黄河水体氨氮超标原因探讨

根据黄河水体氮污染物的种类、浓度和来源以及黄河特有的泥沙和水化学条件,结合实验结果,从生物和化学的角度讨论黄河氨氮超标的可能原因.结果表明,水体悬浮颗粒物对硝化过程有明显的促进作用,氨氮的超标不是因为泥沙对硝化作用的影响所导致.氮污染物的不断输入是黄河水体氨氮超标的根本原因,高浓度氨氮和有机氮对硝化过程有抑制作用,当NH⁺₄-N初始浓度分别为10.1,18.4,28.2 mg/L时,初始的硝化效率分别为17.4％,13.0％,2.5％,当有机氮初始浓度分别为5.5,8.6 mg/L时,其降解所产生的氨氮最高浓度分别为0.47,1.69 mg/L,在水体中滞留的时间分别为2 d和6 d.水体中耗氧有机物和有毒物质对硝化细菌活性的影响间接导致了氨氮在水体中的滞留.黄河水体高pH值导致非离子氨浓度较高,进一步对硝化细菌产生抑制作用.水量较小、颗粒物含量较低和微生物的活性降低是枯水期氨氮污染加重的原因.     

石家庄市春季景观水体nirS型反硝化细菌群落特征分析

选取石家庄市主城区4个典型景观水体作为研究对象,在对水体水质特征分析的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nir S型反硝化细菌种群结构和多样性进行测定,探究春季景观水体水质与nir S型反硝化细菌群落的相互关系.结果表明,4个景观水体中氮素含量为4. 43～13. 83 mg·L-1,氮素污染较严重;基于三维荧光光谱的特征指数分析,4个景观水体均呈现出较强的自生源及弱腐殖质特征; Illumina高通量测序结果表明,不同景观水体中nir S型反硝化细菌大多为变形菌门,在优势菌属上差异显著; unclassified_Bacteria(53. 52%)、假单胞菌(Pseudomonas)(60. 48%)和红杆菌属(Rhodobacter)(46. 94%)分别为裕西、水上和长安公园水体中的优势菌属,unclassified_Bacteria(36. 19%)和unclassified_Proteobacteria(23. 44%)为世纪公园水体中的优势菌属;冗余分析(RDA)结果表明,裕西公园反硝化细菌主要受硝氮、总氮和溶解氧的影响,水上公园反硝化细菌受总磷的影响较大,长安公园反硝化细菌主要受氨氮和亚硝氮的影响,世纪公园反硝化受总磷、亚硝氮和氨氮的影响较大.综上表明,春季不同景观水体的水质以及nir S型反硝化细菌的群落结构差异显著,通过开展景观水体水质、反硝化群落以及影响因素的研究,有助于对城市水系的水质特征以及反硝化群落结构的认识,对基于该水质特征的高效反硝化菌剂的研发具有指导意义.     

水体颗粒物对有机氮转化的影响

以多泥沙河流黄河为例,采用微宇宙实验模拟研究自然水体中有机氮的转化过程和添加人工富集的黄河优势菌种条件下的有机氮转化过程.结果表明,自然水体条件下颗粒物对有机氮的转化有明显的促进作用,转化速率常数随颗粒物含量的增加而增加,用一级动力学拟合有机氮的转化过程发现,当有机氮的初始浓度为5 mg/L,颗粒物含量分别为0、5、10 　g/L时,转化速率常数分别为0.286、0.333、0.538 d^-1,用Logistic模型对硝化过程进行模拟,硝化速率常数K₄分别为0.001 8、0.003 8,0.005 0 L·(d·μmol)^-1.在添加人工富集微生物条件下,微生物初始数量一致,体系有机氮的转化速率常数和硝化速率常数K₄均随颗粒物含量的增加而增加.水体颗粒物对有机氮转化的影响机理是：①颗粒物含量不同的水体其初始微生物数量不同,颗粒物含量越高,微生物数量也越大;②颗粒物对微生物生长有促进作用,微生物亦主要存在于颗粒物表面,且颗粒物的存在使水体有机氮主要存在于颗粒相,有机氮的转化主要发生在水-颗粒物界面;③颗粒物的存在增加了微生物与有机氮的接触几率,促进了有机氮的转化.     

黄河水体颗粒物对几种多环芳烃生物降解过程的影响

以典型的多泥沙河流黄河为例,采用微宇宙实验模拟研究水体中多环芳烃、苯并(a)芘和苯并(g,h,i)的自然生物降解过程.结果表明,颗粒物对体系中各种多环芳烃的生物降解均有一定的促进作用;可用不支持微生物生长的基质动力学降解模型对降解过程进行模拟,降解速率常数随颗粒物含量的增加而增加.对于颗粒物含量分别为0、4和10g·L-1的水体,当的初始含量为3.8μg·L-1时,其降解速率常数K1分别为0.053、0.083和0.102d-1.水体颗粒物对多环芳烃生物降解速率的影响机制主要包括以下几方面:(1)颗粒物的存在使水体多环芳烃主要存在于颗粒相;(2)颗粒物的存在促进了微生物的生长,且微生物主要存在于颗粒相;(3)整个体系中多环芳烃的降解主要发生在水颗粒相界面.     

自然通风沸石生物滴滤池脱氮机理

研究了自然通风沸石生物滴滤池中无机含氮化合物及微生物活性的沿程变化规律.结果表明,在水力负荷为6 m3/(m2·d),进水ρ(氨氮)为(19.2±2.6) mg/L的条件下,滴滤池单位体积滤料对氨氮的去除效果自上而下逐渐降低.而硝化速率的测定结果表明,中层和下层单位体积滤料上的硝化细菌活性较上层有了显著增加.因此可以认为,影响氨氮去除效果的首要因素是液相与生物膜相之间的氨氮传质速率,而非单位体积滤料的硝化细菌活性.滴滤池进出水中无机含氮化合物组成的变化表明,滤层中出现了显著的同步硝化反硝化现象,原因是滤池内部的沸石颗粒通风不畅,造成了局部的缺氧环境,利于反硝化作用的进行;同时,由于进水端C/N相对较高,反硝化主要发生在滴滤池上层.对生物膜耗氧速率的分析表明,上层生物膜以异养菌为主,随着有机物的沿程降解,中层和下层自养菌所占比例增加.      

长江口海域夏季沉积物反硝化细菌数量及反硝化作用

选择长江口邻近海域8个站位,采用乙炔抑制法进行现场模拟培养,研究了夏季表层沉积物中反硝化细菌数量及反硝化作用.结果表明,该海域反硝化细菌数量为3.9′105~110.0′105个/g,盐度、溶解氧是反硝化细菌数量的主要影响因子;反硝化速率为101.3~731.9μmol/(m2·h),与反硝化细菌数量的相关系数为0.950.反硝化速率,同时受环境中盐度、溶解氧和氨氮含量的显著影响;研究海区内反硝化作用产生的氮通量约为8.19′105kg/d,约为相应海区初级生产消耗无机氮量的1/3.     

温度和氨氮浓度对水体N2O释放的影响

氧化亚氮的释放已经成为了一个全球性的环境问题,水体中N₂O的释放量会随着氮含量的增加而增加.本文通过微宇宙系统的构建,分析氮的转化过程和氮转化基因的变化,并结合结构方程模型分析了温度、氨氮含量对水体N₂O释放的贡献.研究结果发现氨氧化古菌和反硝化细菌丰度均与N₂O释放呈正相关,表明水体中的硝化和反硝化作用都会造成N₂O的释放.氨氮浓度的升高并不直接促进N₂O的释放,而温度和通过硝化作用产生的硝态氮对N₂O的释放有促进作用.此外,硝化速率通过促进亚硝态氮和反硝化菌的丰度而间接地促进N₂O的释放.     

硝化污泥强化培养及性能分析研究

硝化污泥强化培养及投加作为一种传统生物脱氮突发事故的应急手段,具有十分重要的实际意义。该试验通过条件控制对硝化污泥强化培养,并且对其性能进行分析。在氨氮浓度为45 mg/L,当C/N为2.2∶1,p H为8.0,水力停留时间(HRT)27 h时,氨氮去除率稳定在90%以上,实现硝化菌富集。分别在30、40、50、60 mg/L 4个氨氮浓度梯度下进行硝化速率和硝化菌个数分析。结果表明,氨氮浓度为40 mg/L时硝化速率最高,达到0.749 4 mg/(g·h),其对应硝化菌的数量最多,其中亚硝化细菌的个数为2.85×106MPN/g MLSS,硝化细菌的个数为1.35×105MPN/g MLSS。     

洛美沙星对水中反硝化过程的影响模拟试验

水环境中硝酸盐的去除依赖于微生物在厌氧条件下进行的反硝化作用,已有研究发现,抗生素的存在会对反硝化细菌和反硝化酶活性产生一定影响,进而影响反硝化作用,但目前在水体中对于这三者之间关系的研究较少,作用的机理尚未完全明确.据此,本文以洛美沙星（Lomefloxacin,LOM）为典型抗生素,乙酸钠为碳源开展模拟实验,对反硝化过程、反硝化细菌和反硝化酶活性的影响进行探讨.实验结果表明,含有0,1,10,100 μg/L LOM的反应体系反硝化速率分别为10.42,8.83,8.50,6.62mg/（L·d）,脱氮率分别为79.5%,71.1%,70.0%,66.8%,LOM初始浓度为100μg/L时对反硝化细菌生长的抑制率高达30.5%.推测含有一定浓度LOM会对反硝化细菌的生长发育以及反硝化酶活性产生影响,导致反硝化过程中NO₃^--N的转化受到抑制,进而引起反硝化速率和总氮去除率降低,且LOM初始浓度越大,抑制作用越显著（P<0.05）.进一步分析结果表明,LOM影响反硝化作用主要表现在NO₃^--N还原至NO₂^--N这一过程,LOM初始浓度越高会使细菌生长速率和最大增长量减少,微生物的细胞膜完整性遭破坏程度增大.NO₃^--N和NO₂^--N的转化与反硝化酶活性有关,其中LOM浓度对硝酸盐还原酶活性的影响明显,浓度越大受到抑制程度也越大,但对亚硝酸盐还原酶活性几乎不产生影响.以上模拟试验条件虽距实际条件有所差异,但在一定程度上表明环境水体中低浓度抗生素影响反硝化作用的机理表现为抑制微生物生长和活性以及反硝化酶活性,降低脱氮率,导致硝酸盐污染的积累.     

太湖湖西典型区水体硝酸盐含量对反硝化作用影响实验研究

以太湖湖西为例,采用流动培养同位素添加法,分别模拟了湖西北、湖西南地区不同温度及有机碳浓度下的底泥原位反硝化作用,结果表明只有水体硝酸盐含量高的湖西北地区底泥反硝化速率受温度和有机碳影响明显,水体硝酸盐含量低的湖西南地区底泥反硝化速率受水体温度、有机碳含量影响较小.研究结果表明,太湖湖西北地区22、27、32℃时反硝化速率分别为(77.62±5.23)、(156.01±12.01)、(309.36±20.31)μmol·m^-2·h^-1.湖西北区域上覆水有机碳含量为0、4、10 mg·L^-1时,沉积物平均反硝化速率分别为177.39、203.48、275.85μmol·m^-2·h^-1.根据皮尔逊相关性分析可知,太湖反硝化速率与水体硝酸盐含量呈显著相关,即水体氮素构成是影响底泥反硝化速率的最根本原因,只有硝酸盐供给充足,底泥反硝化速率才会随着温度及水体碳源的变化而变化.     

黄河水体颗粒物对石油类污染物生物降解过程的影响研究

采用模拟实验的方法，研究黄河水体颗粒物对石油类污染物生物降解速率的影响及影响机制．结果表明．水体颗粒物的存在显著影响石油类污染物的生物降解过程，且在降解的不同阶段表现出不同的影响效果；其影响机制主要包括：颗粒物的存在影响体系中石油降解菌的生长，且固液两相中石油降解菌的生长规律不同，颗粒物影响石油类污染物在固液两相的分配，两相中石油类污染物的降解动力学不同，液相的降解符合一级动力学规律，而固相的降解符合3/4级反应动力学规律．     

氯化剂对超细颗粒物与重金属共生成特性的影响

以循环流化床反应器为实验平台,研究了焚烧温度为850℃下添加剂（NH₄Cl和KCl）对超细颗粒物与重金属共生成特性的影响.结果表明：NH₄Cl和KCl的存在均会降低超细颗粒物的数量浓度,但KCl的效果更佳,发挥的是阶梯式或者协同式作用.此外,添加比例为3%时对超细颗粒物数量浓度的降低最为明显.重金属Cr,Mn,Ni主要通过夹带方式形成超细颗粒物;而重金属Pb,Cu,Zn则主要通过蒸发、冷凝和吸附方式累积在超细颗粒物中.无机氯在焚烧过程中可以作为颗粒之间良好的粘合剂,促进超细颗粒物之间的成长和团聚,同时促进其表面形态的生长.此外,K的存在会促进细模态颗粒物之间的凝聚成长,使得细模态颗粒物的峰值增大,而NH₄⁺的存在会降低粗模态颗粒物的峰值.本研究可为污泥等废物热处理过程中重金属与超细颗粒物的协同控制提供借鉴.     

氯化剂对超细颗粒物与重金属共生成特性的影响

以循环流化床反应器为实验平台,研究了焚烧温度为850℃下添加剂（NH₄Cl和KCl）对超细颗粒物与重金属共生成特性的影响.结果表明：NH₄Cl和KCl的存在均会降低超细颗粒物的数量浓度,但KCl的效果更佳,发挥的是阶梯式或者协同式作用.此外,添加比例为3%时对超细颗粒物数量浓度的降低最为明显.重金属Cr,Mn,Ni主要通过夹带方式形成超细颗粒物;而重金属Pb,Cu,Zn则主要通过蒸发、冷凝和吸附方式累积在超细颗粒物中.无机氯在焚烧过程中可以作为颗粒之间良好的粘合剂,促进超细颗粒物之间的成长和团聚,同时促进其表面形态的生长.此外,K的存在会促进细模态颗粒物之间的凝聚成长,使得细模态颗粒物的峰值增大,而NH₄⁺的存在会降低粗模态颗粒物的峰值.本研究可为污泥等废物热处理过程中重金属与超细颗粒物的协同控制提供借鉴.     

硝化工艺中硝化菌体的微生物结构及其选择附着生长模式

硝化处理效率低是硝化处理工艺的主要问题。硝化过程主要由硝化细菌完成，因此硝化作用的效果基本取决于硝化菌体的生长状况。文章通过硝化细菌生长方式进行探讨，提出硝化菌体在载体表面选择附着生长模式，对于理解硝化作用与硝化菌体生长的关系，硝化菌全生物膜的生物特征，从而相应地改善载体的优化设计，取得较好的硝化处理效果。     

水体颗粒物的粒径和组成对多环芳烃生物降解的影响

采用模拟实验方法,研究黄河水体颗粒物的粒径和组成对苯并[a]芘和的生物降解速率的影响及影响机制.结果表明,苯并[a]芘和在水/颗粒物混合体系的降解符合一级动力学规律,颗粒物的存在促进了二者的生物降解,并且中沙(7～25μm)的促进作用最大,细沙(<7μm)次之,粗沙(>25μm)最小.在中沙、细沙和粗沙体系中,苯并[a]芘的一级动力学常数分别为0.024 8d^-1、0.021 2d^-1、0.019 2d^-1,的一级动力学常数分别为0.028 8d^-1、0.026 1d^-1、0.021 8d^-1.其影响机制主要包括:①颗粒物的存在促进了体系中多环芳烃降解菌的增长,且中沙和细沙体系中微生物增长快于粗沙体系.②多环芳烃(PAHs)吸附于颗粒物表面,其解吸作用使得颗粒物附近PAHs的浓度相对较高,且由于微生物也主要生长于水/颗粒物界面,这样使得微生物和PAHs接触的机会增大.由于中沙和细沙体系中颗粒物对微生物和PAHs的吸附作用均远大于粗沙体系,因此使得中沙和细沙体系中PAHs的降解速率大于粗沙体系.另外,与中沙相比,细沙对PAHs的吸附作用更强,解吸相对困难,从而使细沙体系中PAHs的降解速率低于中沙体系.     

呼和浩特市大气中多环芳烃的分布规律

本文采用聚氨基甲酸乙酯泡沫(PUF)吸附块和玻璃纤维滤膜(GF)同时采集大气中气态和颗粒物中的多环芳烃(PAHs)。对居民区和草原清洁区分别进行冬夏两季间歇式采样,用高效液相色谱测定了蒽、芘、(芦出)、苝、苯并(a)芘、二苯并(a、h)蒽、苯并(ghi)苝等多环芳烃的含量。结果表明,在居民区四环以下的PAHs有一半以上存在于气态中,四环以上的PAHs大部分存在于颗粒物上;夏季每种PAHs在气态中的百分率比冬季高;草原清洁区与居民区PAHs在气态和颗粒物上的百分率不同;冬季居民区污染严重时间是10:00—11:30和17:30—21:30,而夏季污染严重时间是6:00—10:00和18:00—22:00。     

3,5-二甲基吡唑磷酸盐硝化抑制作用初探

采用室内培养实验的方法,以不加抑制剂的尿素作为对照,对比研究DMPP及它的同分异构体3,5-二甲基吡唑磷酸盐作为硝化抑制剂对尿素氮在土壤中转化的影响.结果表明,3,5-二甲基吡唑磷酸盐具有一定的硝化抑制作用.在培养期间,施加3,5-二甲基吡唑磷酸盐的土壤中硝态氮的含量一周后始终低于对照,铵态氮的含量一用后始终高于对照.但在培养试验中后期(三周以后),3,5-二甲基吡唑磷酸盐的硝化抑制效果劣于DMPP.3,5-二甲基吡唑磷酸盐能否作为新型硝化抑制剂,还要对它的生理、生态效应等进行进一步的研究.     

AOB溶解氧亲和力低于NOB条件下序批反应器中NOB淘汰的实现机制

经精确测定AOB和NOB的溶解氧半速度常数及其他动力学参数,研究在AOB溶解氧亲和力低于NOB条件下,在序批反应器中短程硝化实现机制.测得AOB和NOB的溶解氧半速度常数分别为0.46和0.14mg O₂/L.在这种条件下,AOB的最大比生长速率高于NOB是实现短程硝化的重要特点,测得的AOB和NOB最大比生长速率分别为0.65和0.45d^-1.两级硝化数学模拟的结果表明,在AOB的溶解氧亲和力低于NOB条件下,低溶解氧和高泥龄都不利于短程硝化实现,而较高溶解氧和低泥龄的组合条件有利于短程硝化实现.在序批反应中的实验结果验证了数学模拟结论的正确性.     

基于竖流式一体化反应器实现自养生物脱氮研究

为了更好地实现亚硝化和厌氧氨氧化工艺联合,根据亚硝化和厌氧氨氧化微生物的生长特性设计了一种新型的自养生物脱氮反应器.通过接种亚硝化和厌氧氨氧化微生物,研究了实现该反应器自养生物脱氮的可行性和运行特性.实验结果表明,该单一反应器能够实现亚硝化与厌氧氨氧化菌的分区培养.经过104d的运行,反应器脱氮效能从0.25kg/(m3·d)上升到1.46kg/(m3·d).利用亚硝化曝气尾气和厌氧区产生的氮气实现了亚硝化液的气升回流,进气量(X)与回流量(Y)呈现出Y＝2.8X－37.1的线性关系.回流比由最初的4上升到14,未对厌氧区环境产生影响,厌氧区ORP始终保持在-500mV左右.同时回流液稀释了进水氨氮浓度,缓和了基质对厌氧氨氧化菌的影响.     

北京市混凝土搅拌站颗粒物排放特征研究

随着北京市经济发展和人口增长,城市建设规模及居民住房需求加大,全市施工面积不断上升,对商用混凝土的需求量也在逐年增加.混凝土生产过程中会排放大量颗粒物,对周边空气质量造成较大的影响,但目前对其污染物排放的时空特征还缺乏系统研究.本研究采用排放因子法,核算了1991~2012年北京市混凝土搅拌站颗粒物排放量,分析了污染物排放的时空分布特征,采用蒙特卡罗分析方法定量评估了颗粒物排放量不确定性范围,并基于相关经济和环境发展规划,预测了北京市2020年混凝土搅拌站颗粒物排放情况.结果表明:①北京市混凝土搅拌站颗粒物排放在时间变化上呈现"前高后低"趋势在2005年达到最大,此后随着环境管理水平的提高和绿色生产,搅拌站颗粒物排放增长势头得到一定的控制.②在空间分布上,污染排放仍集中在城区,主要为人口活动密集的六环以内,其中又以五环到六环之间最为集中.③通过情景设置和分析本研究认为要使2020年污染排放得到较好地削减,应实施更加严格的绿色生产标准和环境监管.