基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源,比例及迁移转化特征,对河北省张家口市宣化区洋河北岸主要供水区的地下水进行取样分析.基于土地利用类型,综合利用水化学分析方法耦合δ¹⁵N-NO₃^-,δ¹⁸O-NO₃^-双同位素示踪技术对研究区地下水硝酸盐污染来源,贡献率及迁移转化规律进行判断.研究结果表明：研究区氮污染以NO₃^-为主,12处采样点4次采样过程中约77%超出世界卫生组织标准（10mg/L）的限值,其污染在2018年8月（夏季）较为严重,空间浓度插值结果显示硝酸盐呈现出沿河及远岸点位浓度相对较低,中间较为稳定区域浓度较高的空间特征,并表现出不同土地利用类型上污染程度的差异性：旱地浓度最高,城镇次之.稳定同位素模型（SIAR）显示地下水硝氮污染来源中粪肥及生活污水占45.37%,土壤氮来源为41.39%,降水和化肥中NH₄⁺来源占13.24%,与研究区以城镇和耕地为主的土地利用现状较为一致.此外,同位素特征值结果显示氮的迁移转化过程以硝化作用为主.文可为地下水氮的污染来源解析提供更加精准,全面的分析方法进而为污染的防治提供优先治理建议.     

高氨氮废水与城市生活污水短程硝化系统菌群比较

短程硝化是污水脱氮工艺中的重要环节,系统中的菌群结构决定了其处理效果.为探讨短程硝化系统中的微生物对不同污水的适应性,利用细菌16S rDNA克隆文库、磷脂脂肪酸(PLFA)和定量PCR分析方法对高氨氮废水和城市生活污水短程硝化系统中活性污泥的细菌群落结构、总体微生物的多样性以及功能微生物进行了比较.克隆文库结果表明两个系统中细菌群落结构明显不同,城市生活污水中细菌种类更丰富,但两个系统的优势菌群都属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidete).磷脂脂肪酸分析结果显示高氨氮废水短程硝化系统中微生物多样性指数和均匀度指数明显低于城市生活污水.定量PCR结果表明,高氨氮废水短程硝化系统中氨氧化菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)的数量都多于城市生活污水短程硝化系统;高氨氮废水短程硝化系统中AOB比NOB高3个数量级,而城市生活污水短程硝化系统中AOB比NOB高2个数量级.     

负荷交替法快速培养好氧硝化颗粒污泥的研究

在3个SBR(R1、R2、R3)中分别培养好氧硝化颗粒污泥,R1和R2分别采用进水氮负荷交替变化和进水碳氮负荷同步交替变化这2种新的培养方式,R3采用传统的逐步提高氮负荷法.对R1、R2和R3培养得到的硝化颗粒污泥在物理性状、污染物去除效能等方面进行对比分析.结果表明,R1和R2的培养方式明显缩短了培养时间,70 d左右成功培养出完全意义上的硝化颗粒(硝化菌的活性超过异养菌的活性),而R3需147 d.采用进水碳氮负荷同步交替变化法快速培养出的颗粒外形更规则、硝化菌活性更高、脱氮性能更优,稳定运行时氨氮和总氮去除率分别为95%和70%左右,在理化性状和脱氮性能上明显优于其他2种.对比发现,在硝化颗粒污泥培养初期,适当提高进水有机负荷,能加快颗粒的形成及生长.     

一种能同时固定CO2和N2的微生物——兼性固CO2、N2菌的分离鉴定及其验证实验

"温室效应"日趋严重,生物固碳特别是微生物固碳将发挥独特的作用.固定N2的微生物固氮菌和固定CO2的微生物固碳菌早已被研究和发现,但能同时固定大气中的CO2、N2并以CO2、N2分别为碳、氮源的微生物至今未见报道,本研究称之为兼性固CO2、N2菌.研究通过固碳菌、固氮菌培养基的优化组合出无碳、氮培养基(分别以空中的CO2、N2为碳源和氮源);通过无氮碳源的兼性固碳氮菌培养基进行分离,筛选分离到一株分别以CO2和N2为碳源和氮源.通过对该菌株的生长特性和固碳酶活性及固氮酶活性进行测定;利用PCR和琼脂糖凝胶电泳技术检测到该菌含有固碳酶RubisCO中cbbL基因及固氮酶nifH基因片段的特异性条带;对该菌进行对照验证实验证明该菌能同时固定空气中的CO2和N2并分别以CO2和N2为碳源和氮源;最后对其形态观察和16SrRNA全序列分析证明该菌株HSJ隶属于链霉菌.     

反硝化菌株DA-1的脱氮研究

菌株DA-1被发现能在好氧和厌氧环境中将硝酸盐转化为气态氮。在以NO3-为唯一氮源的条件下研究了碳源、C/N和pH值对菌株DA-1好氧和厌氧反硝化脱氮的影响。结果表明:同等条件下,48 h内菌株DA-1的厌氧脱氮效率高于好氧脱氮率;菌株DA-1能在好氧和厌氧条件下利用乙酸、柠檬酸以及葡萄糖进行细胞增殖和反硝化。在厌氧条件下,三者作为碳源时的反硝化效率分别为(34.04±0.15)%、(22.72±0.32)%和(11.32±0.06)%,均低于好氧条件下的(25.38±0.14)%、(17.52±0.11)%和(8.06±0.01)%。2种条件下均是乙酸为碳源时反硝化效率最高。而丁二酸仅能在厌氧环境中作为电子供体参与反硝化反应。C/N越高越有利于菌株DA-1的厌氧反硝化,当C/N为10时,反硝化效率最高为(35.06±0.19)%。而在好氧条件下,菌株反硝化效率随着C/N的升高,先升高再降低,当C/N为8时,反硝化效率最高;好氧和厌氧脱氮的最适pH值为7.0。体系偏酸或者偏碱都会造成菌株DA-1脱氮效率的降低并出现亚硝酸盐累积。厌氧环境中pH=5.0时累积的亚硝酸盐浓度高达(8.95±2.05)mg/mL。     

改良型DAT-IAT工艺脱氮除磷运行工艺研究

对DAT-IAT工艺加以改良,在DAT池前端分隔出缺氧区和厌氧区,强化了系统脱氮除磷能力。并在不同运行条件下,对改良型DAT-IAT工艺的脱氮除磷效果进行研究,得出优化条件。结果表明:DAT池溶解氧浓度在1.8².2 mg/L之间;IAT池至DAT池的污泥回流比为300%;DAT池至缺氧区的混合液回流比为40%2.2 mg/L之间;IAT池至DAT池的污泥回流比为300%;DAT池至缺氧区的混合液回流比为40%⁵0%;IAT池采用曝气1 h、沉淀1 h、排水1 h的运行工况;系统泥龄在1350%;IAT池采用曝气1 h、沉淀1 h、排水1 h的运行工况;系统泥龄在13¹6 d时,改良型工艺可以同时取得较好的脱氮和除磷效果,并且改良型工艺的脱氮除磷能力明显优于常规DAT-IAT工艺。     

洱海表层沉积物中总氮含量及氨氮的释放特征

通过现场调查和室内模拟试验,对洱海具有代表性的9个表层沉积物样品中w(TN)的分布特征以及沉积物中NH₄+-N释放动力学特征进行了研究. 结果表明,洱海表层沉积物中w(TN)在2.0844～6.5153g/kg之间,平均值为3.5378g/kg,北部西岸为高值区,南部(靠近大理市)为次高值区. 一级动力学模型可很好地拟合洱海表层沉积物NH₄+-N释放动力学特征,NH₄+-N最大释放量在0.1209～0.2810g/kg之间;释放主要集中在0~5min内,约占最大释放量的68%~83%;随后释放速率逐渐放缓,到120min后基本达到释放平衡.运用无限稀释法对沉积物NH₄+-N释放潜能进行测定表明,洱海沉积物NH₄+-N释放潜能在1.7001~3.5879 g/kg之间,在水土质量比约为2500时,NH₄+-N释放量达到最大,随后释放逐渐趋于平衡. 洱海沉积物NH₄+-N释放潜能及最大释放量均与其w(TN)呈显著正相关. 洱海沉积物中w(TN)与NH₄+-N释放潜能和最大释放量均高于长江中下游湖泊,具有较大的氮释放风险.      

城市污水处理厂Orbal氧化沟工艺沿程效果分析

为更深入地了解城市污水处理厂中Orbal氧化沟工艺性能,以西安市第三污水处理厂O rbal氧化沟工艺的实际运行监测数据为依据,分析了各构筑物对污水中主要污染物的去除效果。结果表明,对污染物COD、NH₃-N、TN、TP的去除率分别达到89.4%、91.92%、85.73%、87.6%以上。COD、TN的去除主要集中在厌氧池和氧化沟外沟;氧化沟外沟发生了同步硝化反硝化,此过程pH维持在6.9～7.1。     

太原地区大气氮湿沉降变化特征

为研究太原地区的大气氮湿沉降时空变化规律,于2016年1月～2017年12月采用雨量器对太原市市中、近郊和远郊三地大气氮湿沉降进行了为期2年的监测。得到市中、近郊、远郊的NO₃^--N平均浓度为12.9、18.4、1.3 mg/L,NH₄⁺-N平均浓度分别为3.6、2.3、1.6 mg/L。季节变化上看,NH₄⁺-N浓度值四季相对平均,春夏季稍高,而NO₃^--N浓度变化较大且冬春季浓度值较高。三个采样点大气氮湿沉降量（无机氮）年均沉降量分别为40.0、48.0、14.2 kg/hm²,以近郊的沉降量最高。市中、近郊、远郊的NH₄⁺-N沉降量分别为9.0、5.0、8.2 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为22%、11%、57%,NO₃^--N沉降量分别是31.0、43.0、6.0 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为78%、89%、43%。从上可知城市降水中主要以NO₃^--N沉降为主,农村则以NH₄⁺-N沉降为主。结合市中、近郊、远郊NH₄⁺-N/NO₃^--N浓度比值分别为0.54、0.30、1.31,充分表明市中和近郊大气氮湿沉降主要来自工业和交通运输源,远郊则来自农业源。另外,市中、近郊月氮湿沉降量与降雨量差异不显著,远郊则达到极显著水平,说明影响市区两点氮湿沉降的因素较为复杂。由以上数据看出市中和近郊氮污染情况比较严重,应根据各自沉降特点予以控制。     

全球氮循环新理论的发现及其环境意义——同位素技术的新贡献

通过研究河南安阳—林州地区、河北省石家庄市和邯郸市以及北京市丰台地区地下水氮污染,结果发现随着水文地质条件的演化,地下水中NO3-和NO2-含量的差别很大,这一现象不能单纯地用硝化作用和反硝化作用来解释。本文认为A.Mulder和A.A.Van de Graal等发现的厌氧铵氧化作用对解释地下水中NO3-和NO2-含量的差别具有指导意义,并指出研究反硝化作用与厌氧铵氧化作用需要将分子生物学方法与同位素示踪技术相结合进行,厌氧铵氧化作用的发现为同位素技术的应用开辟了一个新领域,将分子生物学与同位素示踪技术相结合来研究环境问题特别是水环境问题将是未来科学发展的必然趋势。