生物滞留系统中~(15)NO_3~-的迁移转化及丹麦草对此过程的影响研究

通过构建模拟试验,利用~(15)N同位素示踪技术研究~(15)NO_3~-在生物滞留系统中的迁移转化以及丹麦草对此过程的影响。结果表明:在处理组(植物组)中约79.6%的NO_3~-发生了转化,其中反硝化作用、硝酸盐异化还原为铵(DNRA)、微生物固定和植物吸收参与转化分别占所添加~(15)N的32.7%、10.4%、24.2%和12.3%;在对照组中,约60.5%的NO_3~-发生了转化,其中反硝化作用、DNRA作用和微生物固定参与转化部分分别占所添加~(15)N的21.6%、19.5%和19.4%。两组中,反硝化作用均为优势反应,其次是微生物的固定和DNRA作用。在处理组中,丹麦草的直接吸收对NO_3~-的去除起到一定作用,同时间接促进了反硝化作用和微生物固定,加快了生物滞留系统对NO_3~-的去除。     

蓝藻水华对太湖水柱反硝化作用的影响

反硝化作用是湖泊水体最主要的脱氮过程,对减轻湖泊的氮素污染和富营养化控制具有重要意义.蓝藻水华暴发和衰亡可能会通过改变水体氮素循环途径及微环境来促使反硝化作用直接在水柱中发生,加速氮的去除.为了验证这一假设,取太湖湖水添加不同生物量的蓝藻和连续10 d的NO_3~--N、PO_4~(3-)-P营养盐,进行蓝藻生长与降解对反硝化影响的模拟实验,测定蓝藻水华期水体藻类生物量和各形态氮浓度的动态变化,同时利用~(15)N同位素添加培养结合膜进样质谱仪(MIMS)实时定量测定反硝化速率.结果表明,蓝藻在生长期吸收氮素转变为颗粒氮,在衰亡期藻细胞通过降解矿化释放了大量的NH_4~+-N,继而转化为NO_3~--N,为反硝化作用提供底物,是大幅度促进水体反硝化作用的关键;反硝化速率(以N2计,下同)最高达到(1 614. 52±301. 57)μmol·(m~2·h)~(-1),是同时期最低蓝藻生物量组反硝化速率[(534. 45±242. 18)μmol·(m~2·h)~(-1)]的3倍,实验结束时添加初始蓝藻生物量倍数最高组的TN去除率达最高(40. 02%),是未添加蓝藻组TN去除率(17. 72%)的2. 26倍,说明蓝藻堆积会显著促进反硝化作用的强度,加速水体氮素的去除.蓝藻衰亡时反硝化速率的快慢受NH_4~+浓度的影响显著,表明附着在藻团的微生物的耦合硝化-反硝化作用是氮盐去除的主要途径.本研究结果表明,水华蓝藻生长期快速吸收氮素转变为颗粒氮,蓝藻死亡降解后通过耦合硝化-反硝化作用加速氮素去除,这可能是太湖夏季氮素浓度降低的原因之一.     

蓝藻水华对太湖水柱反硝化作用的影响

反硝化作用是湖泊水体最主要的脱氮过程,对减轻湖泊的氮素污染和富营养化控制具有重要意义。蓝藻水华暴发和衰亡可能会通过改变水体氮素循环途径及微环境来促使反硝化作用直接在水柱中发生,加速氮的去除。为了验证这一假设,取太湖湖水进行蓝藻的生长与降解对反硝化影响的模拟实验,不同初始生物量的蓝藻和连续添加NO3--N、PO43--P营养盐10d,测定蓝藻水华期水体各形态氮及其浓度变化,同时利用15N同位素添加培养结合膜进样质谱仪(MIMS)实时定量测定反硝化速率。结果表明,蓝藻在生长期吸收氮素转变为颗粒氮,在衰亡期藻细胞的降解为反硝化作用提供充足的底物,其中以NH4+为主要氮源,是大幅度促进水体反硝化过程的关键,反硝化速率(以N2计,下同)最高达到(1614.52±301.57)μmol·(m2·h)-1,比同时期最低蓝藻浓度组反硝化速率[(534.45±242.18)μmol·(m2·h)-1]高了3倍;添加初始蓝藻浓度倍数最高组的TN去除率达最高(40.02%),是未添加蓝藻组TN去除率(17.72%)的2.26倍。说明系统中存在氮元素转移和去除机制,并且蓝藻浓度刺激了反硝化活跃的强度。蓝藻衰亡时反硝化速率的快慢受NH4+浓度的影响显著,表明附着在藻团的微生物的耦合硝化-反硝化作用是氮盐去除的主要途径。本研究结果表明,水华吸收氮盐并且可加速氮素去除效率,这可能是太湖夏季氮素较低的主要原因。     

污水氮浓度对粉绿狐尾藻去氮能力的影响

粉绿狐尾藻是构建人工湿地的重要植物,对污水具有较强的净化作用,但有关其去氮能力及其与污水氮浓度的关系尚不清楚.本试验采用人工模拟盆栽试验,设2、5、10、20、100、200、400 mg·L~(-1)共7个氮水平,研究污水氮浓度对粉绿狐尾藻去氮能力的影响.结果表明,氮浓度不高于20 mg·L~(-1)时,前3周粉绿狐尾藻以20 mg·L~(-1)生长最好,处理1周水体总氮和氨氮的去除率接近100%,而硝态氮浓度低、变化不大;粉绿狐尾藻氮含量因氮浓度变化不大但部位间有"上高下低"趋势,且粉绿狐尾藻还利用了底泥氮.氮浓度100~400 mg·L~(-1)时,4~5周以氮浓度200 mg·L~(-1)粉绿狐尾藻生长最好;处理5周总氮去除率依次为76.5%、71.5%和48.1%,氨氮去除率依次为99.6%、99.3%和60.2%;各处理硝态氮去除率约为50%且处理间差异不大;粉绿狐尾藻氮含量随氮浓度而升高,但部位间差异小、呈均匀分布;粉绿狐尾藻积累氮、底泥固定氮分别占水体去除氮的27.9%~48.4%和12.2%~24.4%.因此,粉绿狐尾藻去氮能力受污水氮浓度的显著影响,去除氨氮率显著高于硝态氮;氮浓度还影响粉绿狐尾藻对氮的吸收积累和分配机制,值得深入研究.     

白洋淀府河中氮的来源与迁移转化研究

采用δ15N示踪法对白洋淀府河中含氮污染物来源以及氮的沿程迁移转化进行了研究.结果表明,府河氨氮(NH 4+-N)和硝氮(NO 3--N)中δ15N分别为1.35‰～8.01‰,-6.69‰～8.36‰.府河氮污染物的主要来源为保定市生产生活废水,农业面源对河流氮污染的贡献不大.枯水期,府河水体与沉积物之间的物质和能量交换频繁,硝化作用和反硝化作用受水体与沉积物二者的共同影响.丰水期,河流NH 4+-N主要通过植物吸收去除;NO 3--N减少约86.3%,其中反硝化作用贡献为44.6%,水生植物吸收占到55.4%.因此,通过恢复府河水生植物,可以强化植物对河流NH 4+-N和NO 3--N的吸收,从而缓解白洋淀富营养化状况.     

污水地表漫流处理系统中氮的迁移转化试验研究

采用试验室模拟的方法 ,对污水地表漫流处理系统中氮的迁移转化进行了试验研究 ,并对系统中氮的去除进行了分析。结果表明 ,地表漫流处理系统中氮的迁移转化包含 4个过程 :( 1 )土壤表层对NH4 + 的吸附作用 ,( 2 )NH4 + 的硝化作用 ,( 3)NO3- 向厌氧层的迁移作用 ,( 4 )作物吸收和反硝化作用。其中 ( 3)对整个系统氮的去除率起着决定性作用 ,可以通过投加CaCO3来强化系统的脱氮能力     

不同氮、磷浓度对穗花狐尾藻生长及酚类物质含量的影响

为揭示解营养物质对穗花狐尾藻生长及其体内酚类物质的影响,研究了不同氮、磷浓度下穗花狐尾藻体内可溶性糖、可溶性蛋白和总酚含量的变化及与酚类代谢相关酶——苯丙氨酸裂解酶(Pheny lalanine ammonia-lyase,PAL)的活性.结果表明,不同氮、磷条件下,穗花狐尾藻顶端组织中可溶性蛋白含量没有明显变化,低氮、低磷水平下顶端组织中可溶性糖含量分别为50.91、38.25mg.g-1(以干重计),均高于对照组,表明穗花狐尾藻体内可溶性糖对氮、磷胁迫的响应较可溶性蛋白敏感.不同氮浓度(0.875、7.0、56.0mg.L-1)和磷浓度(0.194、1.55、12.4mg.L-1)下,穗花狐尾藻顶端组织中总酚含量分别为44.74、24.42、29.73mg.g-1和37.77、30.60、36.05mg.g-1(以干重计),对应PAL酶活性的变化趋势与酚类物质变化趋势一致,而生物量增长率与酚类物质变化趋势相反,即过高和过低的氮、磷胁迫均会导致穗花狐尾藻生物量增长率的降低及体内酚类物质含量的升高.     

亚铁对水平潜流人工湿地反硝化作用的影响

亚铁离子可以作为电子供体参与反硝化作用,某些微生物可以通过氧化亚铁离子还原硝酸盐,从而去除污水中的硝态氮.本研究通过在潜流人工湿地中添加Fe2+,分析不同初始Fe2+浓度对反硝化过程的强化效果及不同C/N对Fe2+参与反硝化作用的影响.结果表明,Fe2+的添加可以显著提高人工湿地反硝化能力,进水NO-3-N为30 mg·L-1、C/N为2、水力停留时间为1 d,添加45 mg·L-1Fe2+的人工湿地中硝氮去除率可以提高24%;硝氮去除率随初始Fe2+浓度的增加而增加.C/N与初始Fe2+浓度对反硝化作用都具有显著影响且两者具有交互作用,碳源的存在可以促进Fe2+参与的反硝化作用.     

氨氮与镉单一和复合作用对沉水植物穗花狐尾藻和轮叶黑藻光合能力的影响

在水-土环境中,单一物质引起的污染很少,绝大多数污染是多种污染物质共存所造成的.利用碘量法测定溶解氧,研究了氨氮与镉单一和复合作用对沉水植物穗花狐尾藻和轮叶黑藻光合能力的影响.结果显示,氨氮浓度在4.0 mg·L^-1时,对轮叶黑藻有较强的胁迫作用,表现为光合作用的产氧量与呼吸作用的耗氧量均下降,而此浓度对穗花狐尾藻没有表现出胁迫作用;当镉处理浓度为0.2 mg·L^-1时,镉对2种沉水植物都表现出明显的胁迫效应,且对轮叶黑藻的胁迫作用更强;当镉与氨氮复合作用时,对轮叶黑藻产生联合毒害作用,但对穗花狐尾藻毒害作用较轻,可能原因是穗花狐尾藻所含的粗纤维比轮叶黑藻少,细胞壁上能结合重金属的位点较少,所以吸附的镉相应减少,毒性较小.实验结果表明在进行湖泊水生植物修复时,相对于轮叶黑藻,穗花狐尾藻更适合作为生态恢复的先锋物种.     

有机质腐解对穗花狐尾藻生长及生理的影响

以原沉积物和分别添加0.5%与1%有机质(植物残体)的沉积物作为底质培养沉水植物,采用室内模拟实验研究了有机质的腐解过程对穗花狐尾藻生长及生理作用的影响.结果表明,在试验的早期阶段,有机质的腐解对狐尾藻的生长有一定的抑制,但在整个培养阶段,与原沉积物组相比,0.5%有机质的加入,在一定程度上可促进植株生长, 狐尾藻生物量和根系生物量平均增加了12.99%和125.31%,而1%有机质的加入,狐尾藻生长受到抑制.在培养的前16d,有机质的添加抑制了沉水植物狐尾藻叶绿素和可溶性蛋白含量的增加,在培养中后期,0.5%有机质的加入,可促进植株体内可溶性蛋白和叶绿素含量的积累.0.5%有机质添加条件下, 超氧化物歧化酶(SOD)活性持续升高,添加1%有机质和较长时间处理时,狐尾藻抗氧化酶系统活性先升高后降低. 在培养前期,1%有机质添加组植株丙二醛(MDA)含量比原沉积物组提高了20.13%,但与0.5%组差异不显著,即低浓度有机质的增加能促进狐尾藻生长及生理代谢,但随着有机质增加量的升高对狐尾藻的生理活动将产生不利影响.     

芬顿反应强化污泥脱水试验及机理研究

胞外聚合物(EPS)是影响剩余污泥脱水性能的关键因素。脱水试验过程中,将芬顿试剂和剩余污泥混合,控制芬顿试剂和稀硫酸的投加量,测定剩余污泥的毛细吸收时间和比阻,总结出芬顿反应对剩余污泥脱水性能的影响规律。试验表明:Fenton反应的最佳条件是pH为3,H_2O_2投加量为12.4g/L,Fe~(2+)投加量为1.5g/L,反应12min后,对应的毛细吸水时间(CST)和污泥比阻(SRF)分别为21s和0.3×1012m/kg。分析表明:Fenton反应能够破坏剩余污泥中EPS的蛋白质和多糖成分,瓦解EPS锁水结构,改善污泥的脱水性能。     

活性污泥体系中C/N/S对硝酸盐还原过程的影响

采用序批式活性污泥反应器（ASBR）,通过调整进水C/N和S/N,在活性污泥体系中探究电子受体有限的条件下,不同电子供体（有机物或者S^2-）对反硝化和硝酸盐氮异化还原成铵（DNRA）过程的影响.结果表明：较高的C/N进水条件,有利于反硝化过程的进行;而较高的S/N进水条件,更有利于DNRA过程的发生;DNRA过程的特征产物NH₄⁺-N,在C/N/S=2：2：3、2：2：4条件下的出水中较明显,其中C/N/S=2：2：4条件下,NH₄⁺-N浓度达到最高为10.65mg/L.说明在电子受体有限时,过量的电子供体可促使反硝化向DNRA过程转变.采用16SrRNA分子生物学技术对不同C/N/S下的微生物菌群结构进行分析,发现与氮还原相关的Proteobacteria、Anaerolineae、Bacteroidia、Actinobacteria等菌群丰度较高,且Actinobacteria菌与DNRA过程相关.不同电子供体环境下氮转移途径的研究可为污水处理过程中碳,氮,硫的同步去除提供指导.     

潜流型人工湿地污水处理系统氮去除及氮转化细菌的研究

潜流型人工湿地污水处理系统具有一定的氮净化能力，总氮（ＴＮ）去除率分别为４９３４％（芦苇系统）、４５４９％（茭白系统）、３８６９％（无植物系统）．湿地中氮转化细菌丰富，氨化细菌为１０６—１０７ｃｆｕ／ｇ（土壤），亚硝化菌为１０３—１０５ＭＰＮ／ｇ（土壤），硝化菌１０３—１０４ＭＰＮ／ｇ（土壤），反硝化细菌为１０４—１０６ＭＰＮ／ｇ（土壤）．亚硝化菌数量有植物系统高于无植物系统，前部高于后部，硝化菌数量有植物系统高于无植物系统，中后部高于前部．     

Effects of cathode potentials and nitrate concentrations on dissimilatory nitrate reductions by Pseudomonas alcaliphila in bioelectrochemical systems

The effects of cathode potentials and initial nitrate concentrations on nitrate reduction in bio- electrochemical systems （BESs） were reported. These factors could partition nitrate reduction between denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium （DNRA）. Pseudomonas alcaliphilastrain MBR utilized an electrode as the sole electron donor and nitrate as the sole electron acceptor. When the cathode potential was set from -0.3 to -I.1 V （vs. Ag/AgC1） at an initial nitrate concentration of 100 mg NO~-N/L, the DNRA electron recovery increased from （10.76 ± 1.6）% to （35.06 ± 0.99）%; the denitrification electron recovery decreased from （63.42 ± 1,32）% to （44.33 ± 1.92）%. When the initial nitrate concentration increased from （29.09 ± 0.24） to （490.97 ± 3.49） mg NO3-N/L at the same potential （-0.9 V）, denitrification electron recovery increased from （5.88 ± 1.08）% to （50.19 ±2.59）%; the DNRA electron recovery declined from （48.79 ±1.32）% to （16.02 ± 1.41）%. The prevalence of DNRA occurred at high ratios of electron donors to acceptors in the BESs and denitrification prevailed against DNRA under a lower ratio of electron donors to acceptors. These results had a potential application value of regulating the transformation of nitrate to N2 or ammonium in BESs for nitrate removal.     

潜流型人工湿地硝化和反硝化作用强度研究

对芦苇、美人蕉、空白潜流型人工湿地中硝化、反硝化作用强度进行了对比研究. 结果表明, 潜流型湿地硝化作用强度受温度影响显著, 且与总氮、氨氮去除率显著相关. 各湿地硝化、反硝化作用强度的空间分布具有明显分层现象, 湿地表层高于深层. 芦苇湿地表层硝化作用强度呈中间高、两端低的变化趋势; 深层则沿程递减; 反硝化作用强度沿程变化不明显. 垂直流湿地平均硝化作用强度高于水平流湿地; 有植物湿地高于空白湿地; 芦苇湿地高于美人蕉湿地. 植物根系分泌物直接影响硝化作用强度, 根际硝化作用强度由根面至非根区递减. 潜流湿地具有较强的反硝化潜力, 反硝化作用强度明显高于硝化作用强度.     

城市尾水氮代谢过程中芽孢杆菌对微藻作用机制

为了对城市尾水深度脱氮,提高地表水体质量,分别利用微藻（Z）、芽孢杆菌（Y）和微藻芽孢杆菌（ZY）对城市尾水进行脱氮处理与氮代谢菌群特征研究,结果表明,Z和ZY对城市尾水中氨氮的去除效果较好,2组降解率都达到了95%以上.Z对亚硝态氮去除效果最好,芽孢杆菌与微藻的共同作用在氮循环反应中亚硝态氮转化为硝态氮过程发挥出较为强大的稳定效果.芽孢杆菌可以有效去除硝态氮,并可以提高微藻对硝态氮的去除效率.ZY菌对城市尾水中硝态氮的去除效果最好,其降解率高达99%以上,几乎完全去除城市尾水中的硝态氮.在Z中样本数占比较高的菌群分别为Chroococcidiopsis_PCC_7203 （24.38%）、uncultured_bacterium-g_norank_f_A4b （23.65%）、Exiguobacteriu （7.09%）、Leptolyngbya_PCC-6306 （9.41%）和Bacillus （1.99%）.在ZY中样本数占比较高的菌群分别为Brevibacillus （22.94%）、Clostridium（8.78%）和Bacillus （4.88%）,Chroococcidiopsis_PCC_7203 样本数占比仅为7.84%,远远低于Z样本数所占比例.微藻可以很好去除系统中氨氮,芽孢杆菌与微藻联用具有较好的氨氮和硝态氮去除效果,芽孢杆菌具有抑制微藻过度增长作用,防止水体富营养化和黑臭发生.研究可为城市尾水深度处理,防止地表水体富营养化提供数据支持.     

EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对自养生物体系下硝酸盐还原过程的影响

采用厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),以固定浓度的硝酸盐和硫酸亚铁为基质,按不同梯度条件添加EDTA-2Na,进行长时间的培养驯化,研究铁盐脱氮的启动过程,同时探究不同EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对铁自养反硝化过程以及硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的影响.结果表明:经过65d的培养驯化,反应器成功稳定运行.当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)<1.50时,反应器只进行铁自养反硝化过程,NO₃^--N去除率最高仅为71.70%;当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)≥1.50时,反应器同时进行铁自养反硝化与DNRA过程,NO₃^--N去除率最高为99.70%.值得注意的是,在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50时,铁自养反硝化速率达到最大值1.63mg/(L·h)的同时,DNRA的产氨量也达到最大值9.75mg/L.Visual MINTEQ模拟结果表明:EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的摩尔比会影响进水中EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的存在形态,物质的量比越大,FeEDTA^2-度越高,Fe...     

人工湿地处理低碳氮比污染河水时的脱氮机理

针对人工湿地处理城市污染河水时出现的脱氮效果不佳的问题,以受到严重面源污染的镇江古运河水为例,采用芦苇碎石床复合垂直流人工湿地小试装置研究了人工湿地处理此类低碳氮比污水时的脱氮机理.试验结果表明,人工湿地对于污水中氮的去除主要发生在表层30cm处,其去除机理主要包括填料、植物根系等对悬浮态氮的过滤、截留作用,微生物对溶解态氮的硝化反硝化作用以及植物的吸收作用;湿地下部由于碳源缺乏抑制了反硝化过程,基本不能发挥除氮的作用;对于硝氮浓度高的污水,通过补充有机碳可以有效提高除氮效果,但对于氨氮浓度高的污水,补充有机碳没有明显的效果.     

催化铁强化低碳废水生物反硝化过程的探讨

研究了低碳氮比条件下催化铁耦合生物反硝化的脱氮效率以及N2O产生.结果表明,相对常规低碳氮比反硝化,催化铁耦合组能大大提高硝酸根的转化率,但产生亚硝态氮积累,总氮去除率变化不大.耦合组N2O释放量高于常规生物对照组,源于亚铁氧化物与亚硝酸根的化学反应,但最高累积量小于8%,且可继续生物还原为N2.催化铁可以消除体系的溶解氧和降低氧化还原电位,对维持缺氧反硝化环境有利.     

一株反硝化细菌的鉴定、功能基因检测及其反硝化特性

采用富集培养和BTB(溴百里酚蓝)平板法从活性污泥中分离出一株高效的反硝化菌ADH1。结合16S rDNA系统发育分析结果和生理生化反应,将该菌鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),经检测该菌株中存在反硝化功能基因nirS和nosZ,并由此推知其具备完整的反硝化酶系。通过这两种功能基因的系统发育分析,从另一角度证实了菌株ADH1属于Pseudomonas sp.。反硝化特性研究结果表明,在静置条件下,该菌在16 h内对NO3--N的转化率达到96.1%,其中84.7%的NO3--N完全经反硝化作用从培养液中去除,剩余的则被菌体同化吸收;而在150 r/min的振荡培养条件下,该菌在10 h对NO3--N的转化率高达97.8%,TN去除率也超过40%。研究结果表明菌株ADH1可能是一株有着良好应用前景的高效好氧反硝化细菌。