短程硝化-反硝化过程中氮素形态变化研究

 为防止湖泊和其他受纳水体富营养化的发生, 各城市污水处理厂均应用新的运行方法和控制策略进行脱氮除磷。短程硝化一反硝化是污水节能脱氮新技术之一, 其关键在于实现短程硝化。影响短程硝化反硝化的主要因素有温度、pH,氧气含量等等。研究结果表明,在水温为16.5℃,pH为7.4时,NH+4 N和TN的去除效果分别为42.59%和25.26%,是3个月中去除效果最好的,水温为11.5℃时次之,水温为7℃时,NH+4 N和TN的去除效果最差。可见温度是控制该过程脱氮效果的主要因素。     

曝气扰动下底泥氮的释放动力学及硝化反硝化过程研究(英文)

[目的]研究曝气扰动下底泥氮的释放动力学及硝化反硝化过程,以期解决底泥氮释放及二次污染问题。[方法]研究了底泥原位曝气对氮污染物释放的影响,并对其释放动力学参数进行解析,同时模拟了间歇曝气下泥水界面硝化反硝化脱氮过程。[结果]底泥曝气加速了氮污染物的释放,30min后底泥NH4+-N与达到释放平衡;最大释放量与底泥扰动强度成正比,在曝气头距离泥面距离为0、1、2和3cm时(扰泥量为3.52、3.41、3.26和3.01g/L),NH4+-N与最大释放量分别为14.3、13.8、13.2、12.2mg/L和33.2、30.9、29.8、27.3mg/L;且两者的释放动力学均符合双常数方程。持续曝气可促进泥水界面硝化反应发生,8d后NH4+-N浓度由12.4mg/L下降至0.2mg/L,硝态氮浓度达到最大值;停止曝气12d后,硝态氮与总氮浓度分别由10.8和37.4mg/L下降至0.36和23.2mg/L,说明有反硝化脱氮现象发生。可见,底泥曝气可促进氮污染物的释放及硝化过程,而通过间歇曝气,可实现底泥原位硝化反硝化脱氮。[结论]该研究结果可为城市黑臭河道底泥原位修复提供技术借鉴。     

土壤反硝化产物N2O/N2化学计量比例研究进展

反硝化作用是土壤氮循环中最重要的活性氮移除途径之一。在这一过程中,硝态氮被还原为气态氮素氧化亚氮（N₂O）或氮气（N₂）等离开土壤进入大气,而其气态产物N₂O/N₂化学计量比是土壤反硝化研究的热点和难点,合理调控N₂O/N₂是减少农业源温室气体排放的重要途径。在土壤环境中,反硝化产物比受多种因素的影响,硝态氮、O₂含量和Cu离子有效性是介导产物比变化的关键影响因子,而电子供体量、pH、水分为一般影响因子。这些因素既可以通过影响反硝化酶活、反硝化微生物丰度和群落结构等直接作用于反硝化过程,也可以通过改变反硝化发生的土壤微环境间接影响反硝化产物比。本文综述了近年来土壤反硝化气态产物N₂O/N₂控制因素的相关进展,并讨论了其对不同影响因素变化的响应机理,以期为后续相关研究提供思路和背景。     

一株异养硝化-好氧反硝化菌的分离鉴定及其对养殖废水中氮的去除特性

为了获得养殖废水中高效脱氮的菌株,采用富集培养分离的方法,从猪粪水自然曝气池污水中筛得一株具有较好脱氮功能的异养硝化-好氧反硝化菌株ZF2-3,经形态学和生理生化鉴定、16S rRNA基因序列分析、系统发育树构建和特征性扩增片段分析,鉴定其为Bacillus subtilis。在分别以硫酸铵和硝酸钠为唯一氮源的人工废水培养基中,菌株ZF2-3对氨氮和硝态氮的去除率分别为85.7%和87.2%,且不积累中间产物。优化条件后发现,菌株ZF2-3脱除氨氮最适碳源是蔗糖,最适碳氮比为15。将菌株ZF2-3应用于养殖废水脱氮,发现无论在氨氮浓度相对较低的水产养殖废水还是氨氮浓度较高的猪粪废水中,菌株ZF2-3均有较好的处理效果,使水体氨氮、总氮浓度分别降低37.7%、67.4%和34.6%、30.4%,且无中间产物累积。研究表明,菌株ZF2-3对养殖废水脱氮具有良好的应用潜力。     

产甲烷反硝化-短程硝化反硝化组合工艺处理屠宰废水的效能

采用CSTR作为产甲烷反硝化反应器和MSBR作为短程硝化反硝化反应器的串联工艺进行屠宰废水处理中试试验。通过控制溶解氧在0.7~1.2 mg·L-1,实现短程硝化反硝化;将MSBR出水按一定比例回流至CSTR,实现产甲烷反硝化。在稳定运行的前提下考察了组合工艺对屠宰废水的处理效果,并进一步分析了各反应器对COD、TN、NH+4-N的去除贡献。结果表明：工艺对屠宰废水COD、NH+4-N、TN的去除率分别达到97.12%、95.13%、77.14%; CSTR对系统COD去除贡献率为68.35%,MSBR对系统TN去除贡献率为72.34%;CSTR对系统TN、NH+4-N去除的贡献率分别为27.66%、-33.42%,MSBR对系统COD、NH+4-N去除的贡献率分别为31.65%、133.42%;组合工艺的适宜回流比较为75%;温度对COD、NH+4-N、TN的去除效果及去除稳定性有重要的影响;在最佳回流比75%的条件下,沼气中甲烷含量为66.70%;在气温较高的夏秋季,稳定期的亚硝酸盐积累率（NAR）可达65%以上。     

施氮条件下不同株型水稻品种的土壤硝化-反硝化研究

以穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425和穗型弯曲的松散型水稻品种秋光为材料,在不同氮素水平下研究两种株型品种的土壤硝化-反硝化作用强度。结果表明,施氮条件下不同株型品种的土壤硝化作用强度存在差异,紧凑型沈农07425施氮处理的硝化作用强度随施氮量增加而增强,最大值为齐穗期高氮处理,分别较低氮、中氮处理及PK和CK处理高18.87%、16.53%、60.29%和56.60%;而松散型秋光施氮处理以分蘖期低氮的硝化作用强度最大,较中氮、高氮处理高13.32%和3.05%,但比PK和CK处理小21.27%和27.37%。施氮条件下紧凑型沈农07425与松散型秋光的反硝化作用强度表现一致,施氮水平越高,反硝化强度越大。齐穗期反硝化作用强度最大,此时两品种施氮处理的反硝化作用强度分别比PK和CK处理高24.20%~63.04%和50.29%~77.90%。相关分析说明,不论紧凑型品种还是松散型品种,为减少硝化-反硝化氮素损失,应强调在拔节期追肥。     

ABR反应器—生物接触氧化系统短程硝化反硝化脱氮除磷性能研究

以ABR反应器＋生物接触氧化回流＋CASS反应器组成的短程硝化反硝化系统处理生活污水,探讨其脱氮除磷的最佳运行参数,为提高生活污水净化处理效果提供依据。结果表明,在常温22～25℃,ABR反应器HRT为4h;生物接触氧化池的溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L,HRT为3h,污水回流比为2∶1;CASS池的溶解氧浓度为1.5～2.0mg/L,运行周期为4h的条件下,该系统对生活污水的处理效果为：COD去除率达90%以上,氨氮去除率达90%以上,总磷去除率达70%以上。     

小城镇河流沉积物无机氮迁移循环研究

通过对河流柱状沉积物在通气下和厌气下进行避光短期静置模拟培养试验，研究了小城镇河流底泥-上覆水体系无机氮的迁移特征。结果表明，沉积物有机质降解对NH4的迁移有很大影响，通气和厌气下NH4的迁移均是向上覆水方向，NO3的迁移均是向沉积物方向，由于通气条件和静水环境引起的沉积物无机氮硝化作用和反硝化作用是影响沉积物一水界面体系氮迁移的最重要因素。     

苯甲酸对土壤反硝化过程氧化亚氮排放的影响

反硝化过程是导致土壤N2O排放的主要过程之一。为明确苯甲酸对反硝化过程中N2O排放的影响,本研究通过外援添加苯甲酸进行室内反硝化细菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)代谢活性及土壤培养试验,探讨了苯甲酸对反硝化细菌代谢活性及反硝化过程N2O排放的影响。结果表明：(1)土壤N2O排放特征受苯甲酸添加量影响显著,其中在低浓度(1～2 mmol/kg)时呈现“双峰”、高浓度时(4～6 mmol/kg)呈“单峰”的特征;(2)苯甲酸对土壤N2O累积排放量的影响呈现出低浓度促进(增幅达136.4%)、高浓度抑制(降幅为43.0%～64.1%)的特征;(3)苯甲酸对土壤NO3-转化表现为前期抑制后期促进的特征,这与其铜绿假单胞菌代谢活性的影响完全吻合。综上,合理应用苯甲酸可降低土壤N2O排放,但其适宜用量与N2O减排机理仍需进一步研究。     

不同植物及其组合配置对水体脱氮和氮循环微生物的影响

为探明富营养化水体中植物的脱氮效应及其作用机制,采用室内模拟试验,研究了不同植物及其组合配置对不同形态氮的去除、基质中微生物数量及其脱氮功能的影响,探讨了其与水质净化效果的相关性。结果表明：1）TN 的去除效果,单一植物处理,HCP 对 TN 去除效果最好（达68．71％）,CP 效果最差（仅50．48％）;植物组合处理,MRJ＋CP 和 MRJ＋HCP 对 TN 去除效果较好,HCP＋CP＋MRJ 效果次之, CP＋HCP 的效果最差;各植物处理系统中 TN 的去除率依次为 HCP＞MRJ＋CP＞MRJ＞ HCP＋MRJ＞HCP＋CP＋MRJ ＞ CP＞ CP＋ HCP＞ CK。2）NH4＋的去除效果,单一植物处理,HCP 和 MRJ 处理的NH4＋去除效果最好、去除率分别为64．84％和59．17％,CP 效果最差、仅46．50％;植物组合处理,MRJ＋CP 对 NH4＋去除效果最好,MRJ＋HCP 和 HCP＋CP＋MRJ 对 NH4＋去除效果次之,CP＋HCP 最差;各植物处理对污水中 NH4＋的去除率依次为 HCP＞MRJ＋CP＞MRJ＞HCP＋MRJ＞HCP＋CP＋MRJ＞CP＞CP＋HCP＞CK。3）NO3－的去除效果,单一植物处理,HCP 对 NO3－去除效果最好（达64．47％）,CP 效果最差（仅47．60％）;植物组合处理中,CP＋HCP 对 NO3－去除效果最好（达71．06％）,HCP＋MRJ＋CP 最差（仅47．41％）;各植物处理对污水中 NO3－的去除率依次为 CP＋ HCP＞ HCP＋MRJ＞ HCP＞MRJ＋CP＞MRJ＞CP＞HCP＋MRJ＋CP＞CK。4）植物及其配置调控着氮循环微生物的数量和活性,不同系统的硝化强度、反硝化强度、微生物数量不同,进而导致了净化效果的不同。硝化强度和亚硝酸细菌数量与 NH 4＋去除率间有显著关系（P ＜0．05）,而反硝化强度、反硝化细菌数量和 TN 去除率间相关性不显著（P ＜0．05）。     

凤眼莲及底泥对富营养化水体反硝化脱氮特征的影响研究

利用改进的漂浮箱法,通过直接测定水体释放的N2O、N2,在模拟实验中研究种养及未种养漂浮植物凤眼莲条件下富营养化水体硝化、反硝化脱氮释放N2、N2O特征及其对消减水体氮的贡献。结果表明,种养或未种养凤眼莲的富营养化水体硝化、反硝化脱氮的产物以N2为主,硝化、反硝化脱氮释放N2O而脱除的氮仅占水体TN损失量的0.01%±0.003%。在实验设定的水体富营养化条件下（NH+4-N浓度6.0~7.2 mg·L-1、NO-3-N浓度0.81~5.14 mg·L-1 、TN浓度为8.9~12.07 mg·L-1）,种养凤眼莲的富营养化水体（无底泥）以向大气界面累积释放N2形式损失的氮量（N2-N量,以N计）为（1 609.1±303.4）~（2 265.2±262.6）mg,占水体氮损失量的63.2%±17.0%,凤眼莲吸收的N仅占水体TN损失量的（23.7±3.1）%~（28.7±4.8）%,并不是净化水体氮的唯一途径。未种养凤眼莲的富营养化水体（无底泥）向大气界面累积释放N2形式损失的氮占整个水体N损失量的（40.7±8.6）%~（43.6±0.8）%,是富营养化水体自净脱氮的主要途径。施加底泥进一步促进了水体通过反硝化脱氮释放N2而损失的氮量。凤眼莲与底泥对促进反硝化脱氮过程具有良好的交互作用（P<0.01）。种养凤眼莲的富营养化水体向大气界面释放N2的浓度显著（P<0.05）高于相应处理下未种养凤眼莲的对照水体,说明凤眼莲可能对水体反硝化脱氮过程有促进作用。     

东北黑土区不同作物系统氮肥反硝化损失与N_2O排放量

在田间条件下,应用原状土柱培养-乙炔抑制法测定不同作物系统中氮肥反硝化损失和N20排放量.结果表明,在东北黑土旱作系统中土壤氮素反硝化损失量很低不施肥条件下,小麦、玉米和大豆地反硝化损失量分别为0.42,0.48和0.79 kgN·hm-2;施肥条件下为0.84,0.83和0.64 kgN·hm-2,作物间均无显著差异;氮素损失率仅占施肥量的0.61%、0.26%和-0.58%.小麦、玉米和大豆地N2O排放量在不施肥条件下作物间无显著差异,为0.74,0.41和0.48kgN·hm-2;施肥条件下差异极显著,排放量为0.72,1.37和0.44 kgN·hm-2;排放量分别占施氮量的-0.02%,0.69%和-0.14%.在玉米作物上施量较大,极显著地增加N2O排放量;在大豆作物上施肥量较低,表现出极显著地降低N2)排放量;小麦作物上施肥量也低,处理间N2O排放量差异不显著.     

华北平原几种主要类型土壤的硝化及反硝化活性

取用华北平原5种主要土壤进行实验室培养试验,研究不同类型土壤间硝化反硝化活性的差异。结果表明,培养28h后砂姜黑土、潮土、褐土、盐渍土和风沙土的硝化率分别为7.9%、20.8%、46.4%、22.5%和20.3%;148h后砂姜黑土的硝化率为18.7%,其它4种土壤达98.4%—100%,基本硝化完全;培养268h释放的N2O总量分别为0.04、0.27、0.24、0.41和0.45μgN·g-1土。培养650h的反硝化损失量分别为0.6、0.3、0.08、0.02和0.05μgN·g-1土。可见,不同的土壤中砂姜黑土的硝化作用活性较弱,而反硝化活性较强;潮土、褐土、盐渍土和风沙土的硝化作用活性较强,而反硝化活性相对较弱。土壤的硝化及反硝化作用与土壤质地和pH有关,与硝化和反硝化菌数量无明显相关性。     

福建省几种主要红壤性水稻土的硝化与反硝化活性

在实验室培养条件下,研究了4种红壤性水稻土硝化和反硝化活性的差异。结果表明,氮肥在4种土壤中的硝化率差异极显著,表现为灰泥土>浅灰黄泥沙土>灰黄泥土>黄泥土,培养642h后硝化率分别为85.6%、24.3%、22.5%和6.7%。不同土壤的硝化率与土壤中硝化细菌数(主要是亚硝酸菌)显著相关(r2=0.95),pH值最高和最低的土壤其硝化率分别表现出最高和最低,但浅灰黄泥沙土在pH5.1条件下,硝化率可达24.3%。在施氮肥条件下,不同土壤的反硝化活性差异也极显著,其中黄泥土反硝化活性最高,氮肥反硝化损失量达25.16μgN·g-1土,占施氮量的12.12%,反硝化作用可能是该土壤氮肥损失的主要途径之一;另外3种土壤间反硝化活性差异不显著,氮肥反硝化损失量仅占施氮量的-0.15%～0.27%。反硝化菌数量与氮肥反硝化损失量之间无明显相关性。可以认为反硝化作用在不同类型土壤氮肥损失中的作用和贡献有很大差异。     

15N测定甘蔗生物固氮能力研究

[目的]揭示来自巴西的甘蔗固氮品种在广西生态条件下的生物固氮能力,为国内甘蔗生物固氮研究和推广应用提供依据。[方法]以甘蔗脱毒茎苗为对照,温室施用15N同位素肥料而不施其他氮肥,通过15N同位素稀释法测定3个甘蔗品种的生物固氮能力。[结果]来自巴西的B8固氮百分率为26.91%,桂糖11和ROC16不具有固氮能力或固氮能力很弱。[结论]来自巴西的固氮甘蔗品种B8在广西生态条件下有一定的固氮能力。     

15N测定甘蔗生物固氦能力研究

[Objective] The study aimed to reveal the biological nitrogen fixation capacity by sugarcane from Brazil under the ecological conditions of Guangxi, and to provide reference for study on the biological nitrogen fixation capacity by sugarcane and related generalization and application. [Method] The 15N isotopic fertilizer was solely applied on plants of three sugarcane cuhivars planted in greenhouse with no other fertilizer forms applied, meanwhile virus-free stem seedling was regarded as control, to measure their biological nitrogen fixation capacity using 15N isotope. [Result] The nitrogen fixation rate of B8 from Brazil reached 26.91%, while Guitang 11 and RIC16 presented no or poor nitrogen fixation capacity. [Conclusion] The sugarcane cuhivar B8 from Brazil showed some nitrogen fixation capacity under the ecological conditions of Guangxi.     

硝化和反硝化过程对林地和草地土壤N2O排放的贡献

【目的】明确好气条件下硝化和反硝化过程对林地和草地土壤N2O排放的贡献,比较温度变化对两个过程排放贡献的影响。【方法】通过室内好气培养试验（60%WHC）,采用15N同位素标记技术测定林地和草地土壤在10℃和15℃下铵态氮、硝态氮和N2O的15N丰度,计算硝化和反硝化过程对N2O排放的贡献。【结果】好气培养条件下,林地和草地土壤中的硝化作用和反硝化作用同时发生,硝化作用对N2O排放的贡献为53.1%―72.0%,是N2O排放的主要过程。培养期间林地土壤中反硝化过程对N2O排放的平均贡献为44.9%,显著大于草地土壤（28.9%）,而硝化过程对N2O排放的平均贡献为55.1%,显著小于草地土壤（71.1%）。温度增加显著促进了土壤中N2O的排放,但是对硝化和反硝化过程的N2O排放贡献没有影响。【结论】好气条件下硝化作用是土壤中N2O排放的主要过程,但反硝化作用仍占有很大比例。     

~(15)N测定甘蔗生物固氮能力研究(英文)

[Objective] The study aimed to reveal the biological nitrogen fixation capacity by sugarcane from Brazil under the ecological conditions of Guangxi,and to provide reference for study on the biological nitrogen fixation capacity by sugarcane and related generalization and application. [Method] The 15N isotopic fertilizer was solely applied on plants of three sugarcane cultivars planted in greenhouse with no other fertilizer forms applied,meanwhile virus-free stem seedling was regarded as control,to measure their biological nitrogen fixation capacity using 15N isotope. [Result] The nitrogen fixation rate of B8 from Brazil reached 26.91%,while Guitang 11 and RIC16 presented no or poor nitrogen fixation capacity. [Conclusion] The sugarcane cultivar B8 from Brazil showed some nitrogen fixation capacity under the ecological conditions of Guangxi.     

^15N测定甘蔗生物固氮能力研究

国内、外甘蔗生产中的氮肥施用量分别为500～750、100～200kg／hm^2。巴西甘蔗产量约为80t／hm^2，因使用固氮甘蔗品种和相应的固氮技术，其施用的氮肥量，仅为广西的1／10，氮肥投入量远远小于甘蔗收获从土壤中带走的氮素量。笔者在开展甘蔗品种固氮特性研究过程中，进行了^15N同位素稀释试验，以了解在广西生态条件下，甘蔗品种的固氮能力。