一株根际好氧反硝化菌的筛选及其反硝化条件研究

为丰富好氧反硝化菌株种类,本文从不同环境样品中富集筛选好氧反硝化细菌,最终得到一株高效根际菌株RWX31,其在初始NO3--N浓度140 mg/L时24 h去除率为82％,并在好氧条件下可进行反硝化作用产生N2O.通过单因素试验研究该菌株进行反硝化作用的条件和特性,结果表明,菌株RWX31最适培养基条件分别为:以柠檬酸钠为碳源,接种量为1％,Mg2+浓度为0.05 g/L,反硝化初始氮源中NO2--N比例为0.最适培养条件为:温度28℃～32℃,pH为7.0～7.5,C/N为8～ 12,DO浓度约6.5 ～ 7.0 mg/L.在这些培养条件下菌株NO3--N去除率可增至90％以上.菌株RWX31的NO3--N去除能力高于以往报道的反硝化菌株,是一株具有实际应用价值和潜力的菌株.     

以聚丁二酸丁二醇酯为碳源去除含盐水体硝酸盐及其动力学模型

以固体碳源反硝化工艺应用于闭合循环养殖废水的脱氮提供理论和技术参数为目的,研究了以一种非水溶性可生物降解多聚物材料（BDPs）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为反硝化碳源和生物膜载体的填料床反应器对含盐水体硝酸盐的去除效果及动力学特征。结果表明：水力停留时间对NO3--N去除效果影响较大,NO3--N去除率随水力停留时间延长而提高。在温度为(29±1)℃,进水NO3--N质量浓度为25～236 mg/L的条件下,进水NO3--N负荷低于0.32 kg/(m3·d)时,NO3--N体积去除负荷随进水NO3--N负荷的增加呈线性上升;进水NO3--N负荷为0.32 kg/(m3·d)时达到最大NO3--N体积去除负荷为0.21 kg/(m3·d);进一步提高进水NO3--N负荷则NO3--N体积去除负荷开始下降且出水中出现NO2--N积累。动力学研究结果表明以PBS为碳源和生物膜载体的反硝化速率遵循一级反应动力学。用Eckenfelder模型拟合,求出反应速度常数K值和常数n值且相关性良好。采用该动力学模型参数可以预测出水NO3--N浓度并用于实际闭合循环养殖系统的工程设计和优化运行。     

NaCl盐度对A2/O工艺去除废水污染物和系统微生物的影响

为了提高含盐废水的有机物去除率和脱氮效率,考察NaCl盐度对A~2/O工艺污染物去除和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了厌氧区、缺氧区和好氧区的微生物群落结构,结合有机物去除和脱氮效率的变化探讨不同盐度下A~2/O工艺优势种群的演替规律,以期揭示含盐废水生物脱氮机理。结果表明:1)随着NaCl盐度的增大,A~2/O工艺污染物去除率下降,当盐度由0增大至40 g/L时,A~2/O反应器厌氧、缺氧和好氧区域COD去除率分别由52%、80%和56%下降至30%、50%和40%;厌氧区和好氧区NH4+-N去除率分别由33%和61%下降至11%和39%;缺氧区NO3--N去除率由63%下降至47%。2)与无NaCl废水相比,加入NaCl后,微生物的多样性降低;高盐度(40 g/L)与低盐度(0、10 g/L)处理的微生物群落结构差异较大;缺氧区陶氏菌属和副球菌属、好氧区梭菌属和硝化螺旋菌相对丰度的降低是导致A~2/O工艺脱氮效率下降的主要原因;厚壁菌门中的部分菌属(如Lactobacillus、Streptococcus、Tepidibacterium、Veillonella、Lachnoclostridium、Zoogloea)相对丰度增大,具有较强的耐盐性;随着盐度的增大,与脱氮相关的微生物(如变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门等)一直是A~2/O工艺厌氧区、缺氧区和好氧区的优势菌门,保证了不同盐度下A~2/O工艺始终具有一定的脱氮效能。     

高效除氨氮异养硝化细菌的分离鉴定及其脱氮条件优化

为去除畜禽粪便好养堆肥过程中产生的氨气,筛选具有高效除氮功能的微生物,该文通过摇瓶连续富集驯化,从垃圾渗滤液处理厂的活性污泥中筛选到1株高效除氨氮菌株Z53,通过形态特征及16Sr RNA基因序列鉴定,确定其为脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans),并通过正交试验对其脱氮条件进行优化。试验表明该菌株最适碳源为丁二酸钠,最佳C/N为15;最佳氨氮去除条件为摇床转速160 r/min、250 mL三角瓶装液量为40 mL、温度30℃、pH值为7.0。在此条件下接种1%的菌液,该菌株在11h内将(191.4±0.7)mg/L的氨氮完全去除,平均去除速率为17.4mg/(L·h)。通过氮素形态测定显示该菌株不仅具有异养硝化作用,可将氨态氮氧化为硝态氮,且无亚硝态氮积累;还具有反硝化作用,在好氧条件下消耗硝态氮生成亚硝态氮,硝氮平均去除率为16.8mg/(L·h),在厌氧条件下反硝化作用产生N2,硝氮平均去除率为9.8 mg/(L·h)。该研究体现了菌株Z53有望用于堆肥厂中的生物滴滤装置并高效去除氨氮,从而达到降低氨气污染的目的,具有良好的开发应用前景。     

干湿条件对沟渠沉积物净化水体氮素的影响研究

为了探讨干湿条件对沟渠沉积物净化氮能力的影响,通过模拟试验研究了不同干涸再水淹条件对沟渠沉积物净化水体氮能力的影响。结果表明,初始浓度约为4.5mg/L,随着干涸时间的增加,沟渠沉积物对NH4+-N的净化效率提高;水中NO3--N均呈先增加后减少趋势;连续水淹(CW)、干涸4d再水淹(DFW)及干涸8d再水淹(DEW)条件下,总氮去除率分别为84.5%,90.2%,93.3%。经干涸处理的沟渠沉积物对NH4+-N的去除效率明显高于连续水淹方式下的去除效率,也促进了反硝化作用的进行;当水中总氮浓度不高于10mg/L时,沟渠短期干涸(8d)再水淹,有利于沉积物对氮的去除。试验初期水中氮素减少主要是由于沉积物的吸附作用和微生物的利用。因此,在降雨季节三江平原干湿变化有利于沟渠沉积物对氮的去除。     

好氧反硝化菌的分离及其在土壤氮素转化过程中的作用

在土壤厌氧条件下发生的生物反硝化作用是影响作物对土壤氮素利用率和影响环境质量的重要氮素转化过程.本研究从土壤中分离到在好氧条件下也能进行反硝化的3株细菌.其中1株为严格好氧的异养菌,编号为AD26.另外2株为兼性菌,分别为AD7和AD60.根据其形态和生理生化特征初步鉴定为假单胞菌属（Pseudomonas sp.）.在好氧培养的液体培养基中AD26和AD7在24h内能通过反硝化作用使硝态氮表观损失率分别达到21%和18%.而在好氧的土壤培养中,二个菌株在3 d内能使土壤中硝态氮表观损失率达到56%,同时少有反硝化中间产物的积累.因此,在农业生产中不应忽视在好氧条件下的生物反硝化作用.     

波式潜流人工湿地对氮的去除效果研究

在不同的水力停留时间(HRT)、温度、碳氮比(COD/N)条件下,研究了波式潜流人工湿地(W-SFCW)试验装置对水体总氮和氨氮的去除效果。通过检测W-SFCW沿程各形态氮的含量,探讨了其对氮的去除原理。结果表明,HRT、温度、COD/N分别为5d,26.8℃,5条件下总氮去除率较高,可达74.92%此外,研究发现氨氮主要在浅水区通过硝化作用转化为NO3-N,所得的NO3-N通过深水区的反硝化作用转化为N2而得以去除。     

施氮和秸秆还田对小麦-玉米轮作农田硝态氮淋溶的影响

连续4 a采用渗漏计测定法研究了陕西关中小麦-玉米轮作区施氮和秸秆还田对土壤剖面90 em处NO3--N淋溶的影响.结果表明,NO3--N淋洗主要发生在7、8、9月份或灌溉后,年际间变异较大.监测期内各处理渗漏液NO3--N浓度和淋失量的变幅为0～103.5 mg L-1和0～21.8 kg hm-2,二者均随施氮量的增加呈增加趋势.小麦施氮150 kg hm-2、玉米施氮180 kg hm-2时,连续4a作物均能获得高产.施氮量继续增加,产量不再增加,0 ～100 cm土层NO3--N累积量和90 cm处NO3--N淋失量却相应增加.秸秆还田2 a后作物显著增产,2010年和2011年分别增产15.1％和14.2％,但对NO3--N累积和淋溶的影响不显著.回归分析显示,NO3--N年淋失量和0～ 100 cm土层累积量均随年施氮量的增加呈指数形式增加,说明施氮量越高,NO3--N年淋失量和累积量越高,二者占施氮量的比例也越高.     

水分状况与供氮水平对土壤可溶性氮素形态变化的影响

采用通气培养试验,研究比较了两种水稻土在不同水分和供氮水平下的矿质氮(TMN)和可溶性有机氮(SON)的变化特征。结果表明,加氮处理及淹水培养均显著提高青紫泥的NH4+-N含量;除加氮处理淹水培养第7 d外,潮土NH4+-N含量并未因加氮处理或淹水培养而明显升高。无论加氮与否,控水处理显著提高两种土壤的NO3--N含量,其中潮土始见于培养第7 d,青紫泥则始于培养后21 d;加氮处理可显著提高淹水培养潮土NO3--N含量,却未能提高淹水培养青紫泥NO3--N含量。两种土壤的SON含量从开始培养即逐步升高,至培养21～35 d达高峰期,随后急剧下降并回落至基础土样的水平;SON含量高峰期,潮土SON/TSN最高达80%以上,青紫泥也达60%。综上所述,潮土不仅在控水条件下具有很强硝化作用,在淹水条件下的硝化作用也不容忽视,因此氮肥在潮土中以硝态氮的形式流失的风险比青紫泥更值得关注;在SON含量高峰期,两种土壤的可溶性有机氮的流失风险也应予以重视。     

不同潜水埋深再生水灌溉夏玉米土壤氮素运移研究

通过再生水灌溉田间试验,探讨了不同潜水埋深条件下(2 m、3 m、4 m),再生水灌溉对土壤中NO3--N、NH4 -N及地下水中NO3--N的影响。试验结果表明:再生水灌溉后,土壤中NO3--N含量均显著增加;不同潜水埋深再生水灌溉对土壤中NH4 -N含量影响不明显。灌水水平为900 m3·hm-2,不同潜水埋深(2 m、3 m、4 m)地下水NO3--N浓度分别增加34.67%、24.94%、20.88%,灌水水平为1 200 m3·hm-2不同潜水埋深地下水NO3--N浓度分别增加58.42%、38.98%、27.21%,潜水埋深越深地下水硝态氮浓度增加越小。表明潜水埋深越浅因淋溶和硝化作用产生的NO3--N造成浅层地下水污染的风险越大。     

绿狐尾藻湿地对养殖废水中不同污染负荷氮去除效应

为研究绿狐尾藻湿地对不同污染负荷养殖废水氮去除效应和影响因素,该研究在野外建立了9条表面流绿狐尾藻湿地,以低负荷（60 L/d废水+120 L/d清水）、中负荷（120 L/d废水+60 L/d清水/d）和高负荷（180 L/d废水）养殖废水为处理对象,研究了不同污染负荷下绿狐尾藻湿地水体氮素时间变化规律;结合线性混合模型,进一步探究了影响绿狐尾藻湿地氮去除的关键环境因子。结果表明,整个试验期间（2014-07－2015-05）,绿狐尾藻湿地对低、中、高负荷废水铵氮（NH4+-N）和总氮（Total Nitrogen,TN）去除率均较高,其中NH4+-N平均去除率为85.0%～98.6%,TN平均去除率为83.6%～97.1%。线性混合模型分析结果表明,影响绿狐尾藻湿地NH4+-N去除的关键环境因子是水体溶解氧和硝态氮以及底泥NH4+-N含量,其中水体溶解氧对绿狐尾藻湿地NH4+-N去除影响最大。由于绿狐尾藻湿地对不同污染负荷废水NH4+-N和TN去除率均达到80.0%以上,因此绿狐尾藻可作为耐铵植物处理高负荷养殖废水。该研究结果可为绿狐尾藻湿地在规模养殖场的实际应用提供参考。     

不同补水方式下砂壤土渗滤系统对硝态氮去除效果

在水资源短缺的北京地区利用再生水回补城市河湖,一方面对于水资源的可持续利用有着十分重要的作用,另一方面也可能带来地下水环境的潜在污染风险.该文采用100 cm砂壤土柱模拟(河湖岸底)土地渗滤系统,设置定水头淹水、交替淹水落干、定流速补水和侧向补水4种不同再生水回补方式,研究再生水中硝态氮(NO3-N)在土地渗滤系统中的去除效果和迁移转化规律.结果表明,当水力负荷在0.25~2.65 cm/d范围内时,渗滤系统对NO3-N的去除率随着水力负荷的增大而减小;侧向补水方式下渗滤系统对NO3-N的去除效果最优,平均去除率高达96.1%.在定水头淹水和侧向补水方式下,系统对NO3-N的去除主要发生在土柱的上部,而交替淹水落干和定流速补水条件下,土柱中下部对NO3-N也有一定的去除作用.渗滤系统对NO3-N的去除主要取决于系统内部微生物的分布情况,土层中的反硝化细菌数量越大,该土层对NO3-N的去除率就越高.当水温在15~32℃范围内变化时,定水头淹水和交替淹水落干补水方式下,系统对NO3-N的去除率与温度分别呈指数和幂函数关系.该研究表明土地渗滤系统可实现再生水的进一步净化处理,可为再生水安全回补河湖提供参考.     

菌剂挂膜3D-RBC联合BCO工艺处理养猪沼液废水

针对养猪沼液废水寡营养、高氨氮的水质特征,该研究采用耐高氨氮、适应贫营养生长的异养硝化-好氧反硝化（Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,以下简称HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘+生物接触氧化反应器（3D-RBC+BCO）组合工艺对沼液进行处理。该文研究了3D-RBC+BCO组合工艺在真实沼液条件下的启动过程及污染物去除效果,重点考察了溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）浓度和C/N比2个关键因素对组合工艺污染物去除效果的影响。同时,借助高通量测序技术对DO和C/N比优化过程中微生物群落结构的变化规律进行解析。结果表明：在真实沼液条件下,采用HN-AD菌剂挂膜启动方法,仅用12和18 d就分别完成3D-RBC和BCO反应器的挂膜启动,同时组合工艺对COD、NH4+-N和TN的去除率分别稳定在94.8%、95.7%和80.1%,出水优于城镇污水厂排放一级B标准。在对3D-RBC反应器DO和C/N比的优化过程中,增设底曝后COD、NH4+-N和TN等指标的去除率分别降低了25.4%、15.4%和15.5%。高通量测序结果显示,增加底曝后3D-RBC盘片生物膜中微生物菌属的数量小幅下降,但HN-AD优势菌属的种类与丰度显著降低,导致脱氮效率下降;贫营养型Acinetobacter、Pseudomonas菌属是3D-RBC可以对真实沼液高效脱氮的关键,提高C/N比会显著降低其丰度,进而影响脱氮效果。     

反硝化技术对模拟养殖池塘修复的研究

浙江奉化市池塘的底泥经过反复培养、驯化,从中筛选、分离出反硝化细菌,在模拟实验条件下,研究其对不同浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除情况,讨论反硝化菌种的生长情况。结果表明,在初始浓度为1、25、50mg·L^-1的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮模拟池塘中,随着实验的进行,对污染物的去除效果逐渐提高。其中在1mg·L^-1的浓度组中,3d内硝酸盐氮和亚硝酸盐氮去除率就分别达到了95．8％和90．2％;在25mg·L^-1的浓度组中,第6d硝酸盐氮和亚硝酸盐的去除率分别为93．8％和87．8％;在50mg·L^-1的浓度组中,第6d硝酸盐氮和亚硝酸盐的去除率分别为89．7％和78．7％。此外,反硝化菌对硝酸盐氮的去除效果略优于亚硝酸盐氮,而且硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的浓度越低,对其去除效果越好,达到稳定状态的时间越短。在模拟池塘中,菌种的生长情况与硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的浓度呈负相关,即污染物的浓度越高反硝化菌的生长情况越差。对反硝化菌的生态影响因子研究表明,其反硝化最适宜的pH值为6～7,温度为25～35℃;而且在同一pH值和温度条件下,硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度越低,反硝化菌对其去除效果越好。     

潜流人工湿地除氮的生态动力学模拟

对某潜流人工湿地建立生态动力学模型,利用MATLAB编程模拟湿地中氮素的迁移转化过程,确定了主要除氮机制。模拟结果显示,该模型能较好地模拟出水中有机氮、氨氮和硝态氮浓度的变化趋势和范围。进一步进行氮素质量平衡分析可知,该人工湿地的主要除氮机制为硝化、反硝化和植物吸收,有机氮、氨氮和硝态氮的总去除率为60.53%,其中反硝化过程去除43.10%,植物吸收去除13.98%,沉淀去除3.45%。     

基于人工湿地的循环水产养殖系统工艺设计及净化效能

该研究首次将复合垂直流人工湿地同池塘养殖结合,通过构建养殖－湿地生态系统,验证人工湿地对水产养殖用水和废水净化与回用的可行性。近9个月的新建人工湿地运行结果表明,水力负荷从313、469、625 mm/d增加到781 mm/d,人工湿地对TSS、COD_Cr和BOD₅去除率的变动范围分别为80.5%～82.9%、45.2%～64.2%和61.0%～77.0%,对NH^＋₄-N、NO^-₃-N、TN去除率的变动范围分别为51.5%～67.8%、-90.6%～40.0%和29.1%～68.6%,对TP和IP的去除率为72.7%～89.1%和0～33.3%,对细菌总数、总大肠菌群、藻类等生命物质也有较好的去除效果,湿地出水水质除溶氧外能达到国家渔业水质标准。初步结果表明人工湿地应用于水产养殖用水处理和回用具有广阔的前景。     

耕作模式和滞水时间对稻田中氮磷动态变化的影响研究

通过微区模拟稻田试验,分析了免耕、浅耕和深耕3种耕作模式下滞水时间不同的稻田排水中氮磷的动态特征及总氮、总磷流失潜能,研究了稻田夏季施肥耕作模式和滞水时间对氮磷的减排效能。结果表明：（1）深耕有利于土壤固肥作用的发挥,田面水中TN和NH4＋-N浓度呈逐渐下降的趋势。浅耕和深耕土壤中微生物环境利于硝化反应,不易被土壤吸附的NO3--N得以迅速向田面水中释放。免耕和深耕处理的田面水中TP和DP浓度在第1～5 d内浓度较高,3个耕作处理的滞排水中TP和DP在耕作处理5 d后均处于较低的浓度水平。（2）不同耕作模式滞水5 d后TN的绝对流失量均处于较低水平。免耕、浅耕、深耕在滞水5 d后可分别减少田面水中TN流失59.55%～65.68%、70.15%～88.20%和65.23%～77.26%。深耕处理的模拟稻田田面水中TN的流失潜能相对较小。不同耕作模式处理相对流失形态与潜能以TN为主。（3）免耕处理田面水中TP的绝对流失量最大,浅耕处理田面水中TP绝对流失量最少。免耕、浅耕、深耕在滞水5 d后再排水可分别减少田面水中TP流失54.70%～67.78%、62.99%～85.09%和52.45%～87.99%。浅耕处理模拟稻田田面水中TP的相对流失潜能较小。不同耕作模式处理田面水中磷素的相对流失形态表现出一定的差异性,田面水中磷素流失形态随时间变化呈现出TP与DP交替变化的现象。总之,从减少田面水中氮磷的绝对流失量出发,夏季浅耕不失为最佳清洁耕作模式;同时在滞水5 d后排水,能有效减少田面水中氮磷的流失量,减少稻田排水对面源污染的影响。     

培养条件下微纳米增氧水添加对新疆砂壤土硝化作用的影响

为了提升氮素利用效率和生产能力,采用室内培养试验方法,研究不同土壤含水率（田间持水量的30%、60%、100%及175%）条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响,并分别利用硝化动力学方程和硝化作用强度定量评价NH4+-N和NO3--N含量的动态变化特征,比较NH4+-N初始消耗速率、NH4+-N最大消耗速率、达到最大消耗速率所用时间以及NO3--N平均生成速率的变化。结果表明：粉质砂壤土氮素转化以硝化作用为主;随着含水率的升高,土壤硝化作用强度呈现先增加后降低的趋势,并在田间持水量条件下达到最大。在不同含水率条件下增氧水处理对土壤硝化作用的影响具有显著差异（P<0.05）。与常规水处理相比,在田间持水量的60%条件下,增氧水处理对土壤硝化过程的促进作用更为明显,NH4+-N最大消耗速率提高了8.9%,最大消耗速率出现时间提前,NO3--N平均生成速率增加,硝化作用更强;而在田间持水量条件下,增氧水处理的土壤NH4+-N消耗没有显著差异,仅NO3--N平均生成速率增加;田间持水量的175%条件下,增氧水处理土壤NH4+-N最大消耗速率降低了21.5%,最大消耗速率出现时间滞后,但NO3--N平均生成速率没有显著变化。该研究提出了增氧水处理促进氮素转化作用的最适水分条件,为发展农业高效水肥利用技术提供了理论依据。     

人工湿地高效好氧反硝化菌的分离鉴定及反硝化特性研究

从增氧型复合垂直流人工湿地中采集样品,利用间歇曝气法富集好氧反硝化菌,并进行分离纯化,共得到10株好氧反硝化菌。其中编号为B13的菌株在初始硝态氮含量为277.23mg·L-1、碳氮比为5的条件下,24h的硝态氮去除率达92.80%,亚硝态氮积累只有12.57mg·L-1,脱氮速率达到20.58mg·L-·1h-1。16S rDNA序列分析表明,该菌与Pseudomonas stutzeri同源性达100%。选用四因素三水平L（934）正交试验表设计实验,通过测定对硝态氮去除能力和亚硝态氮的积累量,研究碳源、碳氮比（C/N）、pH以及溶解氧含量（DO）4种不同因素对B13号菌株好氧反硝化性能的影响。结果表明,该菌株对硝态氮的去除率最大可达99.88%,几乎没有亚硝态氮积累。对硝态氮去除率影响最大的因素为碳氮比,其次为pH,溶解氧含量和碳源。对应的最优条件是碳源为葡萄糖,碳氮比为10,pH为9,溶解氧含量为1.84～3.57mg·L-1。     

新食物链生态系统中水流速度对净化效果的影响

利用不同流量的循环水流经新食物链生态系统中的栽培层架,研究水流速度对循环水净化效果,旨在揭示新食物链生态系统节水和减排的本质。试验结果表明,流经各单层红萍的水样中溶解氧（DO）含量的上升幅度为0.76-0.96mg.L^-1,铵态氮（NH4^＋-N）含量的下降幅度为0.94-1.19mg.L^-1,分别是流经单层莴苣的5.07-6.40倍和1.71-2.16倍,说明红萍对提高水体中DO含量和去除NH4^＋-N的效果均明显优于莴苣。当养殖循环水流量控制在50mL.s^-1时,流经1层莴苣和3层红萍组成的单个植物栽培床后,DO含量上升了2.80mg.L^-1,系统增O2总量为504.0mg.h^-1;NH4^＋-N含量下降了3.82mg.L^-1,系统NH4^＋-N去除总量为687.6mg.h^-1。可见,红萍是新食物链生态系统的关键植物,在水质净化中起重要作用。利用红萍等植物改善水产养殖水环境,为解决高密度集约化水产养殖的瓶颈问题提供新途径,真正意义上实现新食物链生态系统中养殖污水零排放。