磁性滤料对生物脱氮滤池微生物群落的影响

使用4种不同磁感应强度的磁性滤料构建生物脱氮滤池,探究磁性滤料对滤池脱氮效能的影响,并从分子生物学角度对影响机理进行解析。结果表明：磁性滤料对滤池的氨氮与亚硝态氮的去除效果有明显的促进作用;磁性滤料会对滤池内的微生物群落结构产生影响,表面磁感应强度为0.5、 1.5 mT的磁性滤料使微生物群落中氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌的相对丰度显著提高,表面磁感应强度为2.5 mT的磁性滤料使氢噬胞菌属和Delftia tsuruhatensis种的相对丰度提高;根据功能基因预测,脱氮效果的提升与磁性滤料对优势功能基因的作用有关。     

水库底泥氮释放及其好氧微生物脱氮研究

以丹江口水库为例, 考察水库底泥在不同温度、扰动和曝气等条件下, 总氮、硝氮、氨氮和亚硝氮的释放规律。设置模拟反应器, 探究高效好氧脱氮微生物强化消除水库底泥内源氮污染的效果, 并运用高通量测序技术, 分析高效好氧脱氮微生物对底泥微生物群落结构的影响。结果表明, 温度升高会减少氨氮的释放,增加硝氮和亚硝氮的积累; 水体扰动会加速底泥中氮素释放, 且上覆水中的氮素释放累积量与扰动速度成正比; 溶解氧对底泥氮素释放有显著影响, 曝气处理可以明显地降低底泥中总氮和硝氮的释放及其在水体中的累积。在反应器中底泥–上覆水界面投加高效好氧脱氮微生物Pseudomonas stutzeri (PCN-1)后, 反应器内各种形态的氮素都出现先上升、后下降的趋势; 在反应器运行的第65天, 底泥释放的总氮和硝氮的去除率分别高达75.87%和79.96%, 底泥内源氮污染得到有效的控制。对比投加菌株前后的微生物群落结构, 发现底泥中Proteobacteria, Bacteroidetes和Spirochaetes的相对丰度明显增加, PCN-1强化脱氮处理能够改变底泥的微生物群落结构。     

不同曝气量对短程硝化特性的影响

通过控制SBR反应器内的温度为35±0.1℃、初始pH为8.0~8.4、初始游离氨(FA)浓度为19~35mg·L-1,在两周内实现了短程硝化的快速启动,并在稳定期考察了曝气量(24、36、48、60 L·h-1)对短程硝化特性的影响.结果表明:在线监测pH的"氨谷"和DO"跳跃点"可判断短程硝化反应的终点,从而控制曝气时间;不同曝气量下,出水亚硝态氮积累率均维持在95%以上,氨氮去除率为100%,反应器内亚硝态氮浓度变化均呈零级反应,其生成速率常数随曝气量增大而增大;当曝气量由低到高时,单位曝气量亚硝态氮比生成速率常数先增大后减小,曝气量为36 L·h-1时最小;综合考虑,短程硝化的曝气量为36 L·h-1时最为经济.     

内蒙古通辽市砂质土壤中微生物群落结构及其与环境因子的关系

在内蒙古通辽市采集6个土壤样品,研究该地区砂质土壤中微生物群落结构及其与环境因子的关系。应用Illumina Mi Seq高通量测序技术发现,相对丰度大于1%的细菌门有放线菌门、变形菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门,相对丰度大于5%的真菌门有子囊菌门、担子菌门。典范对应分析显示影响细菌群落结构的环境因素主要有硝态氮、溶解性有机碳、铵态氮、总氮和含砂量,影响真菌群落结构的环境因素主要有溶解性有机碳、硝态氮、p H、总氮和含砂量。方差分解分析表明硝态氮、溶解性有机碳和铵态氮分别解释了20.73%、16.51%和15.59%的细菌群落结构的差异;溶解性有机碳、硝态氮和p H分别解释了22.29%、22.05%和17.76%的真菌群落结构的差异。研究为探索砂质土壤中微生物群落结构及其与环境因子的关系提供了理论依据。     

固定化反硝化菌的脱氮性能

利用聚乙烯醇等通过包埋方式固定化反硝化菌,制备了一种微生物载体,对其生物传质性能进行了验证,碳酸氢钠溶液最适体积分数为0.6%.利用所制备微生物载体对金属表面处理废水进行脱氮处理,考察了处理过程中碳氮质量浓度比、载体填充率等因素对水中氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总氮的影响,结果表明当碳氮质量浓度比为2.0,载体填充率为20%时,污水中氨氮质量浓度低于0.1 mg/L,硝态氮、亚硝态氮、总氮处理效率均高于95%.固定化反硝化菌为微生物水处理技术提供了更广阔的应用空间.     

有机碳源对单级自养脱氮系统脱氮性能及微生物群落结构的影响

以不同基质的2个反应器为研究对象,考察了有机碳源对单级自养脱氮系统脱氮性能及微生物群落结构的影响,结果表明:在一定的碳氮比范围内,通过控制DO,可以实现创造适合亚硝化茵和厌氧氨氧化菌代谢的好氧和厌氧并存的微环境,提高系统的脱氮效果;2个反应器均存在多种脱氮途径,以不合有机碳源为基质时,系统主要通过亚硝化-ANAMMOX途径去除氨氮,而有机碳源的加入,使得系统自养脱氮途径去除的氨氮比例下降,传统硝化反硝化途径得到强化;DGGE图谱统计结果表明,有机碳源的加入,使得系统微生物群落结构更加丰富,其中生物膜表现得尤为明显,也表明生物膜结构更有利于形成一个厌氧与好氧共存的微环境,在一个反应器内实现全部脱氮过程.     

小型浅水湖泊氨氧化细菌分布特征及其对氮素垂向分布的响应

以淮河流域里下河地区小型浅水湖泊为研究对象,采用分子生物学方法和细菌反硝化稳定同位素技术研究氨氧化细菌（AOB）的生物多样性和群落特征,探究不同类型的污染物对AOB丰度和群落特征的影响。结果表明,得胜湖AOB的生物多样性和丰度最高,而大纵湖北部最低,究其原因,认为是得胜湖较为复杂的污染来源和周围环境以及大纵湖湖心密集的水生植物造成的。amoA基因的系统发育分析表明,研究区内丰度最高的是亚硝化单胞菌属,占92.3%,亚硝化螺菌属占77%;硝氮含量与AOB丰度具有一致性,AOB丰度高的采样点上覆水中硝氮较高。同位素溯源分析表明污染物的来源差异导致了δ15N的不同,长期的围网养殖会导致δ15N降低,而腐烂植物的长期过度累积则会导致δ15N增大。     

短程硝化联合厌氧氨氧化处理垃圾渗滤液的启动

针对晚期垃圾渗滤液脱氮难的问题,采用短程硝化SBR联合厌氧氨氧化SBR工艺处理晚期垃圾渗滤液.短程硝化SBR经过50 d驯化和培养,其最终出水亚硝态氮质量浓度维持在500 mg/L左右,短程硝化率稳定在98％以上.为了消除过高亚硝态氮对厌氧氨氧化菌的抑制,压氧氨氧化SBR由传统的操作模式改为反应期间连续进水间歇沉淀和出水,其水力停留时间控制在20 h.在配水驯化期,进水亚硝质量浓度由60 mg/L提升至395 mg/L,总氮容积去除速率由0.10 kg/(m3·d)提升至0.75 kg/(m3·d);驯化结束后,逐步掺入渗滤液,在实验的第156天,进水中的亚硝态氮全部由好氧SBR的出水提供.研究结果表明:渗滤液中难降解的COD未对厌氧氨氧化菌产生抑制作用,少量的反硝化作用反而提高了系统总氮的去除率,此时,系统的总氮容积去除速率为0.76 kg/(m3·d),进水COD、亚硝态氮和氨氮质量浓度分别为295,390,295 mg/L,出水CDO、亚硝态氮和氨氮质量浓度分别为246,1.3和0.6 mg/L;在不添加任何碳源的条件下,总氮去除率达90％以上.     

全程与短程缺氧反硝化降解苯酚的动力学及菌群结构对比

在同一实验平台上建立起两个平行的全程与短程反硝化实验装置,均以苯酚为单一碳源进行缺氧反硝化降解。结果显示,两个反硝化体系的苯酚和硝态氮(亚硝态氮)去除率均在83%,99%左右,全程和短程反硝化体系的比反硝化速率(以N元素计)分别为4.98,6.45mg/(g·h).通过PCR-DGGE及切胶测序对两个反硝化体系的菌群结构进行了分析,发现全程反硝化菌群的丰富度值和多样性指数要高于短程;全程与短程反硝化降解苯酚的细菌菌纲均以几类变形菌纲(Alphaproteobacteria,Betaproteobacteria,Gammaproteobacteria)和拟杆菌纲(Bacteroidetes)为主。DGGE图谱主成分分析表明,全程与短程反硝化菌群之间具有一定联系性,菌群培养具有相互转化的可能性;短程反硝化体系的隶属于Simplicispirasp.的特有菌种与全程反硝化体系的隶属于Thermomonas sp.的特有菌种在系统发育上存在较亲近的遗传关系。     

基于灰熵法的SBR短程硝化影响因素分析

目的研究控制短程硝化的影响因素,使亚硝态氮积累率提高.方法通过计算曝气频率、溶解氧质量浓度ρ(DO)、pH、温度与亚硝态氮积累率灰熵关联系数判别影响顺序及最适范围.结果灰熵度的大小及操作因素的影响顺序分别为:pH(0.995 6)反应温度(0.992 7)反应时间(0.990 0)ρ(DO)(0.982 3)曝气频率(0.982 2).pH、温度、系统运行时间、溶解氧质量浓度、曝气频率的最佳范围分别为7.3~7.6、26~27℃、6~7 d、1 mg/L及15~30 min时可以有效提高系统的亚硝化率.结论灰熵法可以区别出关键因素的最优范围,为短程硝化应用优化提供帮助.     

匹配厌氧氨氧化SBR亚硝化反应器快速启动影响因子研究

目的研究匹配厌氧氨氧化的SBR亚硝化反应器快速启动的影响因子,寻求快速稳定的工艺启动条件.方法在序批式活性污泥法(SBR)反应器中,对不同因素条件下氨氮去除率和亚硝态氮累积率的影响进行研究,分别采用纳氏试剂分光光度法和N-(1-萘基)-乙二胺光度法检测NH~+_4-N和NO~-_2-N的变化情况.结果曝气30 min/停曝30 min的间歇曝气方式进行曝气,控制温度在32℃左右,调节pH值在7.5~8.0,减少碳源的投加量有利于SBR亚硝化反应器的启动.结论间歇曝气、pH值和碳源投加量的适宜条件有助于匹配厌氧氨氧化SBR亚硝化反应器快速启动,还具有节能功效.     

新型异养硝化细菌的硝化和反硝化特性

从生物陶粒反应器中分离出2株新型异养硝化细菌，经过生理生化鉴定和16SrDNA测序，鉴定出这2株菌分别属于Pseudomonas sp．和uncultured Acinetobacter sp．,并建立了系统发育树，采用乙酸钠-氯化铵作碳源和氮源进行硝化特性研究，经过12d好氧培养，wgy5和wgy33氨氮最终去除率为82．86％和78．30％，总氮最终去除率为65．50％和61．60％，并且具有产生亚硝态氮的硝化性能．在亚硝化培养基中经过12d的好氧培养，wgy5和wgy33对亚硝态氮的最终去除率为82．20％和80．36％，在硝化培养基中wgy5和wgy33对硝态氮的最终去除率为84．10％和90．12％．     

铁基材料深度处理后强化印染废水生物脱氮的研究

针对印染废水深度处理后TN超标、缺乏易降解有机碳源的问题,本研究探索采用投加铁屑、Cu/Fe双金属(统称"零价铁")来促进生物反硝化以实现出水TN达标的目的.连续流反应器运行结果表明零价铁强化生物反硝化技术去除硝态氮的能力明显强于传统的生物反硝化技术.结合三维荧光光谱(3-Dimensional fluorescence Excitation Emission Matrix,3D-EEM)、气相色谱-质谱联用(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)及液相色谱-高分辨质谱联用仪(Ultra-Performance Liquid Chromatography with Quadrupole Time of Flight,UPLC-QTOF)等手段,发现铁屑与Cu/Fe双金属组反应器中的有机物相较于对照组在结构上发生了较大变化.宏基因组测序分析发现铁屑和Cu/Fe双金属对微生物群落结构的影响并不相同,Proteobacteria在铁屑和催化铁表面得到了富集(80%左右),明显高于其他样品(60%),这可能与其表面形成生物膜有关.基于生物信息学数据库(KEGG)分析表明,铁屑和Cu/Fe双金属表面的微生物对应与氮代谢相关基因的序列丰度更高.以上结果揭示了零价铁强化生物反硝化的效果及其微生物学机制.     

新型一体化污水净化槽的水力行为及脱氮效果研究

在新型一体化污水净化槽中采用短程硝化与厌氧氨氧化联合脱氮工艺,使用NaCl示踪剂研究在不同进水流量条件下净化槽好氧区和厌氧区的流体水力行为,通过定量反应器的水力学参数为该工艺的数学建模提供基础参数.由停留时间分布所计算的水力学参数推流比率的大小,可以发现反应器中的好氧区表现出全混流的特征,而厌氧区显示出多个反应釜串联的特征;控制溶解氧和pH可以抑制硝酸根的产生,有利于短程硝化.当pH控制在8.0~8.5、好氧区的溶解氧为0.8~1.2,mg/L、进水流量为1,L/h时,好氧区出水中氨态氮和亚硝态氮的比例接近1,为后续厌氧氨氧化提供了有利的条件,净化槽终端出水的氨态氮去除率最高可达到70%,.     

硝氮对狐尾藻附着生物膜细菌群落的影响

为探讨关于沉水植物表面附着微生物群落对硝态氮的响应机制,以沉水植物狐尾藻为研究对象,利用扫描电镜、16S rRNA高通量测序以及PCR扩增技术,探究4种硝氮浓度(2 mg/L、8 mg/L、20 mg/L和40 mg/L)和对照条件下狐尾藻表面细菌群落特征及相关反硝化基因的变化规律。结果表明:硝氮对生物膜的生长具有促进作用,但降低了生物膜细菌α多样性;β_SOR多样性指数表明硝酸盐胁迫下细菌群落构建由物种更替主导;Proteobacteria、Planctomycetes、Cyanobacteria和Bacteroidetes是生物膜的优势门;与对照相比,硝氮刺激了反硝化细菌(Rhodobacter、Acinetobacter和Bacillu)的生长及反硝化基因(napG、nirS、cnorB、qnorB和nosZ)丰度的增加;网络分析表明生物膜微生物间存在复杂的相互作用。这些结果表明微生物反硝化作用在湿地硝酸盐去除中发挥着重要作用。     

垃圾渗滤液短程硝化反硝化中试研究

采用两级A/O-MBR中试装置构建短程硝化反硝化系统,并用于处理实际垃圾渗滤液。考察了系统在不同进水C/N比值下对污染物的去除效果,并分析了各生化单元中氨氮、硝氮、亚硝氮和总氮的变化情况。结果表明,短程硝化反硝化系统在进水C/N比值为3时,具有最佳的脱氮除碳效果,对化学需氧量(COD)、氨氮、总氮的去除率分别达到79%、99.2%和92%,具有良好的应用前景。     

初始pH值对废水反硝化脱氮的影响

为探讨pH值对硝态氮反硝化体系的影响,设定初始pH范围为4-10,对反硝化过程中NO3-N、NO2-N、TN、TOC和△TOC/△TN的变化规律、反硝化动力学以及抑制机理进行研究. 结果发现：最适宜的反硝化pH值为8,过酸过碱都不利于反硝化过程的进行. 在pH=8时,反应时间最短,硝态氮的去除率为99.4%,TN的降解率为95.5%. 亚硝态氮积累量在pH〈7时小于1 mg/L;pH〉7时,随pH的增大而增大,最大积累率为22%. 硝态氮比反硝化速率在pH=8时最大,为2.52 mg NOx-N/（g MLVSS·h）;亚硝态氮比反硝化速率在pH=7时最大,为1.66 mg NOx-N/（g MLVSS·h）. 因此,反硝化最佳的pH值为7～8.     

氮添加与凋落物管理对华北落叶松人工林土壤真菌群落的短期影响

以阴山山地华北落叶松人工林为研究对象,开展氮添加和凋落物管理试验,利用高通量测序技术,研究不同措施对表层土壤(0～10 cm)真菌群落组成、多样性和功能的短期影响,并对二者交互作用进行探讨。结果表明:氮添加和凋落物管理显著增加子囊菌门相对丰度,降低担子菌门相对丰度。氮添加显著增加糙缘腺革菌属相对丰度,高氮最大,为10.15%;凋落物管理显著增加猪块菌属、马鞍菌属和被孢霉菌属相对丰度,均堆积最大,分别为11.03%、13.57%和6.36%。两种处理方式均显著提高土壤真菌Shannon指数和Simpson指数,分别高氮、搅拌最大,结果为6.41、5.77和0.96、0.94。氮添加和凋落物管理显著降低共生营养型真菌相对丰度。土壤pH和硝态氮含量是影响土壤真菌群落的主要因子。高氮搅拌土壤有效磷、速效钾、硝态氮含量以及真菌OTU(operational taxonomic units)数目、Alpha多样性指数、腐生营养型真菌相对丰度均最大,对促进凋落物分解,维持地力平衡具有重要作用。     

高效反硝化菌强化固相碳源生物脱氮特性研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为固相可生物降解模式碳源的生物填充床,针对分离获得的高效反硝化菌开展强化生物脱氮的特性研究,并利用荧光定量PCR解析反应器的微生物群落结构。结果表明,投加反硝化菌(W14)可以明显地提高反硝化脱氮效率,当水力停留时间(HRT)为0.5 h时,反硝化菌强化脱氮生物反应器的脱氮效率达到90%以上,且能有效地降低出水残余的DOC浓度。荧光定量PCR结果表明,高效反硝化菌投加强化能够增加nir S基因丰度和比例,较好地解释了不同接种生物反应器的脱氮效果差异,即反硝化菌的强化作用能有效增加反硝化菌数量并强化脱氮效果。     

初始 pH 值对废水反硝化脱氮的影响

为探讨pH值对硝态氮反硝化体系的影响,设定初始pH范围为4～10,对反硝化过程中NO3－‐N、NO2－‐N、TN、TOC和△TOC／△TN的变化规律、反硝化动力学以及抑制机理进行研究．结果发现：最适宜的反硝化pH值为8,过酸过碱都不利于反硝化过程的进行．在pH＝8时,反应时间最短,硝态氮的去除率为99．4％,TN的降解率为95．5％．亚硝态氮积累量在pH＜7时小于1mg／L;pH＞7时,随pH的增大而增大,最大积累率为22％．硝态氮比反硝化速率在pH＝8时最大,为2．52mgNO－x‐N／（gMLVSS·h）;亚硝态氮比反硝化速率在pH＝7时最大,为1．66mgNO－x‐N／（gMLVSS·h）．因此,反硝化最佳的pH值为7～8．