三峡库区消落带土壤N2O排放和反硝化影响因子分析

应用乙炔抑制培养法研究了水分、温度、氮源和碳源等影响因子对三峡库区腹地消落带土壤N2O排放和反硝化作用的影响,并与原位试验结果进行了比较。结果表明,土壤含水量是影响土壤N2O排放和反硝化作用的重要因素,反硝化速率随着土壤充水孔隙度（WFPS）的增加而增大,土壤反硝化速率最大值出现在土壤WFPS为100%时,N2O排放速率最大值出现在土壤WFPS为60%时。温度在10～40 ℃范围内,土壤N2O排放速率和反硝化速率随着温度的升高而增大,相关性分析表明,土壤N2O排放速率和反硝化速率均与温度呈显著正相关。外加氮源为NO -3-N时,反硝化速率随氮源量的增加有减小的趋势,过多的硝态氮抑制反硝化作用;而添加易被微生物利用的葡萄糖作为碳源则会明显提高土壤反硝化速率,当每千克土加入碳源量为240 mg时反硝化速率最大。     

氮在饱和土壤层中迁移转化特征研究

通过室内土柱实验，研究了氮在包气带不同土质层中饱水条件下迁移转化的特征；建立了一维饱和土壤层中氮迁移的预测模型。研究结果表明：氮对地下水的污染因子是硝酸根；土质是影响土壤氮迁移的重要因素之一。在迁移转化环境条件相同的情况下，随着土壤颗粒中粘粒含量的增加，土层的净化容量增加，其中土层的反硝化反应速率的增加是硝酸根去除的决定性因素。     

高效亚硝酸型反硝化菌生长特性及脱氮研究

采用定向筛选法,对反硝化污泥进行驯化和富集,得到了富含亚硝酸型反硝化菌的混合菌体.采用批式试验考察了不同环境因子对该菌体生长和脱氮速率的影响,构建了亚硝酸盐降解动力学模型,初步探讨了菌体在填料床生物膜反应器中的脱氮性能.结果表明,该菌体属于兼性厌氧菌,只有在氧缺乏的环境下才能发生反硝化作用;最适的生长和脱氮条件是以柠檬酸三钠为碳源,ρ(TOC)∶ρ(N)=4,温度30℃,pH=9.菌体在此条件下具有很高的活性,比脱氮速率达0.25 h-1,是相关文献报道的6~10倍;具有较强的耐盐特性,可耐受13%的盐浓度;在填料床生物膜反应器中运行稳定,具有较强的抗碳氮源冲击负荷的能力.本研究有利于促进新型短程硝化反硝化工艺的实施以及解决传统反硝化过程中亚氮积累的问题.     

土壤中反硝化作用的试验研究

通过室内土柱试验,研究了土壤中的反硝化作用机理及其影响因素。假设反硝化作用符合一级反应的离散方程,描述土壤中ＮＯ３＾－离子的输运迁移规律,此方程反映了ＮＯ３＾－浓度、土柱淋溶时间、柱深、反应速率常数和溶液平均流速的函数关系。结果表明,环境条件（如温度,ｐＨ值、基质ＮＯ３＾－浓度等）是影响反硝化作用反应速率的重要因素。     

直剪条件下钙质砂强度及颗粒破碎

钙质砂的主要成分是碳酸钙,由于其特殊成因,钙质砂具有孔隙特征。为了深入研究粒径、含水率及剪切速率对钙质砂强度及颗粒破碎特性的影响,在不同粒径、含水率和剪切速率等因素下对钙质砂进行直剪试验。试验结果表明：(1)钙质砂的抗剪强度和内摩擦角与粒径之间存在正相关的关系,小粒径(<1.0 mm)情况下,粒径和竖向压力不再是影响颗粒破碎的主要因素,大粒径(>1.0 mm)情况下,颗粒破碎程度出现剧增现象,粒间咬合和约束的存在是此现象的主要原因。(2)粒间水膜和颗粒损伤的存在,导致钙质砂的内摩擦角随着含水率的升高逐渐减小,含水率和内摩擦角之间呈指数函数关系。相对破碎随着含水率的升高先减小后增大。(3)颗粒在剪切过程中存在翻滚现象,但过大的剪切速率会使得颗粒直接从中间位置剪切,钙质砂的内摩擦角随着剪切速率的增大呈现先减小再增大的现象,相对破碎则是随着剪切速率的增大呈现先减小后增大的趋势。     

污泥发酵耦合反硝化系统亚硝态氮积累特性

接种污泥发酵耦合反硝化系统污泥,以剩余污泥发酵上清液中有机物作为反硝化过程电子供体,通过批次试验研究碳氮比()N-NO(/)COD(?x??)及p H对反硝化过程N-NO2?积累的影响。试验结果表明:在初始)N-NO(3??为30 mg/L,)N-NO(/)COD(?x??为1~3时,N-NO2?积累量和积累速率随)N-NO(/)COD(?x??增加明显升高,继续提高)N-NO(/)COD(?x??对N-NO2?积累影响很小,在反应过程中最大积累量达到(18.85±1.13)mg/L;p H对反硝化过程N-NO2?积累有明显影响,p H=7时N-NO2?积累速率最大,而N-NO2?积累量按p H顺序依次为:p H=9,6,8,7。另外,本试验考察的污泥发酵耦合反硝化系统污泥在反硝化过程中亚硝态氮积累率(wNAR)维持在78%~95%范围内,并且反应初始)N-NO(/)COD(?x??对其影响很小,可能是由于该系统的长期碳源电子供体有限,反硝化和发酵条件的引入导致反硝化菌合成硝态氮还原酶能力远远大于亚硝态氮还原酶的还原酶能力。     

一株反硝化真菌的分离鉴定及其对生物塔脱氮效率的影响

国内外对细菌的作用及作用机制研究较多,而对真菌的作用及机制研究较少.为了提高NO,NO_x的脱除效率,本文对脱氮塔生物膜中的反硝化真菌进行了分离、纯化及鉴定,通过摇瓶实验研究了反硝化真菌对NO_3~-的作用特征,最后在脱氮塔中投加了分离的反硝化真菌纯菌株扩大培养液,研究了其对NO_x脱除效率的影响,还对脱氮塔内真菌的群落结构进行了高通量测序分析.实验结果表明:经过真菌形态特征和脱氮(NO_3~-)特性研究及ITS序列测定分析,将3LNB菌株鉴定为镰刀菌的腐皮镰刀菌Fusarium solani.高通量测序分析结果证明了脱氮塔内确实存在镰刀菌属的腐皮镰刀菌Fusarium solani.在NO_3~-—N浓度高达10.01g/L的条件下,实验共10d,细菌反硝化组反硝化率为5.6%,其脱除效率为0.56g/L;真菌3LNB菌株的反硝化率能达到15.1%,其脱除效率为1.51g/L.实验室实验证明3LNB菌株对NO_3~-具有较强的反硝化能力.将3LNB纯菌株扩大培养液400mL(4%)投加到脱氮塔中,NO,NO_x的平均脱除率分别提高了5.12%,5.36%.脱氮塔净化实验证明3LNB培养液能强化微生物对NO,NO_x的脱除效能,这可能主要与腐皮镰刀菌等真菌细胞存在细胞色素P450nor有关.     

脱氮硫杆菌利用FeS自养反硝化过程研究

以硫化亚铁(FeS)为电子供体的自养反硝化反应对水体中硝酸盐的去除有重要贡献．以菌株Thiobacillus (T.) denitrificansATCC 25259为对象,首次研究了脱氮硫杆菌以FeS为底物的自养反硝化过程．结果表明,以FeS作为唯一电子供体时,T. denitrificans可以将NO-3-N(30 mg·L-1)彻底还原为N2．同时,FeS中的硫元素经自养反硝化过程转化为SO2-4,而铁元素与培养基中PO3-4反应生成沉淀物Fe3(PO4)2·8H2O．通过对相关数据拟合发现自养反硝化过程遵循零级反应动力学(R2>0.93),随着FeS加入量的增大,NO-3和NO-2的还原速率均增大,但NO-3的还原速率增大更多,使中间产物NO-2的累积量增大．     

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.     

SBR法处理城市污水过程中氮的去除及转化规律

介绍了利用SBR法处理广州地区城市污水过程中氮的去除和转化规律及处理过程中的各种影响因素。在处于好氧阶段的反应过程中，在去除有机物和进行磷的吸收的同时，进行硝化反应并且控制硝化反应进行到亚 硝酸型硝化结束，然后进行缺氧反硝化，以达到脱氮的目的。实验结果表明，在去除有机物的同时，氨氮也有很好的去除效果，在反硝化的过程中，硝化氮被转化成氮气，通过硝化和反硝化，使总氮得到了一定程度的去除。     

湟水河西宁段水体和沉积物中氮素转化关键过程与影响因素分析

于丰水期(2018年7月)和枯水期(2019年4月)分别在湟水河西宁段典型断面采集水体和沉积物样品共58个,枯水期同时采集污水处理厂出水样6个。利用实时荧光定量PCR方法,对12种氮转化功能基因进行定量分析。结果表明,湟水河平均总氮浓度为3.06±1.23 (1.308～6.51) mg/L。水体和沉积物中相对丰度较高的氮转化功能基因是narG,nirS和nosZ。氮转化功能基因的丰度和组成在沉积物中存在明显的季节差异,在水体中无明显季节差异。关键氮素转化过程是反硝化,对水体和沉积物氮素的去除贡献率分别为88%和98%。水体氮素转化主要受pH值、总氮及NO₃^--N调控,其中,氨氧化与NO₃^--N浓度负相关,反硝化与pH负相关。沉积物氮素转化与水体氮素浓度、沉积物pH值、总氮、总磷和有机碳等相关,其中,氨氧化与水体氮素浓度负相关,而反硝化主要受沉积物性质影响。进一步的分析结果表明,污水处理厂排放会显著降低水体中AOA-amoA, CMX-amo A, nir S, nxr B, napA, nar G...     

注氮条件对采空区自燃“三带”的影响

 研究了采空区注氮参数与“三带”分布情况的关系,并利用研发的火源定位软件分析了注氮条件对采空区自燃“三带”的影响。结果表明,合理的注氮位置基本上位于散热带和氧化带交界处,但一般情况下,建议将注氮位置设到氧化带内。当注氮达到稳定后,可以发现氧气分布出现回缩并整体前移的现象,尤其是在进风侧氧化带范围大大减少的情况下,注氮效果比较明显。     

火山渣负载土著氮细菌净化氨氮污染地下水特性

基于氨氮（NH⁺₄-N）污染地下水内在生态恢复机制, 利用生态安全型天然矿物材料火山渣负载地下水中土著氮细菌进行NH⁺₄-N污染地下水净化特性研究. 结果表明：火山渣负载土著氮细菌生物量约为2.12×10⁷ 个/g; 负载材料在去除地下水中NH⁺₄-N时,可有效去除水化学因子,NH⁺₄-N去除率为83.39%~98.84%,水化学因子去除能力从大到小依次为Fe²⁺,HCO^-₃,Ca²⁺,Mn²⁺,CO^2-₃,SO^2-₄,S^2-,Mg²⁺,其中Fe²⁺,Mn²⁺,S^2-,SO^2-₄一定程度上促进NH⁺₄-N净化; CO^2-₃,HCO^-₃,Ca²⁺,Mg²⁺抑制NH⁺₄-N净化; 负载材料的微观结构在净化后表面变平滑, 细小突起被覆盖. 研究结果为氮污染地下水内在生态调控修复技术研发提供了实验依据.      

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。     

丙酸盐对厌氧氨氧化除氮性能及群落结构的影响

为了探究有机碳对厌氧氨氧化的长期影响,向厌氧氨氧化膜生物反应器中添加不同浓度的丙酸钠,研究对反应器的除氮效能以及微生物的种群结构和功能变化.结果表明:反应器主要的脱氮过程由Candidatus Brocadia完成,当丙酸钠浓度为100 mg/L时,反应器中由于异养细菌的生长,可实现碳氮的同步去除,平均总氮去除率可达9...     

添加无机氮对山西太岳山油松林土壤氮素及温室气体通量的影响

【目的】人类活动频繁引起大气氮沉降加剧,导致陆地生态系统中的氮循环发生了前所未有的变化,进而影响整个陆地生态系统生态环境。笔者通过模拟大气氮沉降,探究森林土壤中氮素含量及温室气体排放速率的响应规律以及氮素对温室气体排放的影响,为提高森林氮素利用率并减缓大气温室效应提供参考。【方法】以山西太岳山暖温带油松林为研究对象,以硝酸铵(NH₄NO₃)为外源无机氮添加对象,设置对照CK(0 g/m²)、N5(5 g/m²)、N10(10 g/m²)、N20(20 g/m²)、N40(40 g/m²)等5个施氮水平,每个施氮水平设置4个重复,共20块样地。于2017年8月采集土壤样品及温室气体样品(采用静态箱法),测定林地土壤中的全氮(TN)、总可溶性氮(TDN)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH⁺₄-N)、硝态氮(NO^-₃-N))含量及土壤中温室气体N₂O、CO₂ 和CH₄的排放量,分析氮添加对土壤氮及温室气体排放的影响。【结果】在N5、N10、N20和N40各施氮水平处理下,油松林0～10 cm土壤中NO^-₃-N、TDN、DON的含量增加,与CK相比,含量增幅分别为25.04%～246.4%、13.29%～73.82%、4.54%～70.51%,NH⁺₄-N含量随着施氮量水平的增加而增加,但各处理水平对TN含量无影响。在0～10 cm土壤中,与CK相比,NO^-₃-N和TDN含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P <0.05),DON只在N40处理中显著增加(P <0.05),施氮处理对0～10cm土层中的各氮素具有明显的促进作用; 在≥10～20 cm土层中,与CK相比,TN、NH⁺₄-N含量有增长趋势,NO^-₃-N含量在N10、N20、N40处理下显著增加(P <0.05),分别增加了234%、284%、663%,TDN随着施氮量的增加而增加,而DON则随着处理水平的增加而显著减小(P <0.05)。N₂O、CO₂的排放量随着施氮量的增加而增加,并且在N20、N40处理下排放量显著增加(P <0.05); 同时氮添加处理对CH₄的吸收有明显的抑制现象,使CH₄从森林土壤吸收状态转变为排放状态。在相关性分析中,0～10 cm土层及≥10～20 cm土层中NO^-₃-N和DON、N₂O、CO₂呈显著相关(P <0.05),而NH⁺₄-N、TDN与N₂O、CO₂、CH₄呈正相关,但无显著性(P >0.05); 在≥10～20 cm土壤中,DON与N₂O、CO₂、CH₄呈负相关。【结论】在无机氮添加试验中,施氮处理明显增加了土壤中有效氮的含量,尤其是在N20和N40处理水平条件下,对油松林土壤中的有效氮素含量及温室气体排放具有明显的调控作用; 同时,有效氮含量的增加对森林土壤中温室气体的排放有明显的促进作用。因此,模拟氮沉降显著促进了森林土壤氮素循环及温室气体的排放,对生态环境的影响及温室效应的变化具有明显作用。     

一次连续降雨过程中氨氮在不同介质中迁移模拟柱实验

氨氮在包气带中迁移与介质含水量多少有关。自然界中,降雨是影响介质含水量多少和运移的主要因素。通过动态土柱实验模拟降雨过程中氨氮迁移规律。结果表明,降雨时包气带处于饱和状态,氨氮下移平均速率10 cm/5 h,明显比非降雨情况污染扩散速度高1个量级。降雨后包气带处于非饱和状态,介质可固定氨氮。粗颗粒中氨氮浓度变化稳定;细颗粒中氨氮浓度缓慢减少。72 h连续实验,浅层氨氮达到吸附平衡,深层未达到吸附平衡,粗颗粒吸附速率慢于细颗粒。     

大气氮沉降对森林土壤微生物影响的研究进展

大气氮沉降是影响森林生态系统的新生态因子之一,过量氮沉降将改变参与森林生态系统物质转化和养分循环的土壤微生物.作者综述了国内外模拟氮沉降对森林土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性和酶活性、底物利用能力以及功能基因的影响研究现状.结果表明：(1)整体来看,氮沉降对森林土壤微生物生物量产生负面影响的报道较多;(2)氮沉降改变了森林土壤微生物群落的构成和丰富性;(3)氮沉降短期内促进森林土壤呼吸速率,长期氮输入会抑制土壤呼吸速率;(4)氮沉降改变了参与凋落物分解相关土壤酶的活性;(5)氮沉降降低了土壤微生物代谢复杂有机质的代谢能力;(6)氮沉降增加和降低了某些微生物功能基因的丰度.此外,作者还探讨了氮沉降对森林土壤微生物研究存在的问题和未来研究的重点.     

基于MATLAB数据拟合的库滨带总氮去除效果研究

为了深入研究库滨带系统对总氮的去除效果,采用模拟试验方法,建立了农田、乔草复合带、滨水植物带、湿生草本带四个试验小区,采用MATLAB拟合各个试验区总氮浓度随距离的变化规律。结果表明,四个试验区的总氮浓度随距离的关系符合5次多项式,拟合精度都达到了99%。四个试验区对总氮的去除率分别为31.08%、84.21%、82.77%、37.44%。四个试验小区对总氮的去除效果从小到大依次为农田、湿生草本带、滨水植物带、乔草复合带,说明乔草复合带和滨水植物带对面源污染能起到很好的防治作用。     

pH与三峡库区底泥氮磷释放关系的试验

通过对三峡库区底泥总氮、总磷(TN、TP)释放特性进行研究,分析了pH对三峡库区底泥TN、TP释放的影响及其原因,结果表明水溶液的pH在3．98～11．05范围内,TN、TP在3d内最大释放量达到最大值,pH在l1．05～11．94范围内,TN在3d内最大释放量达到最大值,而TP在ld内最大释放量就达到最大值;pH越低TN的最大释放量越大,pH在3．98～10．07范围内,TP的最大释放量基本相同,pH在10．07～11．94范围内,TP的最大释放量急剧增加。说明了三峡库区底泥TN、TP对库区水质存在的危险性,并为三峡库区富营养化治理从控制氮磷营养盐含量方面提供了参考。