氧化还原介体调控亚硝酸盐反硝化特性研究

采用实验室驯化的亚硝酸盐反硝化菌群作为菌种,优化亚硝酸盐降解条件,探究在氧化还原介体蒽醌-2-磺酸钠(AQS)存在条件下亚硝酸盐反硝化的特性.结果表明,反硝化菌群降解亚硝酸盐的最适条件为:温度35℃,pH为8,丁二酸钠为碳源,碳氮比4∶1,初始亚硝酸盐浓度100 mg.L-1;AQS的最佳投加量为0.16 mmol.L-1,介体调控的反硝化体系氧化还原电位略有降低,维持在-400～-500 mV之间,pH随亚硝酸盐降解速率增加而增大,最终稳定到9～10之间;通过分析反硝化中间代谢产物,推测AQS在亚硝酸盐反硝化过程中不仅起到辅酶CoQ的作用而且加速了细胞色素传递电子的全过程.本研究可为氧化还原介体调控亚硝酸盐反硝化实际应用提供理论基础和优化参数.     

异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL的脱氮过程及N2O产生特性

由于含氮废水的大量排放,水体富营养化日趋严重,如何高效去除废水中的氮素仍是亟待解决的问题.针对传统生物脱氮工艺流程复杂、能耗高、抗冲击能力弱以及释放温室气体N_2O等缺陷,本文基于高效异养硝化细菌Pseudomonas aeruginosa YL,通过探讨其生理生化特征、异养硝化-好氧反硝化脱氮过程和N_2O产生特性,进一步解析异养硝化脱氮理论.结果表明,菌株YL具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,24 h培养期100 mg·L~(-1)的NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N能够完全去除;异养硝化过程几乎无中间产物生成,但以NO_3~--N作为氮源时,NO_2--N累积量高达25. 55 mg·L~(-1).同时,反硝化功能基因nap A、nir K和nos Z基因的成功表达,进一步证实菌株YL具有好氧反硝化能力.菌株YL异养硝化-好氧反硝化过程气态氮产物约占去除TN的30%～40%,脱氮产物主要为N2,当NH_4~+-N、NO_2--N和NO_3~--N分别为唯一氮源时,N2生成量分别为3. 46、3. 49和3. 36 mg.相比较,菌株YL脱氮过程仅生成微量的中间产物N_2O,以NH_4~+-N为唯一氮源时的最终生成总量为6. 63μg,低于以NO_2--N和NO_3~--N为唯一氮源时N_2O的生成量.此外,高C/N、低pH、高温以及高NH_4~+-N和NO_2--N环境均会导致N_2O的大量生成,但大多数环境因素对菌株YL的N_2O生成量影响较小,且其最高生成量显著低于短程硝化系统和自养硝化系统.以上研究结果表明菌株YL具有优异的脱氮、N_2O控逸和环境耐受能力,可有效避免水处理过程对大气的二次污染.     

造纸污泥中木质素的提取及其改性研究

针对木质素的特性,从造纸污泥中用酸析法提取,提取产物进行磺化改性,探讨了反应温度、时间、pH值等因素对磺化产物的影响。研究表明,磺化反应的适宜条件为木质素∶亚硫酸钠=4∶3、pH=10.5,80～90℃下加热4h,FeCl3可作为木质素磺化反应的催化剂。改性产品经测定,表面活性有明显提高,各项指标基本符合国家标准。     

硝化产物对硝化细菌混培物保藏特性的影响

采用添加硝化产物的方法,研究了饥饿保藏过程中硝化产物对硝化细菌混培物活性和相关性状的影响.结果表明,饥饿保藏过程中添加亚硝酸盐可改善硝化细菌混培物的保藏效果,并明显降低硝化活性的衰减速率.缺氧条件下,4℃加5mmol/L亚硝态氮、4℃加5mmol/L硝态氮及4℃不加代谢产物3种保藏方法下的硝化活性均呈指数衰减,衰减速率分别为0.010d-1、0.020d-1、0.021d-1,半衰期分别为72.3、33.9、32.7d;硝化活性趋于稳定时,3种方法下的硝化活性保留率分别为18.7%、19.1%和15.1%,总菌体量保留率分别为62.0%、47.3%和58.7%;随着饥饿保藏时间的延长,各方法下的硝化细菌混培物ATP含量和血红素c含量均随硝化活性的衰减而下降,混培物颜色也随硝化活性的衰减而变黑.     

1株好氧脱氮菌的筛选与脱氮特性研究

研究好氧反硝化菌的筛选、生物脱氮机制及代谢特征.采用极限稀释及平板划线法对好氧条件下能同步硝化/反硝化的细菌进行广泛筛选,分离到6株具有好氧脱氮效果的异养菌,其中YY-5菌具有高效的好氧脱氮能力.对该菌株好氧脱氮过程气相和液相中可能生成的气态产物以及硝态氮等形式的含氮产物变化进行定量检测分析,探讨脱氮过程氮素的去向及其...     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

多孔钛板负载Pd-Cu阴极电催化还原饮用水中硝酸盐的研究

研究了以多孔钛板负载钯-铜(4∶1)合金作为阴极,通过电催化还原脱除饮用水中硝酸盐氮的效果和主要影响因素.试验表明,电催化反硝化的主要产物为氮气,钯-铜合金的电催化活性可达到16.69 mg/(g·h)、选择性可达96.9%.在低硝酸盐氮浓度下,电催化反硝化反应符合表观一级反应动力学,高浓度时符合零级反应动力学.当槽压低于1.5V或电流强度小于5mA时,阴极几乎不会发生硝酸盐氮的还原反应;而当槽压大于4.2V时或电流强度大于30mA时,阴极生成氨氮的副反应显著增加.中性条件下电催化反硝化的活性和选择性都能达到较好的效果,酸性条件下反应活性增加但选择性降低.溶液中的传质对反硝化没有显著影响.溶液中存在的其它阴离子对反硝化不利,不同阴离子对反硝化反应的影响次序为ClO₄^-3^--.     

精□唑禾草灵和1-氨基-2,4-二溴蒽醌光致毒性演变过程与机理

研究了除草剂精□唑禾草灵和染料中间体1-氨基-2,4-二溴蒽醌对大型□(Daphnia magna)的光致急性毒性作用机制. 精□唑禾草灵(EC₅₀ 95%置信区间为4.62～6.63 mg/L)光解生成光稳定性以及急性毒性更大的产物□唑酚(EC₅₀ 95%置信区间为1.49～1.64 mg/L),推测精□唑禾草灵通过光修饰作用机制对大型□发挥光致毒性作用. 1-氨基-2,4-二溴蒽醌通过光化学转化生成二聚体,光修饰作用降低了其母体化合物的光致毒性. 在1-氨基-2,4-二溴蒽醌和模拟日光单独存在的条件下,大型□体内的活性氧物种(ROS)没有明显变化;在1-氨基-2,4-二溴蒽醌和模拟日光共同存在的条件下,生物体内的ROS呈先增加后降低的趋势. 另外,添加抗氧化剂可以减弱1-氨基-2,4-二溴蒽醌对大型□的光致毒性. 结果表明,光敏化作用是1-氨基-2,4-二溴蒽醌对大型□产生光致毒性的主要作用机制. 含时-密度泛函理论(TD-DFT)的计算结果表明,1-氨基-2,4-二溴蒽醌在水溶液中能够通过能量传递和电子转移2种方式发生光敏化反应.      

不同有机物对厌氧氨氧化耦合反硝化的影响

通过连续试验和血清瓶批式试验研究了不同种类有机物对厌氧氨氧化耦合异养反硝化脱氮性能的影响.结果表明,从TN去除率来看,对耦合反应器的影响:苯甲酸钠<邻苯二酚<间苯二酚<丙酸钠<乙酸钠;苯甲酸钠、邻苯二酚、间苯二酚、丙酸钠和乙酸钠对厌氧氨氧化菌的影响很小.苯酚反硝化菌能利用苯甲酸钠、邻苯二酚、间苯二酚、丙酸钠和乙酸钠作为电子供体进行反硝化.不同有机物对苯酚反硝化菌的影响不同,进而影响苯酚反硝化菌与厌氧氨氧化菌之间的协同和竞争关系.苯甲酸是苯酚降解过程中可能的中间产物.     

菌株HP3对溴胺酸的降解机理

通过正交试验,得到菌株HP3降解溴胺酸最佳条件为温度30℃,pH值7.0,摇床转速160r/min,培养基中不含NaCl有利于溴胺酸的降解.在此条件下,溴胺酸的降解遵从负指数模式.葡萄糖和硫酸铵的加入显著地提高菌体降解溴胺酸的速度.不同金属化合物对菌株HP3降解溴胺酸有不同程度的抑制作用,其中以HgCl₂和AgNO₃最显著.菌株HP3能降解化合物蒽醌、1,4,5,8-四羟基蒽醌和1-氨基蒽醌-2-磺酸钠,表明该菌株对底物的降解没有严格的专一性.溴胺酸经菌株HP3作用后吸收光谱发生明显变化.TOC分析表明,菌株HP3将溴胺酸的蒽醌环破坏后利用其中的一部分有机碳.液相色谱检测有中间产物邻苯二甲酸生成.溴胺酸降解终产物分子量为289和290.     

生物膜接触氧化法处理苯胺废水

以AN3菌和硝化类细菌构成的复合生物膜降解苯胺 ,研究挂膜过程中苯胺代谢产物的变化情况、生物膜内异养菌与硝化类细菌生态分布情况 ,以及水质条件对苯胺代谢速率的影响 .结果表明 ,挂膜期间苯胺中的氮首先被降解成氨 ,然后进一步生成亚硝酸根或硝酸根 .反应器内的稳定生物膜主要由AN3菌构成 ,但靠近出水位置生物膜中的硝化类细菌密度较进水位置高 10 0倍以上 .生物膜代谢的最佳pH值范围是 6 9— 7 5 .重金属离子 ,尤其是Hg2 ,通常会对生物膜的代谢活性产生抑制作用     

蒽醌系染料废水的3R处理技术进展与展望

综述了近年来蒽醌系酸性、分散和活性染料及其中间体的减量化合成工艺进展．其中包括1-氨基蒽醌溶剂法α-硝化,溴氨酸和1,4-二羟基蒽醌的新合成方法,CI酸性蓝45,分散蓝73的合成新工艺等。同时综述了含蒽醌系染料及其中间体废水的高效处理工艺即无害化与资源化处理方法。进一步对蒽醌系染料的清洁生产和循环经济进行了技术展望．     

2种生物反硝化法去除地下水中硝酸盐的研究

采用砂柱装置,在实验室研究了自养微生物和异养微生物2种生物反硝化方法对地下水中硝酸盐的去除效果。自养反硝化反应在以硫作为电子供体的硫/石灰石/细沙反应柱中进行,异养反硝化反应在石灰石/细沙反应柱中进行,进水增加乙醇作为外加碳源。实验结果用以比较2种反硝化方法在硝酸盐去除率、微生物反应动力学和反应产物三者的异同。结果表明,自养反硝化反应中NO3--N去除率达95.4%,异养反硝化反应去除率可达99.3%;分别与Monod微生物0级、1/2级和1级反应动力学方程进行拟合,2种反硝化反应均符合1/2级微生物反应动力学,适合用1/2级微生物反应方程描述;在反应结束阶段,自养反硝化主要反应产物SO42-出水浓度低于250mg/L,异养反硝化副产物CH3OO-易成为二次污染源,异养反硝化的反硝化速率明显高于自养反硝化反应。     

氧氟沙星敏化光解磺胺甲恶唑

抗生素是环境中广泛存在的一类新兴污染物,因其可诱导细菌抗药性及产生抗性基因而备受关注.本研究发现氟喹诺酮类抗生素具有的光化学活性,可能影响共存的磺胺类抗生素（SAs）的转化.系统考察了一种典型的氟喹诺酮类抗生素—氧氟沙星（OFLO）对磺胺甲恶唑（SMX）的光化学转化.结果表明,在365 nm紫外光照条件下,OFLO可以有效敏化光解SMX.激发三重态（³OFLO^*）是促进SMX光解的主要活性物质.密度泛函理论（DFT）计算结合高分辨率质谱（HRMS）分析表明,³OFLO^*将SMX分子中的氨基氮氧化成一个自由基阳离子（R-NH₂^?+）.该自由基阳离子可水解生成羟胺衍生物,并进一步氧化生成亚硝化和硝化产物.此外,它们也可以二聚生成偶氮产物.光反应过程中,敏化剂OFLO也发生了降解.但OFLO的光解产物均保留了核心喹诺酮结构,因此也保留了OFLO分子的光敏活性.该研究有助于进一步了解抗生素复合污染情况下的环境行为,具有重要的环境意义.     

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.      

全耦合活性污泥模型(FCASM3)Ⅰ:建模机理及数学表征

在充分分析活性污泥系统中生物反应机理的基础上,建立了活性污泥系统生物去除营养物质的细观机理模型--全耦合活性污泥模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.3,简称FCASM3).FCASM3将系统中微生物划分为8类菌群,包含31种组分、72个子过程;该模型的主要特点是将活性污泥系统中的微生物进一步细化,充分考虑了系统中微生物间的相互作用.FCASM3引入了硝化-反硝化过程中的中间产物亚硝酸盐.实现了对两步硝化-反硝化过程的模拟;FCASM3不仅包含聚糖菌的有关生物反应过程,而且还考虑了聚磷菌(非反硝化聚磷菌和反硝化聚磷菌)以及聚糖菌的厌氧维持过程,为直接体现温度对生物反应的影响,FCASM3将温度作为一个变量直接耦合到生物反应速率方程中.     

蒽在黑麦草体内的代谢作用

以黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)为供试植物,采用水培试验方法,研究了植物对蒽的代谢作用,并分析了其代谢产物.结果表明,经蒽培养液处理96h并转入无蒽培养液培养后0~16d,黑麦草体内蒽的含量由0.760mg/kg降为0.147mg/kg,减少80.6%,主要为植物所代谢;根部是代谢蒽的主要部位;蒽的一级代谢产物为蒽醌和蒽酮,0~16d,蒽酮在黑麦草体内总体上呈积累态势,而蒽醌则会被进一步代谢,蒽醌和蒽酮可以由根系向培养液中释放,也可由根向茎叶传输;黑麦草对蒽酮和蒽醌的传输系数(TF)分别为0.796~1.285和0.239~0.653,蒽酮更易在黑麦草体内传输.     

醌基功能型高分子生物载体(PET-AQS)制备及催化生物反硝化特性研究

通过化学合成,将蒽醌磺酸钠(AQS)固定在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上形成醌基功能型高分子生物载体并研究其在生物反硝化上的应用.通过红外光谱衰减全反射法(ATR-IR)和能谱(EDS)分析,醌基基团成功固定在高分子表面,且醌基质量摩尔浓度为0.140 6 mmol·g-1.醌基功能型高分子生物载体(PET-AQS)能加速生物反硝化,且速率常数Kx与载体投加浓度呈零级反应动力学.在投加PET-AQS 0.056 2 mmol的反硝化体系中,循环使用10次,反硝化速率均是空白体系的1.2倍以上,表明PET-AQS具有良好的重复利用稳定性,有利于实际应用.     

搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响

为揭示搅拌速率对异养反硝化过程N_2O产生过程的影响,选用经全程和短程反硝化序批式反应器驯化的活性污泥,基于N_2O连续监测技术,研究了搅拌速率分别为200、300和400 r/min时不同进水C/N比条件下异养反硝化过程N_2O的产生特征。研究结果表明,搅拌速率变化对全程反硝化过程和短程反硝化过程N_2O产生的影响结果不尽相同。在全程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率随着搅拌速率的增加而增加;在短程反硝化过程中,N_2O的生成速率和降解速率不会随着搅拌速率的增加而增加;短程反硝化过程N_2O的产生量和排放量大于全程反硝化过程。在保证混合效果的前提下,异养反硝化过程应在尽可能低的搅拌速率下运行,可以使反硝化过程产生和排放的N_2O量达到最小。     

基于猪场废水脱氮的典型木质素降解中间产物反硝化性能

猪场废水高效生物脱氮通常面临碳源不足的问题,秸秆在猪场周边广泛存在,是废水脱氮的潜在碳源来源,但其中的木质素难以被生物降解与利用.选取木质素降解过程的典型中间产物肉桂酸、对香豆酸和阿魏酸为研究对象,探究了其用作碳源的反硝化脱氮性能,以期为猪场废水脱氮过程秸秆“返碳”利用提供理论依据.批次试验表明,当C/N由6依次降低至3时,肉桂酸、对香豆酸和阿魏酸作为碳源时的最大比反硝化速率测定值分别为9.4、8.6、1.1 mg·g^-1·h^-1.采用Haldane模型拟合,计算出这3种中间产物作为碳源时的最大比反硝化活性分别为20.7、17.0和1.6 mg·g^-1·h^-1.肉桂酸用作反硝化碳源的潜力大于对香豆酸,阿魏酸则难以作为碳源进行反硝化脱氮.长期试验表明,随着反应器进水C/N由3升高至6,肉桂酸和对香豆酸的硝酸盐去除率分别稳定在90%和85%左右.高通量测序结果表明,肉桂酸组的污泥中典型反硝化细菌Thauera的丰度高于对香豆酸组,故反硝化效果更好.综上所述,定向调控木质素降解为肉桂酸有望缓解猪场废水生物...