夏季渤海湾水体反硝化作用初探

于2012年7月在渤海湾开展35个站位的水质调查,利用N2∶Ar法和膜进样质谱仪(MIMS)测定了表层水体(40 cm)反硝化产物N2的溶存浓度,计算了水体溶存N2的净增量ΔN2及氮素的反硝化损失比例。结果表明,现场温度和盐度条件下渤海湾水体溶存N2的实测浓度介于(7.76~8.74)μg/L(均值8.06±0.21μg/L,SD),N2的理论平衡浓度介于5.41~5.75μg/L(均值5.56±0.09μg/L,SD)。由此计算得到渤海湾水体N2饱和度介于138%~154%(均值145%),ΔN2的变化范围介于2.17~2.94μg/L(均值2.51±0.17μg/L,SD)。因此,渤海湾水体存在明显的反硝化过程。对应观测站位NO3-N浓度范围为0.01~0.09 mg/L(均值0.03±0.02 mg/L,SD),ΔN2与NO3-N的浓度比例介于3%~64%(均值16.7%)。相关分析表明,渤海湾水体ΔN2与NO3-N浓度、温度、盐度正相关,而与DO负相关。本研究中高DO浓度条件下渤海湾水体仍存在明显的反硝化过程,因此好氧反硝化细菌对水体反硝化速率的贡献值得进一步深入研究。     

共存碳源对施氏假单胞菌N2裂解苯酚的作用

研究了共存碳源对施氏假单胞菌N2在降解苯酚过程中积累2-羟基黏糠酸半醛(2-HMS)的影响,并用紫外光谱和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对N2菌的生长过程进行了检测.结果表明,与单一碳源苯酚相比,N2菌在共存碳源甲醇、乙醇、丙酮存在的体系中生长快,且11h内,苯酚同步降解率分别提高了4.5％、18.5％、16.6％,同时培养液中2-HMS积累量均达到最大.N2菌代谢苯酚可通过羧化反应产生对羟基苯甲酸,也可通过羟化反应产生邻苯二酚,后者通过间位开环裂解生成2-HMS,而甲醇、乙醇、丙酮与苯酚共存时,更易采用后一种代谢途径.     

Elevated CO2 facilitates C and N accumulation in a rice paddy ecosystem

Elevated CO₂ can stimulate wetland carbon (C) and nitrogen (N) exports through gaseous and dissolved pathways, however, the consequent influences on the C and N pools are still not fully known. Therefore, we set up a free-air CO₂ enrichment experiment in a paddy field in Eastern China. After five year fumigation, we studied C and N in the plant-water-soil system. The results showed: (1) elevated CO₂ stimulated rice aboveground biomass and N accumulations by 19.1% and 12.5%, respectively. (2) Elevated CO₂ significantly increased paddy soil TOC and TN contents by 12.5% and 15.5%, respectively in the 0-15 cm layer, and 22.7% and 26.0% in the 15-30 cm soil layer. (3) Averaged across the rice growing period, elevated CO₂ greatly increased TOC and TN contents in the surface water by 7.6% and 11.4%, respectively. (4) The TOC/TN ratio and natural δ¹⁵N value in the surface soil showed a decreasing trend under elevated CO₂. The above results indicate that elevated CO₂ can benefit C and N accumulation in paddy fields. Given the similarity between the paddies and natural wetlands, our results also suggest a great potential for long-term C and N accumulation in natural wetlands under future climate patterns.     

垃圾分类背景下厨余垃圾剔除比例对生活垃圾焚烧厂NOx排放的影响

收集了生活垃圾焚烧厂关停SNCR时燃料的N排放数据以及与之对应的工况和燃料特性数据,并分析各影响因素对燃料N转化过程中不同环节的影响机理.结果表明,在工业化生产中,燃料N转化率与炉温、垃圾含水率之间不存在显著联系,而随N元素含量和固定碳含量的增加而降低,随过剩空气系数、H/N、O/N的增加而升高.据此提出了符合实际生产条件的燃料N转化路径图.该路径图表明,燃料特性对燃料N转化率和NOx生成浓度起到了决定性作用,并进一步量化了H/N和固定碳含量这2个参数与燃料N转化率之间的关系.提出通过将厨余垃圾从生活垃圾分出的方法来减少NOx生成,并以国内典型城市为例,研究了分出不同比例厨余垃圾的情况下,燃料N转化率和NOx生成浓度的变化趋势.本研究表明通过分出厨余垃圾的方法,能够降低垃圾焚烧厂的脱硝成本及氨逃逸风险,可为进一步控制生活垃圾焚烧过程中的NOx排放提供参考.     

不同碳氮比下污水反硝化过程中亚硝氮积累的特性研究

以乙酸钠为碳源,在不同的碳氮比(COD/NO_3~--N)条件下,通过控制反应器中反硝化时间,将NO_3~--N仅还原至NO_2~--N,实现NO_2~--N的稳定积累.结果表明,反硝化时间从60 min缩短至20 min,NO_3~--N还原速率和NO_2~--N积累速率分别增大至0.417 g·g~(-1)·h~(-1)(以VSS计,下同)和0.402g·g~(-1)·h~(-1).经过108 d的培养,NO_2~--N的积累率为95%.反硝化活性随碳氮比的增大而增大,而较低碳氮比更有利于NO_2~--N的稳定积累.在反硝化亚硝氮积累过程中,当碳源充足时,由于电子受体NO_3~--N和NO_2~--N相互竞争碳源,NO_3~--N的存在会抑制NO_2~--N的还原,从而导致NO_2~--N积累;而当碳源不足时,基质限制使NO_3~--N优先还原,导致NO_2~--N的积累.微生物宏基因组测序结果表明,培养污泥中的优势菌群为Thauera(71.85%),该菌仅能将NO_3~--N还原为NO_2~--N,从而导致NO_2~--N的积累.     

碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵的影响研究

通过构建模拟实验,利用~(15)N同位素示踪技术研究在生物滞留系统中碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵(DNRA)的影响。结果表明:5个处理组(葡萄糖50,100,150,200,250 mg/L)中NO_3~-发生转化的量分别为41.1%、47.9%、50.7%、56.2%和57.6%。以葡萄糖为碳源,初始浓度为100 mg/L时,DNRA作用效果最显著,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的24.7%;初始浓度为250 mg/L时,DNRA作用最弱,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的13.7%。反硝化和DNRA作用同时进行,系统中~(15)N-NO_3~-含量的减少均伴随着DNRA过程中间产物~(15)N-NO_2~-含量的积累和最终产物~(15)N-NH+4含量的增加。     

CEM-UF组合膜-硝化/反硝化系统处理低C/N废水及种群结构分析

本研究采用具有氨氮富集分离特性的阳离子交换膜-超滤(CEM-UF)组合膜与硝化/反硝化结合处理低C/N废水,考察该系统不同流量比下低C/N废水的硝化、反硝化脱氮特性,并通过对硝化、反硝化活性污泥进行16Sr DNA高通量测序,分析功能微生物群落结构特征.结果表明,系统进水TN为60 mg·L-1,COD/TN为2.65下,各流量比下硝化均有较好效果,平均氨氮去除率为98.7%,流量比值由1∶2上升到1∶6过程中,反硝化m(COD)/m(NO-3-N)随之升高,1∶6时平均硝氮去除率达到最高,为86.28%,系统总氮去除率由22.56%上升到46.8%.Illumina高通量测序结果表明,硝化污泥中可以固氮的Proteobacteria菌门占30.9%,重要的亚硝酸盐氧化菌Nitrospirae菌门占3.06%,属水平上检测到氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas和Nitrosospira,亚硝酸盐氧化菌(NOB)Nitrospira和Nitrobacter,AOB与NOB菌比例较高,与硝化反应器中较好的硝化效果相一致.反硝化污泥中Proteobacteria菌门占主导地位(53.13%),其次是Bacteroidetes菌门(10.93%),在属的水平上检测到Dechloromonas、Thauera、Castellaniella、Alicycliphilus、Azospira、Comamonas、Caldilinea和Saccharibacteria多种具有反硝化脱氮作用的相关菌属,反硝化菌所占比例为25.91%,反硝化污泥中具有反硝化功能的微生物丰富,反硝化效果良好.     

塘西河颗粒有机碳浓度季节变化及其来源分析

基于2014年塘西河下游水体中颗粒有机碳(POC)、叶绿素a为期1年的野外调查,结合颗粒有机物C/N比值、POC浓度与叶绿素a浓度比值(POC/Chl a)及降雨量等数据,分析了塘西河下游水体中POC浓度的季节变化规律、影响因素及其主要来源。结果表明,塘西河下游水体中POC浓度夏季最高,冬季最低,呈现出夏季春季秋季冬季的变化趋势;POC浓度与叶绿素a浓度呈现基本一致的变化趋势,说明两者具有共同的来源,但陆源输入对POC浓度变化产生一定的影响;水体中颗粒有机物C/N比值在5.11~8.15之间,年平均值6.12,POC/Chl a比值在16.24~32.18之间,年平均值为21.47,说明塘西河下游水体中POC主要来源于内源。通过计算,内源对水体中POC的贡献率在40.4%~80.07%之间,年平均值为62.55%,春、夏、秋、冬季内源贡献率分别是59.95%、70.24%、59.84%和58.48%。     

大鼠全身曝露N,N-二甲基甲酰胺蒸汽后血液中N-甲基氨基甲酸硫酯动态研究

报道了经恒定气相浓度Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）蒸汽曝露的雄性ＳＤ大鼠血液中以Ｓ－（Ｎ－甲基氨基甲酰）谷胱甘肽（ＳＭＧ）为代表的Ｎ－甲基氨基甲酸硫酯的代谢生成及体内消长．实验所用封闭曝露系统内ＤＭＦ蒸汽恒定浓度分别为φ＝２４×１０－６（直至４８ｈ）；φ＝８４×１０－６及φ＝２１３×１０－６（均为７２ｈ）．经（φ＝２４×１０－６）×２４ｈ处理后，大鼠血清中Ｎ－甲基氨基甲酸硫酯达到稳态浓度４７μｍｏｌ／Ｌ，当ＤＭＦ稳态蒸汽浓度φ＝８４×１０－６时，体内血清Ｎ－甲基氨基甲酸硫酯稳态浓度为２２７μｍｏｌ／Ｌ，在环境蒸汽浓度φ＜８４×１０－６时，大鼠体内Ｎ－甲基氨基甲酸硫酯稳态浓度与环境中ＤＭＦ蒸汽浓度呈线性关系．所产生的Ｎ－甲基氨基甲酸硫酯类物质体内半衰期在２．２～２．８ｈ之间，体内半衰期值主要是由其生成速率决定的．高浓度ＤＭＦ（φ＝２１３×１０－６）的曝露并未导致体内产生可检出水平的Ｎ－甲基氨基甲酸硫酯类物质，这可能是由于体内高浓度的ＤＭＦ对其本身代谢的抑制作用所致．     

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。