价铁离子,具有与腐殖质发生氧化或者还原反应的条件.不同土壤腐殖酸与磁铁矿反应表现的还原/氧化能力不同,这是由于腐殖酸的不同Eh引起,在此基础上测量显示原态下腐殖酸Eh值大约为245 m V,H2还原后,Eh值降低至-620 m V,表明腐殖酸的氧化还原Eh是不同种类和数量的氧化还原官能团Eh叠加值.分析标准腐殖酸在不同氧化还原Eh下的氧化/还原能力显示原态下标准腐殖酸的氧化还原Eh分布比较均匀,还原态腐殖酸在Eh0范围存在易于被氢气还原的官能团,具有显著的还原能力.     

以PHBV为固相碳源同时去除地下水中硝酸盐氮和对氯苯酚的试验研究

化肥和农药的施用导致中国的地下水中硝酸盐氮和农药污染同时存在,并成为威胁人体健康的重要因素之一。其中氯酚类物质是一类常见的农药,具有高毒性和难降解性。目前,关于固相反硝化用于硝酸盐氮和对氯苯酚同时去除的研究较少,并且对微生物群落结构演变情况的分析还鲜见报道。论文以聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)为反硝化固体碳源,通过序批试验研究同步去除硝酸盐氮和对氯苯酚的效果,并探讨对氯苯酚的加入对反硝化速率的影响;利用末端限制性长度多态性分析(T-RFLP)技术,使用Alu I酶切总细菌16S r RNA,研究对氯苯酚的存在对微生物群落的影响。结果表明,(1)在50 mg·L-1的硝酸盐氮(NO3--N)的浓度水平下,对氯苯酚(4-CP)的加入前后,硝酸盐氮(NO3--N)的去除率为(97.5±1.2)%和(95.3±1.7)%,总体上使去除效果略有降低;在10 mg·L-1的质量浓度水平下,对氯苯酚24 h的平均去除率为45.4%,其去除85.5%是由于微生物的降解作用引起的。(2)从对氯苯酚的加入到第45天的时间内,反硝化速率表现为先下降后上升,说明对反硝化速率起到先抑制后促进的作用。(3)在对氯苯酚加入前后45 d内,系统微生物群落结构发生明显的变化,趋向于多样化和均匀化。     

土壤反硝化过程速率测定方法

土壤反硝化过程是指土壤中的硝酸盐、亚硝酸盐等含氮物质在反硝化微生物的作用下还原成氮气(N_2)、一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N_2O)等气体的过程,是氮循环中重要的过程之一.反硝化的中间产物N_2O是一种重要的温室气体,其中从土壤中释放的量占地球总排放量的70%.反硝化作用主要由硝酸盐还原酶(nitrate reductase,Nar)、亚硝酸还原酶(nitrite reductase,Nir)、一氧化氮还原酶(nitric oxide reductase,Nor)和氧化亚氮还原酶(nitrous oxide reductase,Nos)所催化,相应的编码基因分别为nar、nir、nor和nos.多种土壤反硝化速率测定方法因技术、设备、实验设计等原因存在不同优缺点,据此在自己的研究中选择合适的方法至关重要.测定土壤反硝化的方法目前主要有乙炔抑制法、~(15)N同位素示踪法、N_2直接测定法、硝酸盐消失法、质量守恒法和化学计量法等6种方法.乙炔抑制法,操作简单,但是不适合土壤养分含量低的土壤;~(15)N同位素示踪法测定结果比较精确,但是价格昂贵,成本高;N_2直接测定法则需要精密的仪器.今后反硝化过程测定方法的发展不仅是测量方法的改进,也需要注重精密仪器的研发.(表3参62)     

多孔钛板负载Pd-Cu催化还原水中硝酸盐氮的研究

研究了多孔钛板负载Pd-Cu(1:1)催化剂作为阴极,利用电化学反应器脱除水中的硝酸盐氮,在pH值为6.4,电极板的电流密度为2.3mA·cm-2的条件下,以0.1g·1-1无水硫酸钠作为支持电解质,反应4h后,硝酸盐氮的去除率可以达到36%,出水浓度已接近饮用水标准,然而在此催化剂负载比例下对副产物氨氮的选择率非常高.反应在300mA,pH值为6.4时脱硝效果最高.在合适的浓度下,NO3-占优势地位,受竞争吸附影响小,同时电极板吸附位未达到饱和时,电催化反硝化反应符合表观一级反应动力学.另外,溶液的传质对反硝化没有显著影响;进水口的外露形成的水流跌落有利于NH3的逸出,反应溶液中的NH4 -N副产物减少,但是硝酸盐氮的去除效果受到影响.     

水环境中不同氧化还原条件的氢浓度特征

对氯乙烯生物降解过程中不同氧化还原条件的氢浓度特征进行了研究 ,并揭示氢浓度、氧化还原条件、以及氯乙烯降解之间的关系 .结果表明 ,反硝化、锰还原、铁还原、硫还原、产甲烷、PCE/TCE脱氯、cis DCE脱氯以及VC脱氯的氢浓度特征值分别为 0 1— 0 4nmol·l- 1,0 1— 2 0nmol·l- 1,0 1— 0 3nmol·l- 1,1 5— 4 5nmol·l- 1,5— 1 3nmol·l- 1,0 6— 0 9nmol·l- 1,1 0— 2 5nmol·l- 1和 >1 0nmol·l- 1.水环境的还原性愈强 ,对应的氢浓度特征值愈大 .此外 ,PCE/TCE脱氯表现出与反硝化及铁、锰还原相近的氢浓度特征 ,而cis DCE和VC脱氯的氢浓度特征分别类似于硫还原和产甲烷 .强还原 (如产甲烷 )条件有利于氯乙烯的脱氯 ,当环境中氢浓度水平大于 2nmol·l- 1时cis DCE/VC脱氯和产甲烷过程可同时发生 .     

海洋沉积物-水界面营养盐交换过程的研究1

对胶州湾和渤海沉积物分别进行室内培养实验.结果表明,在沉积物中加入营养盐后,铵氮、硅酸盐由沉积物向水体的迁移增大,铵氮的迁移在总溶解态氮的交换中起主要作用,其交换量约占总溶解态氮扩散量的76%,硝酸盐及磷酸盐由水体向沉积物的迁移减弱.在上覆水中加入营养盐后,硝酸盐、磷酸盐由水体向沉积物的迁移增大,硝酸氮的迁移占总溶解态氮交换的主要部分,约为62%.铵由沉积物向水体的迁移减弱,硅酸盐变成由水体向沉积物迁移.沉积物对于上覆水中营养盐的浓度具有一定的调节作用.无论在充空气或充氮气条件下,磷及硅的交换速率变化不明显,铵氮的迁移占总溶解态氮扩散量的98%以上.充氧条件下硝酸盐由沉积物向上覆水的迁移通量较充氮气条件增加.比较两种不同的通量计算方法(积分和拟合),结果表明由两种计算方法计算的交换速率的变化趋势基本是一致的.