新型生物脱氮技术的工艺研究

以上流式厌氧污泥床反应器（ Ｕ Ａ Ｓ Ｂ） 作为厌氧氨氧化（ａｎａｍ ｍｏｘ） 反应器,用无机盐培养液完成了反应器的启动,并稳态运行ａｎａｍ ｍｏｘ 反应器．采用生物膜反应器作为生物硝化反应器,以无机盐培养液完成反应器的启动．将硝化反应器和ａｎａｍｍｏｘ 反应器组合在一起构成新型生物脱氮系统,以硝化反应器的出水作为ａｎａｍｍｏｘ反应器的进水,同时补充相应数量的 Ｎ Ｈ４ ＋ Ｎ．整个系统的总氮容积去除率可达１ ５７７ ｍｇ Ｌ－ １ ｄ － １ ．该新型生物脱氮系统能同时去除 Ｎ Ｈ４ ＋ Ｎ 和 Ｎ Ｏ Ｘ－ Ｎ,并且对高浓度的 Ｎ Ｈ４ ＋ Ｎ 去除具有较大的潜力．     

一种新的好氧反硝化菌筛选方法的建立及新菌株的发现

利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌,通过形态学特征、生理生化反应及16SrDNA同源性比较对筛得菌株进行鉴定,并对其好氧反硝化相关基因napA进行扩增并测序比较.筛选到一株可以柠檬酸钠为碳源,硝酸钾为氮源,进行好氧反硝化的细菌.在溶解氧(DO)为(9.0±0.5)mg/L的培养基中,该菌株5 d内将硝态氮由282.0 mg L-1降解至149.2 mg L-1,其硝态氮去除率为46.47 ng mg-1min-1,同时亚硝态氮仅有少量的积累.经鉴定,初步判定它为假单胞菌属,命名为Pseudomonas sp.Y2-1-1.从其基因组中扩增出与好氧反硝化相关的周质硝酸盐还原酶(NAR)的亚基napA基因,并与已报道的napA基因进行Blast比较,发现具有较大差别.利用间歇曝气富集,氰化钾(KCN)选择培养基筛选好氧反硝化的细菌是非常有效的.初步认为Pseudomonas sp.Y2-1-1是一株新的好氧反硝化菌.图6表3参12     

Effects of long-term nitrogen addition and precipitation changes on CH4 flux in an alpine steppe北大核心CSCD

土壤是甲烷(CH4)重要的源和汇.氮沉降和降水格局变化正在急剧改变土壤碳循环,进而可能对土壤CH4通量造成深刻影响.高寒生态系统是巨大的碳库,对氮沉降和降水变化十分敏感.然而,目前多数研究集中在短期实验上,缺乏对长期氮沉降和降水变化背景下CH4通量的响应及其调控因素的认识.以青藏高原高寒草原为研究对象,在2013年搭建模拟氮沉降和降水格局改变实验平台.基于静态箱–气相色谱法测定2020年生长季(5-10月)土壤CH4通量.结果显示,高寒草原土壤呈CH4的汇.氮添加没有显著改变生长季和植物生长高峰CH4通量.然而,降水变化显著改变了生长季和植物生长高峰CH4通量,其中降水增加(+50%降水)降低了CH4的吸收(分别为–16%和–45%),降水减少(–50%降水)增强了CH4的吸收(分别为+73%和+33%).进一步研究发现,与植物属性和功能基因丰度相比,土壤环境因子主导了CH4通量变化(解释率>90%).其中CH4通量与土壤含水量和温度显著正相关,与土壤pH显著负相关.综上所述,在未来全球变化情景下,降水格局改变更能调节青藏高原高寒草原CH4通量的变化.(图6表1参37)     

化肥氮素在水稻田中迁移与淋失的模拟研究

为了研究氮化肥施入农田对地表水和地下水的影响,在一种特殊的大型人工模拟土层和地下水装置中进行试验,研究结果表明：即使尿素和生物矿质复混肥以中、低施肥量施入水田,也会造成地表淹水、耕层土壤和不同深度土层溶液有较高含量的有机Ｎ和ＮＨ３－Ｎ,并对地下水补给状况极差的地下水有明显的污染;水田中ＮＯ３－－Ｎ很难长期存在,其污染程度可忽略不计。     

盐碱土壤基质人工湿地对低浓度氮磷废水的净化效果

采用实验室模拟研究了以盐碱土壤为基质的不同湿地植物人工湿地系统以及对水中低质量浓度氮和磷的去除效率。实验表明，芦苇系统、香蒲系统、车钱草系统和无植物系统均对水中低质量浓度的N具有净化效果。3种植物系统相比，香蒲系统的净化效果较其他二者较佳，芦苇系统与车钱草的净化效果相当；同时实验也表明4种湿地系统对低质量浓度的P不具有净化效果，随着水力停留时间的增加，系统中的P质量浓度反而会有所增加。     

常温内源反硝化脱氮过程中pH和ORP变化规律

采用SBR反应器，在25℃下，以不同比例的NO3^-N和NO2^--N作电子受体，对内源反硝化脱氮过程中的pH、ORP变化进行了研究。结果表明，ORP在内源反硝化过程中呈现逐渐减小的趋势，当反硝化结束时突然大幅度降低而出现特征点；内源反硝化过程中的pH值变化则与起始pH值和硝态氮浓度有关，当初始pH值较小、硝态氮浓度较低时，内源反硝化过程中pH极大值只出现一次，pH值呈现出先增大后减小的规律性变化，指示反硝化结束的特征点准确出现；当初始pH值较高、或者硝态氮浓度足够高时，则pH值在反应后期将维持在某个值附近并波动，指示反硝化结束的特征点不明显，此种情况下，以ORP来指示内源反硝化过程的结束较为可靠。     

碳氮比对低温投加介体生物反硝化脱氮的影响

污水的生物脱氮效果受低温抑制,投加氧化还原介体有利于反硝化过程。采用规格相同的序批式反应器,使用人工配制硝酸盐废水和经过驯化的活性污泥,考察了不同碳源浓度(碳氮比)对低温(10 ℃)投加氧化还原介体1, 2-萘醌-4-磺酸(NQS)污水生物反硝化脱氮过程的影响。结果表明：当碳源浓度(以COD计)为150~400 mg·L⁻¹ (碳氮比为1.8~4.7)时,脱氮效率随碳氮比的升高而升高;当碳源浓度为400~550 mg·L⁻¹ (碳氮比为4.7~6.5)时,脱氮效率随着碳氮比的升高而降低;当碳源浓度为400 mg·L⁻¹ (碳氮比为4.7)左右时效果最好,总氮去除率最高为64.7%。对于脱氮速率,介体强化脱氮速率随着碳氮比的升高而升高。同时,探讨了投加介体污水生物反硝化脱氮的机理,发现投加介体降低了体系的氧化还原电位(ORP),有利于反硝化脱氮反应的进行。     

脉冲曝气活性污泥胞外聚合物的产生特性及其与脱氮效率的关系

为探讨脉冲曝气活性污泥胞外聚合物（EPS）的产生特性及其与脱氮效率的关系,研究了在脉冲曝气装置中曝气时间5 min及停曝时间10 min的条件下,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）的变化规律,并分析EPS与脱氮效率之间的关系。结果表明：脉冲曝气活性污泥LB-EPS的含量低于TB-EPS含量,且随着脉冲驯化的进行,EPS的含量持续增长。三维荧光图谱（3D-EEM）分析表明脉冲曝气的LB-EPS的色氨酸荧光峰产生红移,TB-EPS的色氨酸荧光强度增大,说明了脉冲曝气驯化过程导致了活性污泥胞外聚合物中色氨酸蛋白类物质含量呈增加趋势。对比研究表明：脉冲曝气氨氮（NH4+-N）去除率在80%左右,与连续曝气相近;而总氮（TN）去除率在50%左右,高于连续曝气20%。脉冲曝气下,EPS对于脱氮有抑制作用,EPS与NH4+-N及TN的去除率之间呈负相关的关系,LB-EPS与TN去除率之间负相关;TB-EPS与NH4+-N去除率负相关且关系显著。     

硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复城市黑臭水体

固定化微生物技术可促进城市黑臭水体中氮磷污染物去除,但硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体研究较少。通过向改性载镧膨润土基复合微生物菌剂(La-Bt基复合菌剂)中添加经S₂O₃^2-驯化培养的硫自养反硝化菌(NR-SOB),试图引入硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体。在La-Bt基复合菌剂投加量为1.5 g/L时,向黑臭水体中分梯度投加不同浓度NR-SOB,研究NR-SOB协同La-Bt基复合菌剂去除黑臭水体污染物效果,并通过高通量测序分析底泥微生物群落结构变化。结果表明,当NR-SOB投加量为0.3 g/L时,对黑臭水体和底泥处理效果较好：上覆水氨氮、TN和TP去除率分别为87.42%、69.85%和71.11%;底泥酸可挥发性硫(AVS)去除率为34.76%,底泥TN和TP去除率分别为45.22%、45.04%;实验结束时底泥中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度从11.76%降至9.84%,硫杆菌属(Thiobacillus)相对丰度达2.82%,氮硫去除相关微生物菌属比例提升约0.95%。