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.     

苯取代化合物对底泥氨氧化活性的抑制作用研究

为研究污染物对氮循环中硝化过程的影响,利用摇瓶实验测定了24种苯取代化合物对底泥氨氧化活性的抑制作用. 结果表明,单取代苯化合物对底泥氨氧化活性抑制作用强弱顺序为:-OH>-NO₂>-NH₂>-Cl>-CH₃>-H;取代基的位置对抑制作用有一定的影响,二甲苯对底泥氨氧化活性抑制作用强弱顺序为:间>邻>对,苯二胺也表现为同样的趋势,但不明显;多取代甲基和氨基,随着取代基个数增加对底泥氨氧化抑制作用有增强趋势. 苯取代化合物对底泥氨氧化活性的抑制作用(IC50,μmol·L^-1)与取代基团电负性之和(∑E)有较好的相关关系:lgIC₅₀=14.72-0.91∑E,苯环上取代基团的∑E越大,该化合物对底泥氨氧化作用的抑制越明显.     

温度、pH值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过厌氧氨氧化速率的测定研究了温度、pH值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响.结果表明:温度和pH值对污泥的厌氧氨氧化活性有明显影响,最佳温度为30～35℃,在20～30℃之间,厌氧氨氧化速率与温度之间的关系可以用修正的Arrhenius方程式描述;最佳pH值为7.5～8.3,在pH值为7.0～9.0之间,厌氧氨氧化速率与pH值之间的关系可以用双底物双抑制剂模型描述;厌氧氨氧化污泥中存在着异养反硝化菌,有机物的存在会导致其与厌氧氨氧化菌之间的基质竞争.     

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.     

氨氧化菌对填埋场CH_4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C2H2)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH4浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH4浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH4协同氧化及铵抑制作用.结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍.铵对CH4氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍.填埋场样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率明显高于一般土壤.     

氨氧化菌对填埋场CH4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C₂H₂)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH₄浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH₄浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率及铵对CH₄氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH₄协同氧化及铵抑制作用. 结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍. 铵对CH₄氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍. 填埋场样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率及铵对CH₄氧化的抑制率明显高于一般土壤.      

土地利用变化对土壤硝化及氨氧化细菌区系的影响

以西藏高原相邻的原始森林、天然草原和农田土壤为研究对象,分别采用室内培养法和nested PCR-DGGE技术,对比研究了这3个生态系统的土壤硝化势、硝态氮浓度以及土壤氨氧化细菌（AOB）菌群区系.结果表明,农田土壤的硝化势和硝态氮（NO 3--N）浓度显著高于相邻的草原和森林土壤,硝化势分别是森林和草原土壤的9倍和11倍,NO 3--N是农田土壤无机氮（Nmin）的主要成分,占无机氮的70%～90%.铵态氮（NH 4＋-N）则是森林和草原土壤中主要的无机氮形态.原始森林和天然草原间的硝化势和硝态氮浓度没有显著差异.原始森林的土壤AOB菌群数量、多样性及均匀度最低.天然草原生态系统转换为农田后,土壤AOB菌群的多样性和均匀度显著降低,但是农田土壤的AOB菌群结构仍与其前身草原生态系统有较高的相似性.原始森林的AOB菌群数量、多样性及均匀度最低直接导致了其硝化势最低;农田土壤的硝化势和硝态氮浓度最高意味着农田生态系统中优势AOB的活性最高.以上结果表明,土地利用变化导致土壤氮素内循环及其关键微生物AOB的多样性与活性均发生显著变化,这些变化会影响土壤环境质量以及生态系统的持续与稳定.     

亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺处理高含氮废水的研究

采用实验室规模的亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺,研究其对高含氮、低C/N废水的处理能力.结果表明,亚硝化反应器的水力停留时间控制在1.0d时,亚硝化活性比较稳定,进水氨氮浓度对其影响不大.进水氨氮浓度在400～600 mg/L时,出水亚硝酸氮浓度都在260～280 mg/L,可以通过控制进水氨氮浓度调节出水亚硝酸氮/氨氮的比率.亚硝化反应器出水的亚硝酸氮/氨氮的比率对厌氧氨氧化脱氮率有重要的作用.当进水氨氮浓度为480 mg/L时,出水中亚硝酸氮/氨氮的比率为1.2左右,进入厌氧氨氧化反应器的氮物质去除率达到     

北运河闸坝区水体氨氧化微生物及硝化活性特征研究

采用分子荧光定量PCR对北运河闸坝区(上游沙河闸和下游杨洼闸)水体中氨氧化细菌(AOB)的amoA基因拷贝数进行定量测定,并研究了闸坝设置和排污口污水排放对AOB的amoA基因拷贝数,硝化活性(NA)和氮素转化的影响.结果表明,1在沙河闸段,AOB的amoA基因拷贝数呈现先上升后下降,排污口处又显著上升的空间变化特征,其变化范围为(1.84±0.09)×10~8~(7.12±0.36)×10~8copies·L~(-1),排污口处最高;在杨洼闸段,amoA基因拷贝数呈现先上升后下降最后趋于平稳的空间变化特征,其变化范围为(3.05±0.15)×10~8~(6.83±0.34)×10~8copies·L~(-1),下游100 m处最高.闸坝的设置和排污口污水的排放对AOB的amoA基因拷贝数和空间分布具有显著影响.2硝化活性(NA)的空间变化特征与AOB的变化特征相同.闸坝的设置和污水排放能促进水体的硝化过程,加快污染物质的降解.3沙河闸排污口处排放的NH_4~+-N可以作为AOB生长的氮源,提高硝化活性,加快NH_4~+-N全向NO_3~--N的转化,促进硝化过程的完全进行;杨洼闸段闸门的开启导致溶解氧的升高和内源NO_3~--N的释放,为AOB的生长提供氮源,提高硝化活性,但造成了NO_2~--N的积累.     

NaCl盐度对氨氧化细菌活性的影响及动力学特性

含盐废水的硝化过程常常出现亚硝酸盐积累,NaCl盐度对氨氧化菌(AOB)活性的影响与动力学特性并不清楚.采用高浓度氨氮污水富集培养AOB,并成功实现短程硝化.对富含AOB的污泥进行荧光原位杂交技术(FISH)分析表明AOB占细菌总数比例为(55±7)%.污泥的最大比氨氧化速率为(0.92±0.13)gN/(gVSS·d).用此污泥考察了NaCl盐度对AOB活性的影响,并测定了10g/L时AOB的动力学参数(KNH3、Ko).试验结果表明,与盐度为0g/L时的AOB活性相比,盐度为15g/L时的AOB活性降低了37%;盐度为30g/L时降低了85%.盐度为10g/L时,AOB的最大比氨氧化速率为(0.62 ± 0.03)gN/(gVSS·d),底物半饱和常数KNH3值为(7.62 ± 0.13)mg/L,氧的半饱和常数Ko值为(0.39 ± 0.04)mg/L,其中KNH3测定值高于ASM2模型推荐值.NaCl盐度对AOB的抑制降低了最大比氨氧化速率,对底物(NH4+-N)传递存在影响.     

间歇曝气对部分硝化-厌氧氨氧化处理氨氮废水的影响

采用间歇曝气在MBBR反应器中成功实现一段式部分硝化耦合厌氧氨氧化(PN/A)过程.结果表明,在实验温度为35℃,进水氨氮浓度为150.00mg/L,进水氮负荷为0.24kg/(m3·d),DO浓度为(1.41±0.24)mg/L条件下,反应器总氮去除效率达到83.74％.生物膜中厌氧氨氧化菌(AnAOB)和氨氧化菌(...     

保存温度及时间对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过改变保存温度和时间,研究了厌氧氨氧化污泥活性的变化规律以及污泥活性恢复能力.结果表明,保存温度、时间对厌氧氨氧化污泥活性影响显著.常温(15±2)℃、低温(5±2)℃对厌氧氨氧化污泥活性影响较小,而中温(30±2)℃、冷冻(-20±2)℃都会使其活性大幅降低,甚至消失.在保存的前30d厌氧氨氧化污泥活性迅速下降,然后趋于缓慢.根据衰减指数模型推出常温状态下衰减指数为0.0324,相对于其他温度最小.并根据保存温度、时间对其影响的特点提出了合适的保存方法,使得厌氧氨氧化污泥的活性能够在较短时间内得到恢复.     

基质性毒物对厌氧氨氧化富集培养物的单独和联合抑制效应

采用分批培养试验和连续培养试验研究了基质性毒物(氨和亚硝酸)对厌氧氨氧化富集培养物的单独和联合抑制效应.试验结果表明,分批培养时,氨和亚硝酸对厌氧氨氧化富集培养物的半抑制浓度及95%可信限分别为1670.3(1518.3~1832.4)mg·L~(-1)和565.3(239.0~916.3)mg·L~(-1),亚硝酸毒性大于氨;氨和亚硝酸对厌氧氨氧化富集培养物的联合抑制效应为独立作用,二者各自对厌氧氨氧化富集培养物产生毒害.在中性环境和高浓度基质条件,高浓度的游离氨和游离亚硝酸会抑制厌氧氨氧化富集培养物,防止游离态基质浓度过高是解决基质自抑制的重要手段.连续培养时,随着氨浓度的上升,反应器效能和联氨含量基本稳定;随着亚硝酸浓度的上升,反应器效能急剧下降,联氨快速累积.基质亚硝酸对厌氧氨氧化富集培养物的抑制源于联氨脱氢步骤受阻,细胞能量代谢不畅,所积累的中间产物联氨作为抑制物可能会进一步加剧抑制效应.     

pH对亚硝化、厌氧氨氧化反应及联合工艺氮素转化的影响

利用具有pH调节功能的序批式反应器,分别接种好氧生物膜和厌氧颗粒污泥,研究了不同pH对自养生物脱氮工艺氮素转化的影响。结果表明:当pH为8.18时,亚硝氮累积速率较高,为0.79 kg/(m3·d)。当pH为7.85时,厌氧氨氧化菌脱氮效能达到最大,为1.52 kg/(m3·d)。联合工艺进水pH为7.7±0.1时,优先控制好氧段pH为7.5左右,厌氧段pH为7.6,氮去除速率高达0.98 kg/(m3·d)。     

游离氨和游离亚硝酸对亚硝态氮氧化菌活性的影响

高浓度游离氨(FA)或游离亚硝酸(FNA)条件下硝化过程常出现亚硝态氮积累,FA、FNA对亚硝态氮氧化菌(NOB)的影响并不清楚.首先用高浓度亚硝态氮污水富集培养NOB,对富含NOB的污泥进行荧光原位杂交技术(FISH)分析表明,Nitrobacter占细菌总数比例为(71±5)%.用此污泥考察不同FA、FNA浓度对NOB活性的影响.结果表明,NOB的活性随着FA浓度的增大逐渐减小,当FA浓度在10mgNH3-N/L左右时,NOB的活性仅为FA为0时的50%.低浓度的FNA(FNA < 0.03mg HNO2-N/L)对NOB活性具有促进作用;当FNA3 0.2mg/L时,NOB的活性被完全抑制.采用Aiba模型计算得到FNA对NOB的抑制常数KI,FNA,NOB为0.0968mg/L. FNA在0.0968mg/L左右时NOB活性仅为FNA为0.003mg/L时的50%.     

HCO3-对部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺脱氮效能的影响

利用已经启动并达到稳定运行的部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺,研究了HCO-3对部分亚硝化-厌氧氨氧化联合工艺脱氮效能的影响.结果表明,当C/N比由2降低到0.17时,因HCO-3投加量的限制,亚硝化区和厌氧氨氧化区p H值大幅下降,从而导致各区域氮素转化效能受限.联合工艺的氮去除速率由1.3 kg·(m3·d)-1下降到0.40 kg·(m3·d)-1,下降幅度达到69.3%.在联合脱氮工艺运行过程中,降低HCO-3对亚硝化菌、厌氧氨氧化菌和硝化细菌活性的影响依次下降.当C/N比恢复到1时,联合工艺的脱氮效能很快恢复到1 kg·(m3·d)-1,说明短期内HCO-3限制对联合工艺氮素转化效能的影响能够快速恢复.通过拟合后发现,进水C/N比值与联合工艺脱氮效能存在明显的相关性.