浮床黑麦草对城市生活污水氮循环细菌繁衍和脱氮效果的影响

通过设施大棚内容积为1.5m3的人工模拟池试验,研究了浮床黑麦草对模拟城市生活污水氮循环细菌繁衍和脱氮效果的影响。通过研究,阐明浮床植物去除污染水体氮素的可能途径。研究结果表明:浮床黑麦草对模拟城市生活污水总氮和氨氮的去除效果分别达到了31.6%和43.0%;浮床黑麦草根际和根系正下方是各类氮循环细菌生长的最佳区域;浮床黑麦草处理有效地提高了系统氮循环细菌的数量,16d的试验结束时细菌总数(A,单位为CFU.mL-1)达到最大值,其lg(A/(CFU.mL-1))增加至8.82,各类氮循环细菌比对照高3-5个数量级;同时,浮床黑麦草处理显著提高了氮循环细菌的群落多样性,系统内氨化菌、硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌共存;明确了浮床黑麦草的吸收同化和氮循环细菌的生物脱氮是浮床黑麦草净化水质的两个重要途径。     

好氧反硝化菌强化生态浮床对水体氮与有机物净化机理

好氧反硝化菌强化生态浮床通过挂膜将异养硝化-好氧反硝化菌与填料结合,并添加曝气强化措施,提高浮床对富营养化水体中氮和有机物的去除效果。结果表明,在7天内,好氧反硝化菌强化生态浮床在COD_(Cr)/TN=1.7~2.9的进水下,对NH_4~+-N、NO_3~--N、TN和COD_(Cr)的去除率分别为54.5%、100%、59.8%和56.3%,对TN和COD_(Cr)的去除率比传统生态浮床分别提高了47.1%和36.3%;在COD_(Cr)/TN=3.3~5.0的进水下,对NH_4~+-N、NO_3~--N、TN和COD_(Cr)的去除率分别为55.4%、100%、48.9%和65.6%,对TN和COD_(Cr)的去除率比传统生态浮床分别提高了21.0%和20.0%。好氧反硝化菌强化生态浮床中,曝气和异养硝化-好氧反硝化菌的添加提高了浮床对有机物的降解,增强了其在高溶解氧水平下的反硝化作用,克服了曝气生态浮床对NO_3~--N降解效果差的缺点。利用Monod动力学方程对好氧反硝化菌强化生态浮床初期降解氮素和有机物过程进行描述,相关系数为0.9,说明Monod动力学方程适用于描述好氧反硝化菌强化生态浮床的反应动力学。     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮相关酶系及其编码基因的研究进展

水体氮素污染日益严重,如何经济、高效地去除水体氮素已成为研究热点。近年来,研究人员已从不同环境中分离到许多同时具有异养硝化和好氧反硝化功能的菌株,此类菌生长迅速,可在好氧条件下同时实现硝化和反硝化的过程,并可用于脱除有机污染物,是一类应用潜力巨大的脱氮菌。目前,异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮途径和机制主要是通过测定氮循环中间产物或终产物、测定相关酶活性、注释部分氮循环相关基因及参考自养硝化菌和缺氧反硝化菌的氮循环途径等进行研究,其完整的氮素转化途径和氮代谢机制还需要进一步明确。总结了目前异养硝化-好养反硝化菌的脱氮相关酶系及其编码基因的研究进展,以期为异养硝化-好氧反硝化菌的理论研究及其在污水脱氮处理上的应用提供参考。     

脱氮功能菌去除市政废水中氮素的研究

为了探讨实验室筛选获得的氨氧化细菌CM-NRO14和反硝化细菌CM-NRD3联合去除市政废水中氮素的应用价值,采用了两级A/O工艺进行菌株去除废水中氮素的小试实验,最后将菌株用于废水脱氮工程中。结果表明,脱氮功能菌实现了短程硝化-反硝化,氨氮去除率在98%以上,总氮去除率在75%以上, COD (化学需氧量)去除率大于90%,出水各项指标均低于城镇污水处理厂污染物排放一级(A)标准。脱氮功能菌在去除市政废水中氮素方面有很高的应用价值,可用于城镇污水处理厂提标改造等。     

湖泊氮素氧化及脱氮过程研究进展

自然界中氮的生物地球化学循环主要由微生物驱动,由固氮作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用来完成。过去数十年间,随着异养硝化、厌氧氨氧化和古菌氨氧化作用的发现,人们对环境中氮素循环认识逐步深入,提出了多种脱氮途径新假说。对湖泊生态系统中氮素的输入、输出及其在水体、沉积物和水土界面的迁移转化过程进行了概括,对湖泊生态系统中反硝化和厌氧氨氧化脱氮机理及脱氮效率的最新研究进展进行了探讨,并对以后的氮素循环研究进行了展望。     

黄土丘陵区不同植被土壤氮素转化微生物生理群特征及差异

采用最大或然计数法(most probable number, MPN)对黄土高原洞子沟流域不同植被恢复阶段土壤氮素微生物生理群(氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌)数量分布特征进行了测定,结果表明:1)土壤氨化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌数量随植被恢复而增加,三者最大值分别为最小值的74、4和31倍,其中氨化细菌和反硝化细菌的数量在铁杆蒿群落最低,辽东栎群落最高,亚硝化细菌数量在丁香群落最低,辽东栎群落最高;2)植被恢复对各氮素生理群影响不同,对氨化细菌影响最大,其次分别为反硝化细菌和亚硝化细菌;3)各氮素生理群数量差异较大,氨化细菌>反硝化细菌>亚硝化细菌。研究区氨化细菌占总数的75%-80%,反硝化细菌占20%-25%时,生态系统最为稳定;4)土壤理化性质与各功能菌关系紧密,其中,土壤容重和硝态氮含量与微生物数量相关性最大,全钾、矿化氮和微生物量氮也表现出很大的相关性。     

基于响应面法对一株好氧反硝化菌脱氮效能优化

【目的】水体富营养化是当今我国水环境面临的重大水域环境问题,氮素超标排放是主要的引发因素之一。好氧反硝化菌构建同步硝化反硝化工艺比传统脱氮工艺优势更大。获得高效的好氧反硝化菌株并通过生长因子优化使脱氮效率达到最高。【方法】经过序批式生物反应器(Sequencing batch reactor,SBR)的定向驯化,筛选获得高效好氧反硝化菌株,采用响应面法优化好氧反硝化过程影响总氮去除效率的关键因子(碳氮、溶解氧、pH、温度)。【结果】从运行稳定的SBR反应器中定向筛选高效好氧反硝化菌株Pseudomonas T13,采用响应面法对碳氮比、pH和溶解氧关键因子综合优化获得在18 h内最高硝酸盐去除率95%,总氮去除率90%。该菌株的高效反硝化效果的适宜温度范围为25?30 °C;最适pH为中性偏碱;适宜的COD/NO3?-N为4:1以上;最佳溶解氧浓度在2.5 mg/L。【结论】从长期稳定运行的SBR反应器中筛选获得一株高效好氧反硝化菌Pseudomonas T13,硝酸盐还原酶比例占脱氮酶基因的30%以上,通过运行条件优化获得硝氮去除率达到90%以上,对强化废水脱氮工艺具有良好应用价值。     

秸秆还田对土壤硝化特性和氨化特性及其相关菌群数量的影响

研究秸秆还田后土壤硝化特性和氨化特性的改变及其与相关菌群数量变化的关系,为进一步研究秸秆还田对土壤氮素循环的影响提供参考。测定秸秆还田后植株生长过程中不同时间土壤硝化特性和氨化特性,以及相应的硝化细菌、氨化细菌、固氮菌的数量,将结果与无秸秆的空白对照区进行比较、分析。整个植株生长过程中,秸秆还田土壤中相关菌群数量以及氨化作用强度和硝化作用强度均明显高于空白对照,其中氨化菌、硝化菌和固氮菌为空白对照的1.3~1.6倍;氨化作用强度和硝化作用强度分别为空白对照的1.1和1.8倍。结果表明,秸秆还田可以有效提高土壤氨化活性和硝化活性以及相关菌群的数量和活性,相关菌群数量的变化与土壤氨化活性和硝化活性呈正相关。     

浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究

以浮床空心菜(Ipomoea aquatica)、水芹(Oenanthe javanica)和无植物系统为对象,研究了其在富营养化水体中对N、P的去除及其N₂O的排放情况.结果表明,浮床植物系统对水体中N、P具有良好的净化效果,植物组织所累积的N、P量分别占各自系统去除量的40.32%～63.87%,说明植物的同化吸收作用是N、P去除的主要途径.换水周期内浮床植物系统中硝化反应进行充分,而反硝化反应相对缓慢,导致系统具有较高的NH₄⁺-N去除率,而产生NO₃--N累积.植物的存在降低了系统中N₂O的排放通量.生长较好的空心菜系统在换水前后平均N₂O排放量最低,为17.14μgN·m^-2h^-1,空白高达8.08μgN·m^-2h^-1,水芹为37.38μg N·m^-2·h^-1.     

进水碳氮比对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

通过逐步提高进水中的有机碳源浓度,探讨进水碳氮比(C/N)对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮效能及其微生物特性的影响.结果表明: 进水C/N可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当进水C/N由0.0增至6.0时,TFCW中反硝化功能基因的丰度随之增加,系统反硝化性能提高,TFCW中逐渐形成同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)耦合反应体系,其脱氮效果得以强化.当进水C/N＞6.0时,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量逐渐减少,TFCW中的厌氧氨氧化作用与反硝化作用受阻,系统脱氮性能恶化.当进水C/N为6.0时,TFCW中的SNAD作用可得到最大限度的强化,其总氮(TN)去除率和去除负荷分别达(93.3±2.3)%和(149.30±8.00) mg·L^-1·d^-1,高于CANON系统中TN去除率的理论值.     

氮肥形态对冬小麦根际土壤氮素生理群活性及无机氮含量的影响

采用大田盆栽方法研究了硝态氮肥、铵态氮肥、酰胺态氮肥3种氮肥形态对冬小麦品种豫麦50生育中后期(拔节期、开花期、花后14 d、花后28 d)根际土壤氮转化相关微生物活性、酶活性和根际土壤NH+4离子、NO-3离子含量的影响。结果表明:随着生育期的推进,除脲酶外,氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌和蛋白酶活性变化的均为"倒V"型变化特征,以花后14 d活性最强;而脲酶活性在拔节期最强,并且其活性远大于其它微生物及酶。氮肥形态对根际土壤氮素生理群及无机氮的影响不同。酰胺态氮肥促进了根际氨化细菌、反硝化细菌、脲酶、蛋白酶的活性,而硝化细菌、亚硝化细菌在硝态氮肥条件下活性较强。除拔节期外,土壤中NH+4离子在铵态氮肥处理下含量较高,NO-3离子在酰氨态氮肥处理下含量较高。因此,酰胺态氮能够促进小麦根际土壤有机氮的分解,硝态氮肥可以促进土壤中氨的转化,以利于小麦根系的吸收与利用。氮肥形态主要是通过影响土壤中氮素生理类群及酶的活性,从而影响土壤中无机氮的含量。     

In situ simultaneous organics and nitrogen removal from recycled landfill leachate using an anaerobic-aerobic process

An anaerobic-aerobic process including a fresh refuse landfill reactor as denitrifying reactor, a well-decomposed refuse reactor as methanogenesis reactor and an aerobic activated sludge reactor as nitrifying reactor was operated by leachate recirculation to remove organic and nitrogen simultaneously. The results indicated that denitrification and methanogenesis were carried out successfully in the fresh refuse and well-decomposed landfill reactors, respectively, while the nitrification of NH(4)(+)-N was performed in the aerobic reactor. The maximum organic removal rate was 1.78 kg COD/m(3)d in the well-decomposed refuse landfill reactor while the NH(4)(+)-N removal rate was 0.18 kg NH(4)(+)-N/m(3)d in the aerobic reactor. The biogas from fresh refuse reactors and well-decomposed refuse landfill reactors were consisted of mainly carbon dioxide and methane, respectively. The volume fraction of N(2) increased with the increase of NO(3)(-)-N concentration and decreased with the drop of NO(3)(-)-N concentration. The denitrifying bacteria mustered mainly in middle layer and the denitrifying bacteria population had a good correlation with NO(3)(-)-N concentration.     

生物反应器填埋场系统渗滤液的脱氮性能

利用填埋场垂直分布的好氧-缺氧-厌氧的独特生态环境,并采用填埋垃圾上层间歇曝气充氧的方式,研究了生物反应器填埋场系统渗滤液的脱N性能.结果表明,填埋垃圾上层间歇曝气充氧,促进了填埋垃圾层硝化细菌和反硝化细菌的生长,且可使反硝化细菌的数量比普通的填埋垃圾层高4～13个数量级,硝化细菌的最大数量可达到10⁹个·g^-1;营建了填埋场内硝化、反硝化等脱N反应的生物环境,有利于回流渗滤液含N化合物的去除.试验结束时,其渗滤液NH₄⁺-N和TN浓度分别为186和289 mg·L^-1,仅为对照的18%和26％.此外,填埋垃圾上层间歇曝气充氧也有利于填埋垃圾的降解,提高垃圾的稳定化效果.     

一株海水异养硝化-好氧反硝化菌系统发育及脱氮特性

【目的】确定一株分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌的系统发育地位并探索其脱氮特性和机理,以期为解释异养硝化-好氧反硝化机理以及改进海水养殖及废水的生物脱氮工艺提供理论依据。【方法】通过形态观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析,鉴定该菌株;通过测定菌株在不同无机氮源降解测试液中的生长和脱氮效率,分析其异养硝化和好氧反硝化性能。【结果】经鉴定该菌株属于盐单胞菌属(Halomonas);最适生长条件为盐度3%、pH 8.5、温度28℃、碳氮比10:1,在盐度为15%的培养液中仍能生长;可以同时去除氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮,24 h时对NH4+-N、NO2--N、和NO3--N的去除率可分别达到98.29%、99.07%、96.48%,3种形态无机氮同时存在时,会优先利用NH4+-N,且总无机氮去除率较单一存在时更高,说明该菌株可实现同步硝化反硝化。【结论】该分离自海水的异养硝化-好氧反硝化菌属于盐单胞菌属(Halomonas),在高盐环境中仍能生长,同时具有高效的异养硝化和好氧反硝化能力,能够独立完成脱氮的全部过程。     

Estimates of Microbial Populations Involved in the N Cycle and their Activity in Water and Sediments of Fish Farming Ponds under Mono and Polyculture Systems in India

The population sizes of ammonifying, protein mineralizing, nitrogen fixing and nitrifying bacteria, and the rates of ammonification and nitrification (natural and potential) were measured in water and sediments of four fish ponds being used for traditional, mono- and polyculture systems of fish farming. Spatial differences in the microbial density in these ponds were related to the fish culturing practices adopted. The seasonal variation of ammonifying bacteria was found to be positively correlated with the NH₄-N level in the water. The natural and potential capacity to generate both nitrite and nitrate in these water bodies was strongly correlated with the concentrations of the different forms of inorganic nitrogen present. The rates of NO₂-N and NO₃-N formation occurring in these fish ponds were directly proportional to the amount of dissolved oxygen and pH of the environment, respectively.     

Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶活性

【背景】异养硝化-好氧反硝化菌由于能够同时实现硝化反硝化作用而备受关注,但由于菌的种类不同,其脱氮途径不尽相同,研究菌株脱氮关键酶的种类及其活性可以推测菌株的脱氮途径,从而为菌株在生产上的应用提供技术支撑。【目的】研究Pseudomonas alcaliphila AD-28的脱氮性能及其关键酶的活性,为菌株脱氮分子机理研究奠定基础。【方法】以柠檬酸钠为碳源,以硫酸铵、亚硝酸钠、硝酸钾为氮源,研究菌株AD-28的脱氮性能并检测其关键酶氨单加氧酶(AMO)、羟胺氧化还原酶(HAO)、亚硝酸盐还原酶(NIR)、硝酸盐还原酶(NAR)的酶活性。【结果】菌株AD-28培养24h的菌密度(OD600)可达1.971,对初始浓度为18.85mg/L的氨氮、26.13mg/L的硝酸盐氮、19.47mg/L的亚硝酸盐氮、66.11 mg/L的总氮去除率均达到96%以上;关键酶AMO、HAO、NIR和NAR的比活力分别为0.028、0.003、0.011、0.027 U/mg。【结论】Pseudomonas alcaliphila AD-28能同时进行异养硝化-好养反硝化作用,该菌在AMO作用下将NH4+-N氧化为羟胺,然后由HAO氧化为NO2--N,NO2--N和NO3--N在NIR、NAR等酶的催化作用下脱氮。     

基于好氧反硝化及反硝化聚磷菌强化的低温低碳氮比生活污水生物处理中试研究

【背景】低碳氮比生活污水很难达标处理,多级A/O工艺、生物强化技术及生物膜技术的有机结合可有效解决这一问题。【目的】开发出一种泥膜共生多级A/O工艺并进行中试研究,驯化出高效脱氮除磷菌剂并对系统进行生物强化。【方法】通过测定中试设备出水及污水处理厂出水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、总氮(Total nitrogen,TN)、总磷(Total phosphorus,TP)对比分析两种工艺的污染物去除效能,利用高通量测序技术对比生物强化技术对系统微生物群落结构的影响。【结果】中试设备对COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果均优于污水处理厂的处理工艺;驯化的低温好氧反硝化菌TN去除率最大值可达84.21%,驯化的低温反硝化聚磷菌群对磷的去除率最高可达85.75%;利用驯化菌群对中试设备进行生物强化后较好地改善了系统NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果;经生物强化后,具有好氧反硝化和反硝化聚磷功能的Pseudomonas菌群明显增多。【结论】泥膜共生多级A/O工艺对于低碳氮比生活污水的处理具有很好的效果,利用生物强化技术可有效提高低温条件下系统污染物去除效能。     

污水土地生态处理脱氮技术的中型试验研究

地沟式污水土地生态处理工艺,是自然生态净化与人工工艺相结合的小规模污水处理回用技术。它是采用土壤毛细管浸润扩散原理的浅型土壤处理技术,在人工可控条件下,将污水科学、合理地投配到设计定型的装置内,利用污水的能量,把其所携带的污染物,通过人工基质(土壤、砂、碎石等,填料-水-微生物-植物系统)的物质循环和能量流动,逐级降解;在不同的污染负荷、水力负荷下,完成一系列物理、化学、物理化学和微生物化学、生物化学的反应。通过以贵州典型的黄壤土为主配比的人工土作为处理系统填料的现场中型试验,探讨地沟式污水土地处理系统的脱氮效果及其影响因素。地沟式污水土地生态系统对氨氮和总氮去除效果良好,去除率分别达到84 .7%和70 .7% ,出水氨氮(14 .0 mg/L )和总氮(2 4 .7mg/L ) ,达到建设部颁发的生活杂用水水质标准。对处理系统微生物数量及分布的研究表明:处理系统中氮转化细菌丰富,氨化细菌为10 3～10 6 cfu MPN/g(土壤) (cfu:形成菌落数:MPN:最大可能数量) ,亚硝化菌为10 3～10 6 MPN/g(土壤) ,硝化菌10 4～10 6 MPN/g(土壤) ,反硝化细菌为10 3～10 6 MPN/g(土壤)。由硝化/反硝化实现生物脱氮是土地生态处理系统去除总氮的主要途径;建立土壤、土壤微生物、土壤植被环境以促进硝化作用是提高总