沉积物再悬浮对长江口潮滩上覆水体脱氮过程的影响

以长江口潮滩作为研究区域,采用15N同位素示踪技术,模拟研究了沉积物再悬浮过程对水体反硝化和厌氧氨氧化的影响.结果表明,沉积物再悬浮引起的上覆水体反硝化和厌氧氨氧化速率与水体浊度呈显著的正相关关系,这说明沉积物再悬浮能够促进水体脱氮过程的发生.在沉积物再悬浮条件下,采样点反硝化与厌氧氨氧化速率受不同站位理化因素的影响,存在明显的空间差异,且主要受沉积物总有机碳含量的控制.此外,随着沉积物再悬浮浊度的增加,水体中反硝化细菌nirS基因与厌氧氨氧化细菌16S rRNA基因丰度均呈增加趋势.这说明沉积物再悬浮可增加水体脱氮功能菌群的丰度,进而增加脱氮速率.研究结果表明,评价河口潮滩沉积物再悬浮对氮转化过程的影响具有重要的科学意义.     

废水生物脱氮技术研究进展

介绍了几种新型脱氮工艺,主要包括短程硝化反硝化、氧限制自养硝化反硝化(OLAND)、全程自养脱氮(CANON)、厌氧氨氧化、同步反硝化脱磷除硫等工艺。它们以亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主,使脱氮具有更加低能耗、高效率的特点。微生物种类的扩展,厌氧氨氧化和反硝化反应的竞争,羟氨转化为联氨是厌氧氨氧化菌活性出现的标志等是最新的研究内容,但新型脱氮工艺的影响因素与控制方略,特别是相关物质转换,微生物学机理有待进一步研究。     

全球变暖影响地球系统自净功能加剧温室气体释放

正人类活动引起的活性氮添加和气候变暖已经成为全球性的生态环境问题[1].微生物介导的反硝化和厌氧氨氧化是地球系统中两个活性氮移除通路,其中反硝化能产生氧化亚氮(N2O);而厌氧氨氧化则不产生N2O,成为环境和气候友好型通路[2].反硝化与厌氧氨氧化的相对变化在一定程度上影响生态系统内部的活性氮储库大小,同时调控全球气候变化.陆海界面的沉积物是脱氮发生的热点场所,然而全球变暖背景下,沉积物微生物脱氮过程对升温的响应及其气候反馈仍属未知.厦门大学高树基教授课题组长期致力于海洋氮循环过程与全球气候变化研究.针对低纬度河口沉积     

土壤中好氧反硝化菌分离研究

传统的反硝化作用,由微生物在厌氧或微厌氧条件下将硝酸盐还原成氧化亚氮或氮气。本文力图从土壤中找出在好氧条件下,既有硝化作用,也有反硝化作用的脱氮细菌,若将该细菌应用于控制水体富营养化、处理污水和净化水域,有着极大的实用价值。     

生物脱氮新技术

介绍了新近开发出的一些污废水生物脱氮新技术。这些新型生物脱氮工艺是基于新的氮素转化微生物及新的氮素转化途径，如短程硝化-反硝化、同时硝化-反硝化、厌氧氨氧化、好氧反氨化生物脱氮等。     

城市河道内源硫影响厌氧氨氧化过程的研究进展

评述了当前城市河道内源硫影响厌氧氨氧化过程的研究现状以及二者之间可能的微生物作用关系;指出了对于黑臭河道治理后呈现的高氮营养盐和较低碳氮比(C/N)生境,今后应重视新型化能自养的厌氧氨氧化过程在河道氮转化过程中的作用,包括"硫自养部分反硝化-厌氧氨氧化"、"硫酸盐型厌氧氨氧化"和"铁自养型厌氧氨氧化"等,以及内源硫如何影响厌氧氨氧化过程的发生和二者之间的耦合关系;不仅为强化氮营养盐的去除提供了崭新的视角,而且为阐明水圈微生物驱动氮与其他元素循环机制的基础理论提供了有益补充.     

污泥浓度、pH、NO2- -N对反亚硝化脱氮的影响

反亚硝化脱氮是反硝化过程中的一个重要环节,也是污水短程反硝化脱氮的重要组成部分.本文在亚硝酸氮浓度为30~110 mg.L-1范围内,主要考察了影响反亚硝化速率因素中的pH、NO2--N、MLSS的作用.研究表明,在温度为18℃,pH为7.5时,反亚硝化速率最大;NO2--N浓度为60 mg.L-1时的反亚硝化作用最强;MLSS高则整体反亚硝化脱氮速率快,但MLSS高则单位质量反亚硝化菌的效率低.     

ANAMMOX-UASB系统处理晚期垃圾渗滤液 脱氮性能及其颗粒污泥特性

以晚期垃圾渗滤液为研究对象,考察ANAMMOX-UASB系统脱氮性能及ANAMMOX颗粒污泥表观特性和粒径分布变化.结果表明,采用ANAMMOX-UASB系统处理晚期垃圾渗滤液可实现高效脱氮.在稳定期,NH~+_4-N,NO~-_2-N和TN的平均去除率分别为96%,95%和87%;系统中ANAMMOX颗粒污泥厌氧氨氧化活性良好,仍然是脱氮的主要途径;同时也有部分异养反硝化作用同步脱氮.此外,系统中还存在好氧氨氧化和亚硝氮氧化作用,其活性分别为0.031和0.010 g/(g·d).系统中颗粒污泥颜色由砖红色转变成红褐色,平均粒径由小变大;稳定运行期粒径大于1.5 mm的颗粒污泥为81%;颗粒污泥表层有球菌、杆菌和丝状菌附着.     

固定化好氧反硝化菌脱氮技术应用展望

近年来,氮污染已日益严重,传统的生物脱氮理论认为细菌的反硝化作用是一个严格的厌氧过程,但好氧反硝化菌的发现打破了此规律。随着生物脱氮技术的不断改进、更新,固定化微生物脱氮技术日益受到广泛关注。文章综述了好氧反硝化菌的应用研究、固定化微生物技术应用于废水处理研究动态以及固定化好氧反硝化菌脱氮效果比对,从而阐述固定化好氧反硝化菌脱氮技术的研究状况与应用展望。     

厌氧生物转盘氨氧化系统中脱氮机理与途径

利用NH4+,NO2-,NO3-和pH等4种离子选择性微电极,研究了不同基质浓度条件下厌氧氨氧化系统中颗粒污泥内部氮素迁移转化的空间分布特征.结果表明:当基质浓度充足时,从颗粒污泥表面到内部的氨氮和亚硝酸盐氮浓度以一定比例同时降低,发生了以厌氧氨氧化反应为主的特征反应;当氨氮浓度受限时,污泥颗粒外层区域(0～1 200μm)发生厌氧氨氧化脱氮途径,内层区域(1 200～2 500μm)发生以亚硝酸盐氮降低为特征的反硝化途径;当只存在NOx-时,颗粒污泥内部发生反硝化的特征反应.因此,厌氧生物转盘氨氧化系统中至少存在厌氧氨氧化和自养反硝化两种生物脱氮途径.     

反硝化型厌氧甲烷氧化耦合厌氧氨氧化脱氮工艺研究进展

反硝化型厌氧甲烷氧化(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation, DAMO)耦合厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation, Anammox)脱氮工艺在实现能源废水处理方面具有很大的潜力。DAMO-Anammox脱氮工艺能同时将甲烷、氨氮和硝酸盐转化为无害的N₂和CO₂,在无需额外能量消耗下实现废水中的碳氮循环,有望成为未来环境友好型废水处理的主要技术。本文讨论了DAMO-Anammox微生物的协同和竞争机制,不同电子受体的类型对脱氮过程中微生物胞外电子传递机制及脱氮除甲烷效率的影响,指出了目前DAMO-Anammox脱氮工艺存在的功能微生物富集困难、气液传质效率差和脱氮性能不足等应用瓶颈,总结了如新型反应器构型的设计、人工电子中介体投入和电化学强化等相对应的改进策略,为该工艺的进一步研究和规模化应用提供参考。     

海洋氮循环细菌研究进展

氮素循环是海洋生态系统中物质循环的重要组成部分,其中微生物起着至关重要的推动作用,相关内容一直为国际研究的热点.在简述氮循环各环节概念的基础上,着重对海洋生物固氮、硝化、反硝化细菌等方面研究进行了综述,并对今后的研究方向进行了一些展望.     

Reversal of the net dinitrogen gas flux in coastal marine sediments

The flux of nitrogen from land and atmosphere to estuaries and the coastal ocean has increased substantially in recent decades. The observed increase in nitrogen loading is caused by population growth, urbanization, expanding water and sewer infrastructure, fossil fuel combustion and synthetic fertilizer consumption. Most of the nitrogen is removed by denitrification in the sediments of estuaries and the continental shelf, leading to a reduction in both cultural eutrophication and nitrogen pollution of the open ocean. Nitrogen fixation, however, is thought to be a negligible process in sub-tidal heterotrophic marine systems. Here we report sediment core data from Narragansett Bay, USA, which demonstrate that heterotrophic marine sediments can switch from being a net sink to being a net source of nitrogen. Mesocosm and core incubation experiments, together with a historic data set of mean annual chlorophyll production, support the idea that a climate-induced decrease in primary production has led to a decrease in organic matter deposition to the benthos and the observed reversal of the net sediment nitrogen flux. Our results suggest that some estuaries may no longer remove nitrogen from the water column. Instead, nitrogen could be exported to the continental shelf and the open ocean and could shift the effect of anthropogenic nitrogen loading beyond the immediate coastal zone.     

Molecular mechanism of anaerobic ammonium oxidation

Two distinct microbial processes, denitrification and anaerobic ammonium oxidation (anammox), are responsible for the release of fixed nitrogen as dinitrogen gas (N(2)) to the atmosphere. Denitrification has been studied for over 100 years and its intermediates and enzymes are well known. Even though anammox is a key biogeochemical process of equal importance, its molecular mechanism is unknown, but it was proposed to proceed through hydrazine (N(2)H(4)). Here we show that N(2)H(4) is produced from the anammox substrates ammonium and nitrite and that nitric oxide (NO) is the direct precursor of N(2)H(4). We resolved the genes and proteins central to anammox metabolism and purified the key enzymes that catalyse N(2)H(4) synthesis and its oxidation to N(2). These results present a new biochemical reaction forging an N-N bond and fill a lacuna in our understanding of the biochemical synthesis of the N(2) in the atmosphere. Furthermore, they reinforce the role of nitric oxide in the evolution of the nitrogen cycle.     

不同沉积环境下原油氮同位素的地球化学特征

氮是原油中的重要组成元素,但是由于原油含氮量较低,碳氮比高,造成氮同位素样品制备困难。为揭示不同沉积环境原油的氮同位素分布特征及其主要影响因素,依据杜马斯燃烧法原理,利用EA-IRMS连用技术测定几个典型沉积盆地原油的氮、碳同位素组成。结果表明:不同沉积环境原油氮同位素组成具有明显的差异,海相沉积环境原油氮同位素明显轻于陆相沉积环境的原油;陆相沉积环境中原油氮同位素组成特征受沉积环境的盐度及氧化还原程度的影响,源于弱氧化-弱还原环境的原油氮同位素组成明显偏重,这是该沉积环境有利于反硝化作用的进行所致;原油的氮同位素组成可以有效用于原油的油源分析和对比,原油的氮同位素组成可能是油气地球化学中一项重要指标。     

垃圾渗滤液处理厂活性污泥微生物种群结构和功能分析

对垃圾渗滤液处理厂活性污泥的16S rRNA基因和宏基因组进行高通量测序并分析, 探究垃圾渗滤液处理厂活性污泥微生物的种群结构、氮循环和有机污染物降解相关功能微生物和功能基因。结果表明, Calditrichaeota门微生物丰度最高(58.77%), 其次是 Proteobacteria (16.80%)和Bacteroides (6.19%); Calorithrix属是活性污泥的优势菌属(58.77%); 活性污泥中存在硝化、反硝化、同化硝酸盐还原、异化硝酸盐还原和氮固定 5 条氮循环途径, 反硝化相关基因丰度最高(78.84%), 主要分布于Calditrichaeota, Proteobacteria和Choroflexi中; 硝化作用由氨氧化菌Nitrosomonas完成。活性污泥中含有丰富的难降解有机污染物降解基因, Proteobacteria, Bacteroides, Planctomycetes, Calditrichaeota和Choroflexi是典型的有机污染物降解功能微生物。     

Nitrification by plants that also fix nitrogen

Nitrification is a key stage in the nitrogen cycle; it enables the transformation of nitrogen into an oxidized, inorganic state. The availability of nitrates produced by this process often limits primary productivity and is an important determinant in plant community ecology and biodiversity. Chemoautotrophic prokaryotes are recognized as the main facilitators of this process, although heterotrophic nitrification by fungi may be significant under certain conditions. However, there has been neither biochemical nor ecological evidence to support nitrification by photoautotrophic plants. Here we show how certain legumes that accumulate the toxin, 3-nitropropionic acid, generate oxidized inorganic nitrogen in their shoots, which is returned to the soil in their litter. In nitrogen-fixing populations this 'new' nitrate and nitrite can be derived from the assimilation of nitrogen gas. Normally, the transformation of elemental nitrogen from the atmosphere into a fixed oxidized form (as nitrate) is represented in the nitrogen cycle as a multiphasic process involving several different organisms. We show how this can occur in a single photoautotrophic organism, representing a previously undescribed feature of this biogeochemical cycle.     

电流和碳氮的量比对生物电极脱氮速率影响的模拟

研究了脱氮过程中生物膜内的物质运动和反应机理,在已建立的生物电极模型的基础上,对以下3种情况下生物膜内反应物浓度分布以及电流和有机物时脱氮速率的影响进行了研究:只利用水电解产生的氢气作为电子供体;只利用醋酸作为电子供体;氢气和醋酸同时作为电子供体.研究结果表明:增加电流和碳氮的量比都能提高脱氮速率,但只增大电流或碳氮的量比,脱氮速率的提高程度不大,且随着碳氮的量比的增大,出水中硝酸氮浓度不断降低,残留醋酸浓度也随之提高,影响出水水质;当同时通电和添加醋酸时,脱氮速率显著加快;但过大的电流和碳氮的量比反而不利于脱氮的进行,因此,存在碳氮的量比和电流的最佳组合,在此条件下,出水中残留醋酸浓度最低,脱氮速率最高.当碳氮的量比为0.7,电流为100 mA时的脱氮速率比只通电时的脱氮速率增大了约1倍.     

常温低基质下厌氧氨氧化反应器的影响因素研究

以上向流生物滤柱为反应器,实验室内氧化沟回流污泥为接种污泥,在常温低基质下成功启动了厌氧氨氧化反应器.在此基础上,研究了pH,亚硝酸盐氮与氨氮之比和HRT对厌氧氨氧化反应的影响.结果表明:厌氧氨氧化反应的最适pH值为6.7～8.7;亚硝酸盐氮与氨氮的最适比值为(1.35～1.37)∶1;厌氧氨氧化反应的临界HRT是2h,随着HRT的缩短,总氮的去除率迅速降低.     

氮负荷对烟气脱硫脱硝废水反硝化过程的影响

依据烟气脱硫脱硝废水的主要特征配制模拟废水,研究不同硝态氮负荷对该废水反硝化过程中C和N的变化规律及脱氮效果的影响．间歇式批次实验结果表明：氮负荷为50～400 mg/L时,经过12 h后硝态氮去除率达到95％以上,反应过程中有10％～20％硝态氮转化为亚硝态氮．随着氮负荷的增加,T OC的消耗量也在增加,但降解率逐渐减小,去除每毫克硝态氮所需TOC依次为5．40、4．03、3．15、2．96、2．88、2．32和1．9 mg ． TN的去除包括硝态氮、亚硝态氮和部分有机氮的去除,亚硝态氮完全去除时TN也基本去除．反应结束时,不同氮负荷下所需的△TOC/△TN为1．9～4．0．氮负荷从50 mg/L增加至400 mg/L ,容积反硝化速率由2．73 mg NO－3‐N /（L· h）增加至21．90 mg NO3－‐N /（L · h）．△TOC/△TN与容积反硝化速率、氮负荷之间都呈良好的线性关系．