基于碳酸氢钠为碳源的氢自养反硝化去除地下水中硝酸盐研究

氢自养反硝化修复地下水中的硝酸盐污染以其清洁、环保又经济而受到广泛重视。利用全自动恒温振荡仪,以NaHCO3为碳源驯化氢自养反硝化细菌,并对影响氢自养反硝化速率的因素进行了研究。结果表明,以NaHCO3作为唯一的无机碳源,不仅可以高效驯化氢自养反硝化细菌,而且可以控制体系的pH值,效果优于单独以CO2或以CO2和NaHCO3共同为碳源的系统;当单独以NaHCO3为碳源时,其浓度为2g·L-1时可以满足氢自养反硝化细菌的生长,并使体系pH保持在8.5±0.2;当初始NO3--N浓度〈135.6mg·L-1时,反硝化速率随着NO3--N浓度的升高而增大,当NO3--N浓度过高时（〉135.6mg·L-1）,会抑制氢自养反硝化的进行;当pH在6.0～9.0时,氢自养反硝化可以进行,但其最适pH为7.0～8.0,而当pH〈6.0或pH〉9.0时,反硝化基本停滞;温度为35℃时反硝化速率最大,为2.83mg·L-·1h-1,当温度为15℃时,有明显的亚硝酸盐积累。     

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。     

不同氮硫浓度及氮硫比对硫酸盐还原厌氧氨氧化脱氮效果的影响

该研究在硫酸盐还原厌氧氨氧化（Sulfate-Reducing Anaerobic Ammonium Oxidation,SRAO）脱氮工艺的基础上,探究了SO42-浓度在100 mg/L的条件下,控制NH4+的投加量在不同N/S（NH4+-N/SO42-）浓度比下ASBR（Anaerobic Sequencing Batch Reactor）反应器的运行效果及其脱氮性能。N/S从1.0增大到3.0时,ASBR中氨氮的平均去除率从78.5%增加到94.4%,但体系内SAD（Sulfur Autotrophic Denitrification）菌的丰度及活性未受到明显抑制,SRAO作用和ANAMMOX（Anaerobic Ammonia Oxidation）作用始终是ASBR脱氮的主要途径。当N/S的浓度比由3.0增至4.0时,ASBR中氨氮的平均去除率由94.4%下降为69.2%。这表明随着N/S的增大,体系内ANAMMOX菌和SRAO菌活性的降低,抑制了体系脱氮性能。这时SAD菌的丰度及活性略有增加。硫的去除率随N/S比的变化趋势和总氮的去除规律类似,在N/S=3.0时达到最大74.2%。结合高通量测序结果,说明不同N/S下的脱氮微生物优势菌群会不断变化,改变体系脱氮除硫性能。     

硝酸盐及其氮、氧同位素最新分析方法-细菌反硝化法

细菌反硝化法是一种用于测定环境样品硝酸盐及其δ^15 N和δ^18O的新方法,广泛用于NO 3^-来源及其转化过程相关环境生态研究。为了推进相关应用研究,本文系统介绍了细菌反硝化法的原理、特点和一般分析步骤,着重讨论了分析过程中的质量控制环节和试验要点,给出了分析相关计量关系及结果标定和校正公式。     

脱氮副球菌的好氧反硝化特性及对养殖水体中氮素的控制

以一株脱氮副球菌（Paracoccus denitrificans）为试验菌株,研究了其在好氧环境下的最适生长条件以及在不同溶氧条件下对NO2--N、NO3--N的转化去除情况。结果表明,脱氮副球菌好氧下的最适生长温度为30℃,最适生长pH值为7.0。在溶解氧比较充足的情况下（6.6～7.3mg.L-1）,脱氮副球菌对NO2--N、NO3--N的去除以同化吸收为主,少部分是经由反硝化作用去除,最大去除率可达100%和97.58%。随着溶氧的降低,脱氮副球菌的反硝化能力增强,NO2--N、NO3--N通过反硝化作用去除的比例增加。将活菌数≥109个.mL-1的脱氮副球菌按1.0、2.5mg.L-1的浓度加入养殖水体,在10d内可使养殖水体中的NH4＋-N下降41.89%～49.23%,NO2--N下降33.33%～42.86%,NO3--N下降48.28%～67.74%,对养殖水体中的氮素污染具有较好的控制效果。研究显示,脱氮副球菌的好氧反硝化作用可以为养殖水体有氧条件下的脱氮提供一条新的思路。     

固体碳源填充床反应器反硝化性能的研究

为了优化固体碳源填充床反应器的运行条件,以PLA/PHBV颗粒为碳源和生物膜载体,研究了水力负荷与硝态氮负荷对反应器反硝化性能的影响,并用扫描电镜观察碳源表面生物膜的形态。结果表明,在进水硝态氮浓度为100 mg·L-1,水力负荷为1.71~8.39 m3·m-2·d-1时,反硝化速率呈现先增加后降低的趋势,最大值为40.53 mg·L-1·h-1;随着水力负荷的提高,出水硝态氮浓度逐渐增加,而COD浓度逐渐降低;维持水力负荷在3.54 m3·m-2·d-1以下,可保证反应器的出水满足我国饮用水标准对硝态氮与亚硝态氮浓度的要求;维持水力负荷为5.30 m3·m-2·d-1,反应器的反硝化速率与进水硝态氮负荷线性相关（R2=0.937）,而硝态氮负荷对出水的COD浓度未发生明显影响;维持进水硝态氮负荷不高于0.16 kg·m-2·d-1,可保证反应器出水的硝态氮与亚硝态氮浓度满足国家标准。通过扫描电镜照片可以看出,PLA/PHBV颗粒表面的生物膜以球菌和杆菌为主,成簇定植在碳源颗粒表面。     

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（NH4^＋ —N浓度6．0～7．2mg·L^-1、NO3^- -N浓度0．81～5．14mg·L^-1、TN浓度为8．9～12．07mg·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（1609．1±303．4）-（2265．2±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。     

反硝化测定方法的评述

反硝化作用是氮循环的重要环节,对生态系统的初级生产力、水体质量、大气环境具有重要影响。然而由于大气中N2的背景值很高,使得准确量化反硝化产生的微量N2存在一定的困难;此外,不同研究者在反硝化研究方面缺乏交流,限制了对反硝化测定方法的改进以及对反硝化过程的深入研究。本文综述了目前在陆地和水体生态系统中常用的7种测定反硝化的方法,并对这些方法的优缺点进行了讨论,以期为反硝化测定方法的综合改进提供参考。已有的反硝化测定方法往往只针对于某一种特定的生态系统,具有一定的局限性,未来应加强对已有研究方法的改进,扩大其适用范围,同时加强研制精密度更高的质谱仪和气相色谱仪,以促进反硝化研究的进一步发展。     

生物反硝化抑制剂原花青素对土壤氮转化及植物生长的影响

我国农业生产氮肥投入量大,但利用率低,氮素损失严重。其中,由反硝化过程产生的氮素损失占比最高可达50%以上,有效调控土壤反硝化过程对于减少农业生态系统氮素损失、降低氮素环境污染具有重要意义。生物反硝化抑制剂(biodenitrification inhibitors,BDIs)是一类植物分泌的次生代谢产物,其中的原花青素已被证实可促进土壤氮素储存并增加作物产量,有望成为一种高效且绿色的氮素调控物质。本文系统梳理了BDIs的发现及其反硝化抑制机制,总结了目前国内外BDIs研究领域的主要进展,并对未来研究方向进行了展望,以期为BDIs施用技术及产品的开发、农产品质量的提升及现代农业绿色健康发展提供借鉴。     

地下水硝酸盐去除中反硝化微生物的研究进展

地下水硝酸盐污染已经成为一个全球问题,由于饮用高硝酸盐含量的地下水会增加高铁血红蛋白症和癌症风险,地下水硝酸盐污染受到越来越多的关注。反硝化脱氮是地下水硝酸盐脱氮的主要途径之一。本文就参与地下水硝酸盐去除的反硝化微生物种类、反硝化机理、碳源类型以及地下水污染中微生物作用的国内外研究现状进行了较全面系统的评述。在此基础上,提出了该类研究中存在的不足,包括实验室研究较多但野外研究较少,野外原位应用中对特定微生物特性方面研究缺乏,碳源利用率低和硝酸盐去除速度慢,去除过程中有效微生物的代谢途径仍不清楚等问题。针对这些问题,本文认为以后的研究应该进一步开发野外原位应用中反硝化微生物资源,并借助先进的分子方法和功能基因鉴定此类特殊微生物的种类、功能及其生态学行为,选择最佳碳源,完整深入地了解地下水硝酸盐去除中微生物的代谢过程,识别反硝化过程中氮的来源与去向,为寻找提高处理效率的方法提供理论依据,真正将理论和实践结合起来。     

应用多级反应动力学模型研究土壤甲氨基酚吸附

Metolachlor retention on a Sharkey clay soil was quantified using a kinetic batch method for different initial solution concentrations.Time-dependent adsorption was carried out by monitoring solution concentration at different reaction times.Adsorption was kinetic multireaction model which includes reverible and irreversible retention processes of the equilibrium and kinetic types,The predictive capability of the model for the dexcription of experimental results for metolachlor retention was examined and proved to be adequate。     

脱氮除磷生物滤池填料制备及其对农村生活污水的处理效果

针对农村生活污水处理过程中,总氮(TN)和总磷(TP)难以直接达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准的难题,该研究研制出一种新型脱氮除磷滤料,并对其表征。扫描电镜结果表明该滤料亲水性较好,表面粗糙,大量的空隙和较大的比表面积利于微生物挂膜;光学显微镜观察结果表明,生物膜生长状况良好,活性较高,无需反冲洗就能长期稳定运行。将该新型滤料用于两级生物滤池对农村生活污水的处理研究,考察了水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)、气水比、回流比及温度对系统TN和TP处理效果的影响。研究发现,在一定范围内,污染物质的去除率与水力停留时间和温度成正相关,随着气水比和回流比的增大先上升后下降;温度对TN去除的影响较为显著。试验得出系统运行的最适工况:HRT 5 h,气水比10:1,回流比50%,最利于系统脱氮温度为27℃。系统在最佳试验条件下稳定运行后,出水COD(化学需氧量)、NH_3-N、TN和TP平均质量浓度分别为18.53、0.66、9.78、0.30 mg/L,平均去除率分别为89.82%、99.80%、59.05%、88.31%,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准要求。研究结果可为实际工程和理论研究提供参考。     

咸水非充分灌溉条件下土壤水盐运动SWAP模型模拟

为了研究咸水非充分灌溉条件下土壤水盐动态变化规律,该文在2013年田间试验的基础上,利用试验观测数据,对SWAP模型进行了率定和验证,并对咸水非充分灌溉条件下土壤剖面水分和盐分通量变化过程进行了模拟和分析。研究结果表明:SWAP模型模拟值较好地反映了实测值的变化趋势,经过率定和验证后的SWAP模型能够较好地模拟土壤水盐的动态变化规律以及制种玉米的产量情况。在制种玉米苗期阶段,3种灌水处理40 cm以上土壤剖面的水分通量主要以向上为主;在灌水和降雨阶段,各处理土壤剖面的水分通量主要向下,且灌水量越大的处理,向下的水分通量越大;在土壤蒸发阶段,各处理60 cm以下土壤剖面的水分通量向下,且向下的水分通量逐渐减小。土壤盐分通量模拟结果与土壤水分通量具有类似的规律,60 cm以下土壤剖面的盐分通量主要向下,表明土壤盐分主要向深层土壤运移。研究结果可为该研究区域咸水非充分灌溉制度的制定提供理论依据。     

Nitrate removal, denitrification and nitrous oxide production in the riparian zone of an ephemeral stream

Riparian zones are important features of the landscape that can buffer waterways from non-point sources of nitrogen pollution. Studies of perennial streams have identified denitrification as one of the dominant mechanisms by which this can occur. This study aimed to assess nitrate removal within the riparian zone of an ephemeral stream and characterise the processes responsible, particularly denitrification, using both in-situ and laboratory techniques. To quantify rates of groundwater nitrate removal and denitrification in-situ, nitrate was added to two separate injection-capture well networks in a perched riparian aquifer of a low order ephemeral stream in South East Queensland, Australia. Both networks also received bromide as a conservative tracer and one received acetylene to inhibit the last step of denitrification. An average of 77 ± 2% and 98 ± 1% of the added nitrate was removed within a distance of 40 cm from the injection wells (networks with acetylene and without, respectively). Based on rates of N₂O production in the network with added acetylene, denitrification was not a major mechanism of nitrate loss, accounting for only 3% of removal. Reduction of nitrate to ammonium was also not a major pathway in either network, contributing <4%. Relatively high concentrations of oxygen in the aquifer following recent filling by stream water may have reduced the importance of these two anaerobic pathways. Alternatively, denitrification may have been underestimated using the in-situ acetylene block technique. In the laboratory, soils taken from two depths at each well network were incubated with four nitrate-N treatments (ranging from ambient concentration to an addition of 15 mg N l⁻¹), with and without added acetylene. Potential rates of denitrification, N₂O production and N₂O:N₂ ratios increased with nitrate additions, particularly in shallow soils. Potential rates of denitrification observed in the laboratory were equivalent in magnitude to nitrate removal measured in the field (mean 0.26 ± 0.12 mg N kg of dry soil⁻¹ d⁻¹), but were two orders of magnitude greater than denitrification measured in the field with added acetylene. The relative importance of assimilatory vs. dissimilatory processes of nitrate removal depends on environmental conditions in the aquifer, particularly hydrology and its effects on dissolved oxygen concentrations. Depending on seasonal conditions, aquifers of ephemeral streams like the study site are likely to fluctuate between oxic and anoxic conditions; nevertheless they may still function as effective buffers. While denitrification to N₂ is a desirable outcome from a management perspective, assimilation into biomass can provide a rapid sink for nitrate, thus helping to reduce short-term delivery of nitrate downstream. Longer-term studies are needed to determine the overall effectiveness of riparian buffers associated with ephemeral streams in mitigating nitrate loads reaching downstream ecosystems.     

阻尼喷头动能分布试验及模型

针对阻尼喷头外流场水力学特性研究较少的问题,该文研究了单位体积动能、动能强度与有无散水齿、不同喷嘴直径之间的关系。在工作压力分别为175、200、250和300 k Pa,喷嘴直径分别为3.6、4.0、4.4和4.8 mm下,采用激光雨滴谱仪对Nelson R33阻尼喷头的水滴直径、速度和数目等参数进行试验测试,并对试验结果分析及模型建立。结果表明:有无散水齿条件下的单位体积动能均有逐渐增大的趋势;距喷头相同测点处,单位体积动能随喷嘴直径的增大而减小;给出了有无散水齿下不同喷嘴阻尼喷头单位体积水滴动能分布模型,相关系数均在0.94以上;在距喷头0~4 m,不同喷嘴直径的动能强度较小且差值不超过0.002 W/m2,在距喷头较远处,不同喷嘴直径的动能强度差值较大,最大差值达到0.006 W/m2。有散水齿时,动能强度在不同压力下波动均比较小,差值不超过5%。该结果为进一步研究阻尼喷头外流场水力学特性提供理论依据。     

电极-SBBR对集中型沼液的脱氮除铜研究

为了处理集中型沼液中过高的氨氮和由饲料添加剂带入的铜,将电极生物膜法与序批式生物膜反应器(SBBR)工艺的优势进行互补,构建电极-SBBR耦合新工艺,以同时去除氮与铜。通过实验室配水与沼液试验,探讨了电极-SBBR体系同步脱氮除铜的工艺参数及其效果。结果表明,集中型沼液电极-SBBR体系的操作工序为:进水→厌氧→曝气→缺氧/厌氧→出水→闲置,运行参数为:水力停留时间7.0h,厌氧0.5h、曝气4.0h、缺氧/厌氧2.5h;电流30～60mA,溶解氧(DO)4.0～5.0mg/L,碳氮比(C/N)>10.0。电极-SBBR体系对沼液中全氮(TN)、Cu2+、化学耗氧量(COD)的去除率分别达到45.79%、86.53%和84.86%,可以作为沼液脱氮除铜的新工艺。     

咸水结冰灌溉改良盐碱地的研究进展及展望

冬季咸水结冰灌溉技术是滨海区高矿化度咸水利用和盐碱地改良的有效手段,该项技术依据咸水结冰融化过程中咸淡水分离的基本原理,基于区域气候特点、土壤水盐运移规律以及作物生长发育规律,在冬季抽提当地高矿化度地下咸水对盐碱地进行灌溉,并在冬季低温作用下迅速冻结成咸水冰,春季咸水冰层融化过程中,咸淡水分离入渗,其中先融化的高矿度咸水先入渗,而后融化出的低矿化度微咸水和淡水的入渗对土壤盐分具有较好的淋洗作用,以上过程实现了春季土壤返盐期的土壤脱盐,结合春季地表覆盖抑盐措施和夏季降雨淋盐,土壤的低盐条件得到保持,保证了作物和植物整个生长期的正常生长。该项技术改变了滨海盐碱区土壤水盐运移特征,使春季土壤积盐期变为脱盐期,咸水结冰灌溉后,春季耕层土壤盐分由最初的12g×kg~(-1)迅速降低至4 g×kg~(-1)以下,脱盐率达到66%以上,实现了棉花、油葵、甜菜等作物在滨海重盐碱地中的种植,提高了柽柳、枸杞、白蜡等盐生植物和耐盐植物的扦插移栽成活率,咸水结冰灌溉当年便获得了籽棉产量3 t×hm~(-2)、油葵1.5 t×hm~(-2)、甜菜60 t×hm~(-2),以及90%以上的盐生植物和耐盐植物的扦插成活率,促进了滨海盐碱区盐碱地的开发、农业发展和生态环境建设。近年来,通过系统的研究,我们探明了咸水结冰灌溉过程中咸水冻融咸淡水分离规律,明确了咸水结冰灌溉对土壤盐分的淋洗效果,构建了冬季咸水结冰灌溉改良盐碱地技术体系,确立了冬季咸水结冰灌溉的灌溉时间、灌溉水量和水质等指标体系。本文在以上研究基础上,对盐碱地咸水利用的研究进展进行了总结,并对咸水结冰灌溉基本原理、影响因素以及土壤盐分淋洗效果等方面进行了概述,系统分析了冬季咸水结冰灌溉在盐碱地区农业生产、植被恢复以及咸水利用等方面的作用,并就其未来发展趋势进行了展望。     

酶法有限水解含油菜籽蛋白的机理及动力学

为探索油菜籽水相酶解法萃取菜籽油的机理,以Alcalase蛋白酶在温度50℃、pH8.0条件下,对以水剂法从菜籽中提取的含油菜籽蛋白进行酶解处理.试验研究结果表明:含油菜籽蛋白乳液的固形物颗粒度对酶解反应速率有明显影响,总的趋势是颗粒度越小,酶促反应速率越大;酶催化水解速率随水解进程呈指数下降,在反应过程中过高的底物浓度会抑制酶的失活.在此基础上由试验数据推导出描述催化水解含油菜籽蛋白的动力学方程,由此通过控制酶与底物浓度之比、反应时间,可以控制水解作用的程度,从而指导和优化菜籽水相酶解法提取菜籽油的工艺.