低溶解氧状态下河网区不同类型沉积物的氮释放规律

采集浙江温州温瑞塘河河网中4个受不同人类行为干扰的沉积物样品,分别代表受河道上游来水、制革厂排水、建筑垃圾和生活污水排放的影响,研究了低溶解氧(DO)状态下不同类型沉积物各形态氮(N)的释放规律.结果表明,低DO状态下,不同上覆水条件能明显影响沉积物-水系统中N迁移转化.上覆水污染越重越不利于沉积物中N释放,水质改善后易促进沉积物中N的释放.屿田河高营养盐水平的上覆水中的N仍能在扩散作用下进入沉积物,并导致已严重污染的沉积物中总氮(TN)和硝酸盐氮(NO3--N)含量增加,控制河流外源N持续输入利于沉积物污染负荷的降低.低DO状态下各类沉积物中氨氮(NH4+-N)均会释放进入上覆水,而NO3--N则迁至沉积物中,并在反硝化作用下脱离系统.NH4+-N的释放量取决于其在沉积物中的含量.低DO状态下NO3--N释放的风险小于NH4+-N.     

太湖西部河湖氮污染物来源及转化途径分析

通过2014年枯水、丰水两期监测,综合分析了太湖西部入湖河流与湖区水体及其沉积物的无机氮形态与同位素特征,并利用δ~(15)N识别了太湖西部上游区氮污染来源及转化途径的生物化学作用机制.结果表明:NO_3~--N与NH_4~+-N为研究区域入湖河流无机氮的主要形态,而NO_3~--N为西部湖区水体无机氮的主要形态;δ~(15)N-NO_3~-的数值范围揭示了西部入湖河流在枯水季NO_3~--N主要来源于农用化肥,有少量矿化土壤有机氮,而丰水季则以生活污水为主,有少量矿化土壤有机氮及农用化肥;δ~(15)N-NH_4~+的数值范围说明了生活污水是河流水体NH_4~+-N的主要来源;通过水体及沉积物样品NO_3~--N、NH_4~+-N、δ~(15)N-NO_3~-、δ~(15)N-NH_4~+的协同分析可知,湖区氮的赋存形态主要受湖区水体硝化作用及沉积物内反硝化作用的影响.     

7条环太湖河流沉积物氮含量沿程分布规律

2009年9月采集7条主要环太湖河流沿程37个断面的沉积物样,测定了表层沉积物中总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)和有机氮(ON)含量,揭示分布特征,旨在为太湖水体富营养化防治提供基础数据.结果表明,这些表层沉积物TN平均1 303.49 mg.kg-1,最大和最小值分别在社渎港和长兜港;NH4+-N和ON的空间分布与TN基本一致,其平均含量分别为221.57 mg.kg-1和1 095.71 mg.kg-1,各沉积物中NO3--N含量较低,均不足TN的1%,平均含量0.79 mg.kg-1.7条河流沉积物整体上以ON为主,NH4+-N为无机氮主要存在形式,多数河流表层沉积物氮含量沿程变化明显.     

营养盐对白洋淀草型富营养化的驱动与限制

对流入白洋淀的府河水体及沉积物中氮、磷营养元素进行了测试,并结合1991~2007年的历史数据,研究了白洋淀富营养化的基本特征及营养盐驱动机制.结果表明,府河氮、磷浓度严重超标,属于劣Ⅴ类水体.草型湖泊水生植物的生长与水体中营养盐限制类型密切相关.在高营养盐浓度下,水体氮、磷相对比(N/P)为14~16时,有利于水生高等植物生长,促使芦苇成为白洋淀优势物种.草型富营养化是白洋淀的基本特征,氮是湖泊草型富营养化的限制因子.通过降低府河输入白洋淀的含氮污染物总量,可有效缓解白洋淀草型富营养化状况.     

山东某水库水体富营养化状况分析

以2005～2008年山东某作为饮用水水源地的水库三个监测站位水质的调查数据为依据,对该水库水体富营养化现状进行了评价。研究了水库水体中主要氮营养盐的季节性分布规律及其形态组成。结果表明,该水库水体处于中富营养状态。水库水体中总氮含量年均值都在10.75～17.37mg/L之间,平均值为12.70mg/L。总氮为主要污染物质,并随季节变化明显,枯水期浓度高于丰水期。该水库水体溶解态无机氮(DIN)是总氮的主要存在形式,而其中又以硝酸盐氮(NO3--N)为主,平均占到DIN的80%以上。氮素污染多以还原态氨氮(NH4+-N)的形式排入水体,经过硝化作用,NH4+-N氧化成亚硝酸盐氮(NO2--N),然后再氧化成稳定的NO3-N,并且消耗掉水体中大量的氧。入库河流水体中的NO3--N主要来自农田径流、上游城市污水、城市径流以及库区村,NH4+-N的来源主要是城市污水、工业废水以及少量的生活垃圾。     

青年湖沉积物中氮赋存形态的季节性变化

通过对青年湖中心区和浅滩区近1 a的野外观测,分析其沉积物、间隙水和上覆水中TN、EN(可交换态氮)和Fixed-NH4+-N(固定态铵)的含量及表层沉积物Eh和温度的季节变化.结果表明:沉积物中w(TN)较高,且中心区大于浅滩区;NH4+-N是沉积物中EN的主要形式,约占w(EN)的95%,是氮自沉积物向表层水扩散的主要形态;沉积物中w(NO3--N)和w(NO2--N)较低;青年湖沉积物具有较强的吸持Fixed-NH4+-N的能力,浅滩区和中心区w(Fixed-NH4+-N)占w(TN)的比例分别为18.57%和20.84%,Fixed-NH4+-N是潜在氮源;沉积物中w(可交换态NH4+-N)和w(Fixed-NH4+-N)呈现春、夏季降低,秋、冬季升高的变化趋势,w(NO3--N)呈春、夏季升高而秋、冬季降低的变化趋势,且浅滩区变幅大于中心区;植物根系、温度的季节性变化可改变表层沉积物的还原环境,进而影响氮的硝化-反硝化作用和矿化作用.      

三峡水库主要入库河流氮营养盐特征及其来源分析

以2004～2005年的三峡水库3条主要入库河流(长江、嘉陵江、乌江)中的水文、水质的调查数据为依据,研究了三峡水库入库河流中主要的水文变化特征、氮营养盐的季节性分布规律及其形态组成.结果表明,3条入库河流的流量、流速呈现季节性变化,三峡水库入库河流的主要水文特征值已处于水华暴发的危险范围内,很容易发生水华.3条入库河流中总氮含量年均值都在1.55～2.15 mg/L之间,总体偏高,乌江武隆断面的总氮浓度最高,嘉陵江北碚断面次之,长江朱沱断面最低,并且3条河流丰水期水体中总氮含量均高于枯水期,说明非点源对氮污染影响较大;溶解态无机氮(DIN)是总氮的主要存在形式,而其中又以硝酸盐氮(NO3--N)为主,平均占到DIN的70%以上.氮素污染多以还原态氨氮(NH4 -N)的形式排入水体,经过硝化作用,NH4 -N氧化成亚硝酸盐氮(NO2--N),然后再氧化成稳定的NO3--N,并且消耗掉水体中大量的氧.入库河流水体中的NO3--N主要来自农田径流、城市污水、城市径流以及淹没土壤的释放,NH4 -N的来源主要是城市污水、工业废水以及少量的生活垃圾和船舶废水.     

饮用水生物处理小试工艺中NH＋４-N的非硝化去除途径分析

通过计算N和DO的质量平衡,研究饮用水生物处理小试工艺中是否存在NH4 -N的非硝化去除途径,并探讨其可能机制.结果表明,当生物流化床和生物滤池进水NH4 -N浓度大于2 mg/L时,前者进水的NH4 -N、NO2--N和NO3--N之和比出水高出0.91 mg/L,后者理论上消耗的DO比实际多约2.90 mg/L,说明这2种工艺中均有氮亏损现象发生,一部分NH4 -N通过与DO无关的非硝化作用被去除.对非硝化去除途径的分析表明,因为反应器对磷元素和有机物的利用不随氮亏损发生变化,可以排除掉同化作用和反硝化作用;因为反应器进水低碳高氮的特性NO2--N的积累与发生氮亏损的废水生物处理系统相似,据此提出在生物膜缺氧内部发生、通过短程硝化和厌氧氨氧化的偶联(或OLAND反应)将NH4 -N和NO2--N同时转变为N2脱除的自养脱氮是饮用水生物处理中氮亏损的可能途径.     

15N和18O在桂林岩溶水氮污染源示踪中的应用

为确定桂林东区岩溶含水层氮污染特征及其迁移转化过程,选择桂林东区地下水与地表水共27个采样点,分别在雨季和旱季进行取样分析.结果显示:桂林东区地下水NO3--N污染较严重,是最主要的无机氮形态.雨季地下水采样点的NO3--N平均浓度为12.5mg/L,超过了世界卫生组织的地下水饮用标准界限(10mg/L);旱季地下水采样点的NO3--N平均含量为8.8mg/L,虽有明显的降低,但也濒临超标.而少数地表水采样点由于受到直接排污影响,NH4+和NO2-浓度较高,其余离子浓度均较低.该区地下水中硝酸盐的δ15N值范围在5‰~25‰,δ18O值范围在5‰~10‰,表明该区地下水硝酸盐来源为家畜粪便和生活污水,也可能有土壤有机氮和化肥的混合,并发生微生物的硝化作用产生同位素分馏.其中一部分采样点NO3-的N、O同位素比值在1.3~2.1的变化范围内,而另有一部分采样点NO3-的N、O同位素比值不在这个范围之内,表明该区地下水中反硝化作用并不明显,存在空间差异性.     

生物滤器处理海水养殖水过程中亚氮积累与影响因素

实验研究了竹环填料曝气生物滤器在处理高盐度、低氨氮负荷的海水养殖水体过程中NO2--N的积累现象,考察了进水有机负荷、NH4+-N负荷、温度、pH值和溶解氧等运行条件以及反硝化作用对NO2--N积累的影响.结果表明,在进水有机负荷为0.65~0.75kg/(m3·d)、NH4+-N负荷为0.058~0.077kg/(m3·d)、温度为20.9~22.2℃、pH值为7.50~8.14和溶解氧为7.43~9.73mg/L条件下,生物滤器内较低的溶解氧(0.91~1.36mg/L)是NO2--N积累的主要原因.同时,研究了反硝化过程中低溶解氧、不同碳氮比(C/N)及碳源类型等因素对NO2--N积累的影响,查明了生物滤器内含氮化合物的浓度变化与反硝化细菌的数量和功能,验证了反硝化过程对NO2--N积累的影响,明确了反硝化作用对NO2--N积累的促进作用.     

穗花狐尾藻对外源15N在水-沉积物界面迁移转化的影响

通过构建室内模拟系统,利用同位素示踪技术研究过量外源NO3-在微环境中的归趋及生长期的穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)在外源氮迁移转化中的作用.结果表明:在穗花狐尾藻组,反硝化作用、微生物固定、沉水植物吸收、异化硝酸盐还原成氨(DNRA)和转化为可溶性有机氮(DON)的去除作用分别占添加15N的47.54%、25.24%、12.76%、0.52%、1.21%;在对照组,反硝化作用、微生物固定、DNRA作用和转化为DON的去除作用分别占添加15N的32.74%、30.79%、0.54%、5.83%.在穗花狐尾藻组和对照组中约87.24%和69.90%的NO3-进行了转化.反硝化作用是去除两处理组中NO3-的主要方式,其次是微生物的固定作用,穗花狐尾藻的直接吸收也对NO3-的去除起到重要作用,DNRA作用和DON对NO3-的去除作用较小.穗花狐尾藻促进了反硝化作用,加快了NO3-在微环境中的迁移转化,直接或间接地促进了微环境对外源NO3-的去除.     

马赛菌属Massilia neuiana异养硝化-好氧反硝化脱氮特征实验

基于马赛菌属脱氮Massilia neuiana的模式菌株PTW21进行研究,探讨其异养硝化-好氧反硝化脱氮能力。菌株PTW21具有高效异养硝化和好氧反硝化能力,对NH₄+-N和NO₂--N去除率均超过90%。同时,菌株PTW21具有同步硝化反硝化能力,且反硝化效率高于硝化效率,但当有NH₄+-N存在时,会优先利用NH₄+-N,再利用NO₂--N,存在硝化-反硝化竞争抑制现象。同步硝化反硝化时,菌株PTW21可以去除95%以上的NH₄+-N和NO₂--N。Massilia neuiana的研究丰富了异养硝化-好氧反硝化微生物的种类,也为该菌种在污水处理厂的生物强化应用提供了前期基础。     

颗粒污泥膜生物反应器同步硝化反硝化

在本实验条件下,厌氧-好氧序批式颗粒污泥膜生物反应器(GMBR)处理人工配水,结果表明,GMBR具有良好的有机物去除及脱氮效果,当进水TOC及氨氮分别为160.9～308.4mg/L、29.8～83.6mg/L时,GMBR的TOC、氨氮及总氮去除率分别为65.7%～98.6%、85.4%～98.9%及66.1%～95.1%.对于GMBR典型周期TOC、胞内聚β-羟基丁酸(PHB)、氨氮、硝酸盐氮及亚硝酸盐氮变化进行分析,结果表明,有机物主要在厌氧阶段去除并以胞内多聚物PHB形式储存,氨氮在好氧阶段经由同步硝化反硝化(SND)去除,并且反硝化碳源主要来自胞内储存物质PHB.以外源溶解性基质及胞内储存物质为碳源的批式实验表明,以外源基质为碳源的缺氧反硝化速率为胞内储存物质的4.2倍;以外源基质及胞内PHB为碳源的好氧SND效率分别为49.9%、82.5%.胞内储存物质PHB的慢速降解特性使得硝化与反硝化过程能够同步进行.     

利用石生苔藓氮含量与氮同位素探讨江西省大气氮沉降量和来源

2009～2010年在江西省“R>”型酸控区11个地区采集了107个石生细叶小羽藓样品. 通过分析苔藓氮含量和氮同位素组成,以反映大气氮沉降强度和空间分布特征,并甄别大气氮的主要来源. 结果表明,江西省不同地区苔藓平均氮含量变化范围为2.46%～3.48%. 整体上呈现赣西北偏高、赣东南偏低的特点,反映出江西省大气氮沉降水平由北向南逐渐递减的空间分布特征. 江西省城市市区苔藓氮含量（2.79%～3.48%）明显高于郊区氮含量（2.46%～2.74%）,说明市区大气氮沉降量高于郊区氮沉降量. 苔藓平均氮同位素均为负值［(-1.96±1.30) ‰～(-9.74±0.25)‰］,并且市区比郊区明显偏负. 市区苔藓偏负的氮同位素值（-5.51‰～-9.74‰）指示了城市污水和人畜排泄物为主要的氨源,而郊区氮同位素值（-4.81‰～-1.96‰）反映出农业活动氨源的贡献. 本研究为大气氮沉降的生态环境效应提供基础资料.     

一株具有好氧反硝化能力真菌的筛选及脱氮性能研究

利用综合筛选法从河流底泥中筛选出一株具有好氧反硝化能力的真菌,通过18S rDNA测序及形态观察,该菌被鉴定为链格孢属真菌。结果表明:该菌碳源底物利用范围广泛,能够利用多种有机碳源进行生长和反硝化。该菌对氨氮的去除主要通过该菌对氨氮的同化作用,而对亚硝酸盐和硝酸盐的去除是同化和反硝化共同作用的结果。当氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐同时存在时,该菌优先利用氨氮,但对亚硝酸盐和硝酸盐并无明显的选择性。初始氮浓度和碳氮比对培养基pH和氮素的去除率均有一定的影响。当初始氮浓度和碳氮比合适时,该菌对3种氮素均有很高的去除效率,是一种具有应用前景的除氮菌属。     

异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性

研究了异养硝化-好氧反硝化菌Diaphorobacter sp. PDB3去除氨氮同时降解苯酚的特性.在最佳碳氮比7和摇床转速160r/min下,该菌在21h内对初始浓度365mg/L苯酚的降解率达94.9%,总有机碳去除率达90.8%,同时40mg N/L氨氮被完全去除,中间代谢物硝态氮和亚硝态氮逐渐积累并在后期降低.氮平衡分析表明,52.3%的氨氮转化为胞内氮,37.2%转化为氮气,菌株主要通过细胞同化作用和异养硝化-好氧反硝化作用去除氨氮.检测到羟胺氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性,表明菌株PDB3具有完整的异养硝化-好氧反硝化偶联途径.随着苯酚浓度升高,抑制作用增强,脱氮效率降低.     

Ammonium removal pathways and microbial community in GAC-sand dual media filter in drinking water treatment

A GAC-sand dual media filter (GSF) was devised as an alternative solution for drinking water treatment plant to tackle the raw water polluted by ammonium in place of expensive ozone-GAC processes or bio-pretreatments. The ammonium removal pathways and microbial community in the GSFs were investigated. The concentrations of ammonium, nitrite and nitrate nitrogen were monitored along the filter. Total inorganic nitrogen (TIN) loss occurred during the filtration. For 1 mg ammonium removal, the TIN loss was as high as 0.35 mg, DO consumption was 3.06 mg, and alkalinity consumption was 5.55 mg. It was assumed that both nitrification and denitrification processes occur in the filters to fit the TIN loss and low DO consumption. During the filtration, nitritation, nitrification and nitritation-anaerobic ammonium oxidation processes probably occur, while traditional nitrification and denitrification and simultaneous nitrification and denitrification processes may occur. In the GSFs, Nitrosomonas and Nitrospira are likely to be involved in nitrification processes, while Novosphingobium, Comamonadaceae and Oxalobacteraceae may be involved in denitrification processes.     

九龙江流域大气氮湿沉降研究

通过2004～2005年对位于我国东南沿海的九龙江流域及周边共17个站点的实地观测,运用GIS技术定量揭示了大气氮湿沉降强度和时空分布特征,并利用氮稳定同位素分析雨水硝态氮的主要来源.结果表明,①17个站点雨水总氮平均浓度为(2.20±1.69)～(3.26±1.37) mg·L-1(以N计,下同),铵态氮、硝态氮和有机氮分别占39%、25%和36%;②雨水氮浓度随降雨强度的增大呈降低趋势,旱季浓度明显大于雨季,降水对大气具有清洗作用;③低δ15N值表明雨水硝态氮主要来源于汽车尾气排放、化石燃料燃烧和化肥施用;④九龙江流域大气氮湿沉降量平均9.9 kg·hm-2,春夏2季约占全年的91%,大气氮湿沉降占沉降总量的66%,揭示了该地区1∶2的大气氮干湿沉降结构.大气氮湿沉降时空差异与降雨量和氮的排放直接相关.     

芬顿反应强化污泥脱水试验及机理研究

胞外聚合物(EPS)是影响剩余污泥脱水性能的关键因素。脱水试验过程中,将芬顿试剂和剩余污泥混合,控制芬顿试剂和稀硫酸的投加量,测定剩余污泥的毛细吸收时间和比阻,总结出芬顿反应对剩余污泥脱水性能的影响规律。试验表明:Fenton反应的最佳条件是pH为3,H_2O_2投加量为12.4g/L,Fe~(2+)投加量为1.5g/L,反应12min后,对应的毛细吸水时间(CST)和污泥比阻(SRF)分别为21s和0.3×1012m/kg。分析表明:Fenton反应能够破坏剩余污泥中EPS的蛋白质和多糖成分,瓦解EPS锁水结构,改善污泥的脱水性能。     

ANAMMOX富集与优化停曝比对MBR-SNAD工艺的影响

采用膜生物反应器（MBR）研究了厌氧氨氧化细菌在富集过程中的活性变化,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中以恒定曝气量,通过优化停曝比实现氨氧化细菌（AerAOB）和厌氧氨氧化细菌（AnAOB）协同脱氮并且有效抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性,然后添加有机物（乙酸钠）逐步启动同步亚硝化-厌氧氨氧化耦合异养反硝化（SNAD）工艺.结果表明,在厌氧氨氧化细菌富集过程中,通过不断缩短水力停留时间（HRT）提高进水氮负荷的方式强化厌氧氨氧化细菌活性,其平均活性由0.603mgN/（h·gVSS）提高到了8.1mgN/（h·gVSS）;当恒定曝气量为50mL/min,停曝比为4：10（min：min）时,AerAOB和AnAOB对氨氮的去除量分别占总氨氮去除量的58.8%和41.2%,NOB氧化亚硝态氮的量占总硝态氮生成量的15.3%,成功抑制了NOB的活性;当C/N比为0.5,调整停曝比为4：15后,反硝化过程氮去除量占总氮去除率的20.9%,厌氧氨氧化过程氮去除量占总氮去除率的79.1%,实现了AerAOB、AnAOB和反硝化细菌（DNB）协同脱氮的目的.