环境中氮化物迁移转化过程研究进展

本文对近年来国内外有关氮化物迁移转化过程研究取得的新成果作了较为全面的叙述，包括氮化物在不同的生态系统中的硝化和反硝化的规律，转化的动力学以及数学以得的研究成果。     

西南喀斯特区植被恢复对土壤氮素转化通路的影响

氮素是生态系统重要的限制性养分元素之一.研究氮素转化特征对于了解生态系统功能具有重要意义.然而,目前对喀斯特地区氮素转化特征的认识十分有限.同时,喀斯特地区正开展一系列的生态恢复工程措施,生态恢复将对土壤氮素转化过程产生何种影响尚不清楚.为此,本研究在广西环江县喀斯特区域选取3种典型的植被恢复阶段(草地、灌丛、次生林),以农田为参照,采集0~10 cm深度的土壤样品,测定了土壤净氨化速率(净氨化率、真菌氨化和细菌氨化)、净氮矿化速率(净氮矿化、真菌矿化和细菌矿化)、净硝化速率(净硝化、自养硝化、异养硝化、真菌硝化、细菌硝化)及相关土壤理化指标,研究喀斯特区植被恢复对土壤氮素转化速率的影响.结果表明,总体上喀斯特生态系统硝化速率很高,土壤无机氮主要以硝态氮形式为主,其中自养硝化和异养硝化分别占净硝化速率的80%和20%.添加真菌和细菌抑制剂后,氨化速率增加,而硝化速率下降.另外,随着植被的恢复,土壤氮矿化和硝化速率逐渐增加,而氨化速率逐渐下降.其原因与不同植被恢复阶段的土壤有机碳、总氮、硝态氮、微生物量及氮获取酶的活性有密切关系.这些发现为认识喀斯特生态系统氮素循环特征提供了关键的信息.     

平原水库与地下水交互带中氨氮转化规律研究

为掌握年调节型平原水库与地下水交互带氨氮转化规律,以辽河石佛寺水库为例,通过采集交互带土样进行土柱渗水试验和微生物试验,分析氨氮的转化过程及特性,并结合一级反应动力学模型计算氨氮及产物转化速度常数。结果表明土柱0~30 cm在硝化细菌和亚硝化细菌作用下主要发生硝化过程;30~60 cm硝化和反硝化过程同时存在;60~80 cm在反硝化细菌作用下主要发生反硝化过程,到试验结束硝酸盐氮浓度接近0 mg/L。经计算,氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐氮的转化速度常数分别为0.059、0.049、0.036 d-1。由此推断在平原型水库交互带内40 cm以上,氨氮转化以硝化作用为主;60 cm以下以反硝化作用为主,菌种分布规律与氨氮转化过程相一致。该研究为掌握平原型水库交互带氨氮转化机制和保护库区地下水环境提供科学依据。     

碱度对低氨氮部分亚硝化的影响与机理分析

为了探讨进水碱度对低氨氮废水部分亚硝化过程的影响与机理,在控制碱度的条件下启动并运行SBR部分亚硝化反应器。结果表明,控制碱度/NH_4~+-N为3.67～4.05可成功实现低氨氮废水部分亚硝化反应器的启动和稳定运行,亚硝酸盐累积率90%。将稳定运行的SBR部分亚硝化反应器与厌氧氨氧化反应器串联运行,系统TN去除率为37.3%～84.3%。周期试验显示,当碱度值70 mg/L时,SBR部分亚硝化反应器NH_4~+-N转化速率介于2.81～5.67 mg/(L·h),当碱度减小至70 mg/L,NH_4~+-N转化速率明显下降,当碱度60 mg/L时,亚硝化反应停止。机理分析表明,以HCO_3~-盐为碱度物质时,碱度值70 mg/L可导致系统无机碳源匮乏,这是影响NH_4~+-N转化速率和控制亚硝化反应进程的主要原因。     

河水在硝化过程中抑制作用的研究

在河水自净和废水处理中硝化作用是很重要的一种作用,我们研究了河水中无机氮化合物通过硝化作用的转化规律和历程,证明亚硝化菌把氨氮氧化为亚硝酸盐;硝化菌把亚硝酸盐氧化为硝酸盐,典型的硝化历     

一种高效硝化菌联合体的分离

通过最大或然数液体分离法和固体平板分离法从武汉市西湖的湖泊底泥中分离得到了一种以氨盐为唯一能源,具有硝化作用的硝化菌联合体———A2-6-3。经16S rDNA菌种鉴定,此硝化菌联合体包含的菌种归属于硝化杆菌属、硝化螺旋菌属、红假单胞菌属,其中以硝化螺旋菌属为主。对硝化菌联合体A2-6-3进行硝化速率和传代稳定性研究,发现其将氨氮转化为硝态氮的平均硝化速率为4.02 mg/(L.d),最大硝化速率达到13.99 mg/(L.d)。硝化菌联合体A2-6-3的菌群组成和硝化性能传代后保持稳定。     

硝化工艺中硝化菌体的微生物结构及其选择附着生长模式

硝化处理效率低是硝化处理工艺的主要问题。硝化过程主要由硝化细菌完成，因此硝化作用的效果基本取决于硝化菌体的生长状况。文章通过硝化细菌生长方式进行探讨，提出硝化菌体在载体表面选择附着生长模式，对于理解硝化作用与硝化菌体生长的关系，硝化菌全生物膜的生物特征，从而相应地改善载体的优化设计，取得较好的硝化处理效果。     

太湖氮素出入湖通量与自净能力研究

为了探索太湖氮素迁移转化过程,对2009～2010水文年环太湖25条主要河流及太湖梅梁湾、东太湖等典型区域的各形态氮素进行分析,并利用太湖出入湖水量、蓝藻人工打捞量和鱼产量等相关数据,分析计算太湖氮素流动和转化潜力.结果表明太湖全年河道输入氮素总量约7.00×104t,河道出湖氮素总量约4.01×104t.整个水文年中,太湖氮素自净量约3.22×104t,其中反硝化约3.02×104t,沉积物吸附约0.20×104t.在反硝化潜力上,太湖西湖区(如梅梁湾)反硝化潜力远高于东部湖区(如东太湖),而夏季太湖反硝化潜力又高于其它季节.因此,太湖氮素自净作用在湖泊氮素迁移转化中发挥重要作用.     

饮用水中硝酸盐去除方法比较

本文综述了饮用水中硝酸盐的各种去除方法及其优缺点.通过分析比较,认为离子交换法和生物反硝化法都可用于大规模生产饮用水,但最有发展前途目前研究最多的是生物反硝化法.该法将硝酸盐转化为氮气,无废液产生,处理费用低.但异氧反硝化法需进行复杂的后处理除去过量的有机物,自养反硝化法会造成出水硫酸盐含量增高.     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

C/N和污泥浓度对以pH值调控的亚硝化系统影响

pH是亚硝化系统实现并稳定的重要调控手段,为研究不同C/N(0、1、2、3、4)及污泥浓度(污泥量∶配水量为1∶6、1∶3、1∶1)下亚硝化系统的pH变化规律及在不同pH变化下对污染物去除转化过程的影响,以乙酸钠为碳源,采用锥形瓶接种成熟的亚硝化污泥进行了批次试验.结果表明,相同污泥浓度下,C/N越大,pH增量越大,反硝化效率越高;相同C/N下,污泥浓度越大,pH增量越小,反硝化效率越高.反应系统对碳氮的去除转化与pH变化存在较大的相关性,且反硝化与亚硝化反应具有先后顺序.整个系统运行期间,pH上升过程的比COD去除速率是pH下降时的7～16倍,pH下降过程的比氨氧化速率(SAOR)是上升过程的1～20倍,当pH 6. 1,系统失去氨氧化能力.本试验过程中,C/N为4时该系统碳氮去除效率较其他工况最佳,3个污泥浓度下分别耗时480、350、300 min完成氨的转化及80%的COD去除.不同工况下,亚硝化反应在系统内的占比维持在50%以上,且NO-3-N浓度一直低于5 mg·L-1,表明该系统以亚硝化作用为主导.     

含腈污水处理

介绍了安庆丙烯腈──腈纶联合装置污水处理系统工艺路线及运行现状。含腈（氰）污水中主要污染物在生化处理过程中首先被转化为氨氮，然后进一步硝化。但在特定的水质条件下氨氮难以硝化的问题较为突出，对此进行了探讨。     

辽东湾河口潮间带沉积物及附近土壤硝化和反硝化强度研究

以流入辽东湾的4条入海河流(小凌河、大凌河、双台子河、辽河)河口处沉积物和大凌河附近的水稻田土、玉米旱地和芦苇湿地为研究对象,采用悬浮液振荡培养法,测定河流沉积物及附近的土壤硝化强度和反硝化强度。结果显示,4种不同河口沉积物的硝化强度和反硝化强度差异显著,硝化强度在1.32~4.89 mg N/kg·d之间,且小凌河双台子河辽河大凌河;反硝化强度在5.44~10.47 mg N/kg·d之间,且辽河双台子河小凌河大凌河。大凌河不同利用方式的土壤硝化强度在1.32~2.92 mg N/kg·d之间,河流沉积物最小,土壤反硝化强度在3.79~7.72 mg N/kg·d之间,水稻田土反硝化强度最大。总体上,研究对象的反硝化强度大于硝化强度,反硝化除氮能力强。研究结果对于评价河口潮间带地区沉积物及土壤的氮素转化能力有重要参考。     

地表环境氮循环过程中微生物作用及同位素分馏研究综述

综述了氮循环过程中的微生物作用及其研究进展 ,阐述了生物固氮、微生物吸收同化、有机氮素矿化、硝化和反硝化的反应机理及反应过程中的同位素分馏 ,提出了微生物驱动氮循环的简要模型。微生物驱动的氮循环中不同过程有不同的同位素分馏特征 ,生物固氮、土壤有机氮矿化过程中分馏效应小 ,而吸收同化、硝化和反硝化过程中同位素分馏较大 ,利用各个过程不同的同位素分馏特征可示踪含氮物质的来源、转化和迁移等。     

盐分对粉壤土氮转化的影响

采用室内恒温通气培养法,以北京地区耕作层典型粉壤土为对象,研究盐分对土壤氮素矿化和硝化的影响.实验设置了4个不同盐分〔以ρ（NaCl）计,分别为20,30,50和80 mg/L〕处理和对照处理,并在硝化实验的土壤中加入一定量的（NH₄）₂SO₄,分别在30 ℃恒温培养箱中进行为期105 d（矿化）和49 d（硝化）的培养实验.结果表明:在初期的培养中,低盐分有利于土壤氮素转化,ρ（NaCl）为20 mg/L的处理分别比对照处理的累积矿化量和累积硝化量多18.21%和1.87%;而在长期培养过程中,高盐分不利于土壤氮素转化,且ρ（NaCl）越高抑制越明显,其对土壤氮素矿化和硝化的抑制率达到67.92%和62.58%;土壤矿化势和硝化势随w（NaCl）分别呈指数递减,矿化速率常数和硝化速率常数与土壤中w（NaCl）为二次函数关系.      

C/N和污泥浓度对以pH值调控的亚硝化系统影响

pH是亚硝化系统实现并稳定的重要调控手段,为研究不同C/N(0、1、2、3、4)及污泥浓度(污泥量:配水量为1:6、1:3、1:1)下亚硝化系统的pH变化规律及在不同pH变化下对污染物去除转化过程的影响,以乙酸钠为碳源,采用锥形瓶接种成熟的亚硝化污泥进行了批次试验。结果表明,相同污泥浓度下,C/N越大,pH增量越大,反硝化效率越高;相同C/N下,污泥浓度越大,pH增量越小,反硝化效率越高。反应系统对碳氮的去除转化与pH变化存在较大的相关性,且反硝化与亚硝化反应具有先后顺序。整个系统运行期间,pH上升过程的比COD去除速率是pH下降时的7~16倍,pH下降过程的比氨氧化速率(SAOR)是上升过程的1~20倍,当pH6.1,系统失去氨氧化能力。本试验过程中,C/N为4时该系统碳氮去除效率较其他工况最佳,3个污泥浓度下分别耗时480、350、300min完成氨的转化及80%的COD去除。不同工况下,亚硝化反应在系统内的占比维持在50%以上,且NO3--N浓度一直低于5mg·L-1,表明该系统以亚硝化作用为主导。     

SBR工艺中反硝化除磷特性研究

在ＮＯ^-₃-N/COD为0.04、0.095、0.125和0.27条件下,采用SBR反应器研究了反硝化除磷的特性.试验表明,污染物与控制参数（pH、ORP、 DO）具有良好的相关性.在搅拌阶段,ORP可以指示是否发生了反硝化聚磷反应;在好氧阶段,上述3个参数都可以监测TN浓度的低谷（NAS point）,但是pH最为灵敏.在NAS point排放上清液,能提高反应器的效率和出水水质.在反硝化聚磷的过程中,反硝化聚磷菌（DPBs）首先快速将ＮＯ^-₃-N转化为某种中间产物,然后再将该产物逐渐转化为N₂.有机碳源对DPBs的除磷能力有较大影响,当ＮＯ^-₃-N/COD大于0.095时,随着比值的升高,DPBs除磷能力增强.结果表明,为取得良好的反硝化除磷效果,ＮＯ^-₃-N/COD应不低于0.125.     

移动床生物膜系统SND影响因素研究

采用移动床生物膜反应器实现了稳定同步硝化反硝化脱氮.实验研究了C/N对同步硝化反硝化脱氮的影响,结果表明,随着C/N的增加,同步硝化反硝化脱氮效率提高,在好氧条件下总氮去除率最高达到92.9%,但当C/N=12时,TN去除率提高并不明显;实验研究了pH对氨氮和TN去除效果的影响,结果表明,氨氮去除pH适宜区域为8.03~9.01,TN去除pH适宜区域为8.03~8.55;实验分析了实际生活污水中碱度和pH值对脱氮效果的影响,并对比研究了理论碱度和实际碱的关系,结果表明碱度和pH在同步硝化反硝化脱氮中对氮素去除的影响不大,不需要额外调节系统pH,也不需要在反硝化过程中补充碱度.单个周期内同步硝化反硝化过程中pH值和碱度变化规律的研究表明,pH可以指示SND中氮素转化过程.     

土壤化学反硝化及N2O产生机理研究进展

传统观点认为土壤氮素转化要有微生物的参与,但越来越多的研究发现,非生物转化在一些特定条件下同样发挥着不可忽略的作用,该途径下N₂O产生量甚至超过生物学过程而占主导作用.作为一种重要的非生物土壤氮素转化方式,化学反硝化产生途径虽然已经被发现近一个世纪,但在现代生态学研究中通常因研究分散而往往被忽视.鉴于此,对土壤化学反硝化及N₂O产生机制、影响因素的研究进展进行总结,并对化学反硝化的不足和薄弱环节提出展望.结果表明:土壤化学反硝化及N₂O产生的机制主要包括高价氮还原和羟胺分解两种作用;影响土壤化学反硝化的因素主要包括pH、温度、反应底物浓度、有机质、固相界面及金属离子,如高pH、固相界面和Cu2+的存在均会促进化学反硝化过程;不同形态Fe直接参与化学反硝化生成N₂O的途径不同,主要包括Fe2+还原NO₂-和NO₃-,Fe3+氧化NH₂OH.然而,现有研究对于化学反硝化机理的边界划分等问题仍不明确,因此,建议强化羟胺在土壤化学反硝化途径中作用机理的基础性研究,以及多因素综合影响下化学反硝化强度和N₂O产生特征方面的应用性研究.      

东湖氮循环细菌分布及其作用

用最大可能数法测定东湖不同水期水体及底泥中亚硝化、硝化、反硝化和氨化细菌的分布,并分析其作用.结果表明,水体中亚硝化菌的最大可能数丰水期最高,平水期居中,枯水期最小;硝化菌丰水期小于其他2期,而反硝化、氮化细菌均是平水期最高、丰水期次之,枯水期最小.底泥中亚硝化菌n(MPN)丰水期高于另2期,硝化菌枯水期最高,而反硝化菌枯水期低于其它2水期,氮化细菌无差别.对比水相、泥相发现,亚硝化菌丰水期、枯水期泥相均大于水相(p<0.01),平水期无差别.硝化菌在平水、丰水2期的水相中占优势,枯水期差别不大反硝化菌n(MPN)仅在平水期泥相占优势,氨化细菌2相中无差别.氮循环细菌的分布及微环境的差异,促进了有机氮的分解、氮态氮的硝化和挥发及硝酸盐的反硝化作用.研究还发现,水体、底泥中反硝化细菌和氨化细菌1g[n(MPN)]与其气体截流量之间有显著相关(p<0.001),且不同水期产气量不同(p<0.05),表明氨化作用和反硝化作用随水期变化较大.氨化作用可将有机氮转化为铵和氨,促进水体及底泥中的氮以气态氨的形式挥发;反硝化作用将硝酸盐转化为N₂O、N₂,促进氮素释放.