厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳研究Ⅰ:COD/NH_4^+-N对耦合反应的影响

采用ASBR反应器,通过改变进水COD/NH_4^+-N值,研究了COD/COD/NH_4^+-N对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的影响.结果表明:在COD为300mg/L,NO2--N为145mg/L时,COD/COD/NH_4^+-N是影响厌氧氨氧化对耦合反应脱氮贡献及COD/NH_4^+-N去除率的主要因素,但不会对NO2--N去除率产生影响.当COD/COD/NH_4^+-N值在1~3.25时,厌氧氨氧化对耦合反应的脱氮贡献率基本稳定在73.03%;当COD/COD/NH_4^+-N值在3.75时,厌氧氨氧化对耦合反应脱氮的贡献率开始由71.76%下降至约55%;当COD/COD/NH_4^+-N值在4.25~5.25时,厌氧氨氧化与反硝化的脱氮贡献率基本相等;当COD/COD/NH_4^+-N值在6.5~12.5时,反硝化的脱氮贡献率随着COD/COD/NH_4^+-N值的增大由51.69%增大到79.62%.耦合反应器中活性污泥的颗粒化程度不断增强,颗粒污泥的粒径主要分布在0.6~1.5mm范围内,污泥沉降性能良好.

长江三角洲地区雨水中NH_4^+-N/NO_3^--N和δ^(15)NH_4^+值的变化

2003年6月至2005年7月,利用自行设计的雨水收集器对位于长江三角洲地区的常熟、南京和杭州3个观测点进行了全年性雨水观测,分析了雨水中NH4+-N/NO3--N和铵态氮自然丰度(δ15NH4+)值的变化.结果表明:研究区3个观测点雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值均呈相似的季节性变化规律,两者的规律性变化在以田间农事耕作为主的常熟观测点尤其明显,而位于市区的南京观测点和位于城乡结合部的杭州观测点的规律性次之;雨水中NH4+-N/NO3--N的峰值出现在6月下旬到8月上旬,然后逐渐下降,冬季降到最低;雨水中δ15NH4+值在6月下旬到8月中旬为负值,在8月下旬到11月中下旬为正值,12月至翌年3月又变为负值,5至6月中旬又转变为正值.雨水中NH4+-N/NO3--N和δ15NH4+值的季节变化与不同作物生育期间氮肥的施用、当地气候的季节性变化以及其他NH3释放源的NH3挥发有关(人和动物排泄物、氮污染水体及有机氮源中的氨挥发),其对大气湿沉降中NH4+的来源、形态组成及陆地不同NH3排放源的强度具有明显的指示意义.

温度和盐度对几种大型海藻生长率和NH_4-N吸收的影响

温度和盐度对细基江蓠繁枝变型 (Gracilariatenuistipitatavar.liui)、孔石莼(Ulvapertusa)和蜈蚣藻 (Grateloupiafilicina)生长率及细基江蓠繁枝变型NH4-N吸收的影响进行了实验研究 .结果表明 ,温度和盐度对上述 3种海藻生长率及NH4-N吸收均有显著影响 .3种海藻的生长适宜温度和盐度范围分别为细基江蓠繁枝变型 2 0～ 30℃ ,1 5～ 30 ,孔石莼 1 5～ 2 5℃ ,1 5～ 40 ,蜈蚣藻 2 0～ 2 5℃ ,2 5～ 35 ;最大日特定生长率 (SGR)分别为 8 6 6 % ,1 2 2 8% ,2 2 4% ;N饥饿细基江蓠繁枝变型对NH4-N的吸收存在短期的快吸收 .细基江蓠繁枝变型NH4-N吸收的最适温度和盐度范围分别为 1 5～ 2 5℃ ,1 0～ 2 5 .生长率及NH4-N吸收速率与温度和盐度之间分别存在以下关系 :SGRG .t.=0 873(S - 5 487) (T - 9 0 0 7)e(-0 0 70 8S -0 0 745T) ;SGRU .p .=0 2 2 2 (S - 2 6 6 5 )e-0 0 47S(T - 9 98)e-0 0 0 0 5 7(T -9 98) 2 7;SGRG .f.=2 6×1 0 -4 (S - 1 0 85 6 ) (T - 1 1 70 4)e0 15 6T -3 36× 10 -6STe0 2 19T;Vupt=1 1 81 2 (S - 4 0 81 )(T - 9 2 2 1 )e-0 1S -0 14 8T.

不同前处理条件对土壤NO_3-N、NH_4-N含量影响的研究

采用大棚土壤,研究了土样预处理方式、KCl浸提液浓度和液土比对用连续流动注射分析仪测定的土壤NO3-N、NH4-N含量的影响。结果表明,土壤预处理方式、KCl浸提液浓度和液土比都不同程度影响土壤NO3-N、NH4-N的含量测定结果。风干、烘干的土样预处理方式对土壤NH4-N、NO3-N含量测定有显著影响,表现为新鲜土<风干土<烘干土;用2mol/LKCl溶液作为浸提液,液土比5∶1(V∶V)测定大棚NO3-N含量,测定结果稳定。

鄱阳湖南矶山自然保护区沼泽湿地土壤对NH_4^+-N吸附能力的研究

湿地土壤能有效地对营养物质滤过截留,是氮素和磷素的储藏库,能减轻水体由于氮素和磷素过高而引起的富营养化,通过土壤样品的吸附试验,研究了位于鄱阳湖南部的南矶山自然保护区沼泽湿地土壤对NH+4-N的吸附能力。结果表明,供试土壤对NH+4-N的吸附符合Langmuir、Freundlich、Temkin方程,最大吸附量为222.22mg·kg-1土,吸附常数为0.5294,最大缓冲容量(MBC)为117.65mg·kg-1土。其较强的吸附能力,使它在稳定整个鄱阳湖生态系统中发挥巨大作用。另一方面,它储存的营养物质也将为湿地中生物群落所利用,对湿地生态系统的生产力影响突出。因此,加强保护湿地土壤对鄱阳湖生态系统的稳定非常重要。

浒苔对NH_4^+-N与NO_3^--N吸收的相互作用

在国内首次研究了大型海洋绿潮藻浒苔(Ulva prolifera)对NH4+-N与NO 3--N两种氮源的选择吸收作用。结果表明:当两种氮源等浓度比例存在时,随着NH4+-N与NO3--N浓度升高,藻体对NH4+-N的吸收速率逐渐升高,而对NO3--N吸收受到抑制;当NO3--N和NH 4+-N高浓度比存在时,藻体对NH4-N的吸收速率随着NO3--N/NH4+-N比例的升高和NH4-N浓度的下降而降低;当NO3--N和NH4+-N低浓度比存在时,藻体对NH+4-N保持较高的吸收速率,而对NO3--N的吸收效率随着NO3--N浓度的降低而降低;浒苔具有同时利用水体中较高浓度的NH+4-N和NO3--N的能力,只有当NH4+-N或NO3--N浓度较低时,才以吸收相对应的氮源为主。这说明浒苔能够快速、大量地吸收水体中氮源,为爆发性增殖贮备物质条件。同时,即便两种氮源同时存在,浒苔对NH+4-N的吸收速率也远高于对NO3--N的吸收速率,因此,控制NH4+-N的大量输入仍是预防浒苔绿潮爆发的关键。

振荡浸提时间对不同保存方式土壤NO_3-N和NH_4-N含量测定值的影响

[目的]研究振荡浸提时间对土壤NO3-N、NH4-N测定结果的影响,为土壤氮素研究提供分析测定的理论依据.[方法]采集高、中、低三种肥力灰漠土,2 mol/L KCl溶液作浸提剂,以不同振荡的时间浸提鲜土、冷藏土和冷冻土,用连续流动注射分析仪测定浸提液中NO3-N、NH4-N含量.[结果]不同肥力土壤以不同方式保存后,振荡浸提时间对土壤硝态氮、铵态氮测定结果有明显的影响,鲜土、冷冻土测定结果比冷藏土稳定.振荡浸提30 ～ 60 min时,NO3-N和NH4-N的测定值相对稳定.[结论]从经济、可靠的角度衡量,无论是新鲜土壤,还是冷藏或冷冻土壤,测定土壤矿质氮含量的振荡浸提时间为30 min即可.对于土壤矿质氮含量极高的土壤,振荡浸提时间应延长至60 min.

间歇式潜流人工湿地中COD、NH_4-N动态变化特征

采用酸化、两段间歇流人工湿地处理生活污水。废水经酸化预处理后 ,COD平均去除率 30 % ,NH4 N平均去除率 13 6 3%。第 1段人工湿地为潜流 ,周期 12h ,进水 6h ,排水 6h ,水力停留时间 (HRT) 3d ,COD去除率 6 0 %～ 80 % ,最高达 88 5 6 % ;NH4 N去除率 5 0 %～ 70 %。第 2段人工湿地为下行流 ,周期 2 4h,进水 12h ,排水 12h ,HRT 1d ,COD平均去除率 5 3 2 % ;NH4 N平均去除率大于 99%。对第 1段湿地中COD、NH4 N空间变化的研究表明 ,间歇运行所产生的大气复氧对COD、NH4 N的去除具有明显的强化作用。COD的去除基本不受温度影响 ,而NH4

DO/NH_4^+-N调控实现MBBR工艺生活污水短程硝化

选取溶解氧(DO)浓度和出水氨氮(NH_4^+-N)浓度作为控制因素,探究不同温度和有机碳源投加量(COD/NH_4^+-N)下,实现生物膜工艺短程硝化的可行性和对DO/NH_4^+-N值(R值)的需求.15,20,25℃时,实现短程硝化的R值分别约为0.08,0.17,0.25,说明比值控制可实现短程硝化,且R值的降低可弥补温度降低的不利影响;DO为3.5mg/L,NH_4^+-N浓度为14mg/L时,短程硝化实现,而DO和NH_4^+-N浓度分别为1.8,3mg/L,短程硝化破坏,说明实现生物膜反应器短程硝化,由DO/NH_4^+-N决定,而不仅仅是DO;有机碳源含量分别为0,60mg/L时,实现短程硝化的R值由0.25升至0.38,但R=0.6短程硝化破坏,说明投加有机碳源增多,R调控范围变大,便于实现短程硝化,但R增长幅度有限.

饮用水生物处理小试工艺中NH4^＋-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和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.

固定化微绿球藻去除NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P效果的研究

为了探究固定化微绿球藻(Nannochloropsis oculata)去除污水中NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P的效果,采用海藻酸钠固定化包埋技术进行实验。开展了固定化藻球大小、藻细胞包埋密度、藻球投放质量及充气培养条件对NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P去除效果的单因子试验研究。结果表明,固定化藻球大小、藻细胞包埋密度、藻球投放质量和充气培养条件对NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P的去除效果影响显著(P<0.05)。藻球直径3.5 mm时生长速率(K)值最大(0.332±0.002),同时NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P去除率效果最佳,分别为(75.08±3.83)%和(80.80±3.81)%;藻细胞包埋密度100×10~4 cells/ball时K值最大(0.330±0.033),而NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P去除率则以藻细胞包埋密度300×10~4 cells/ball组为佳,分别达(87.20±0.43)%和(82.58±1.72)%,但考虑单位藻细胞去除率,包埋密度以100×10~4 cells/ball为宜;随着藻球用量的增加K值下降,10g/L组K值最大(0.301±0.02)、50 g/L组K值最小(0.193±0.01),投放量30和50 g/L时NH_4^+-N去除率较高分别为(84.12±0.78)%和(84.63±0.45)%,30 g/L组PO_4^(3-)-P去除率最高达(77.13±1.43)%。综合考虑,藻球投放量选用30g/L为宜;充气条件培养K值、NH_4^+-N和PO_4^(3-)-P去除率显著(P<0.05)高于不充气,K值分别为(0.306±0.006)和(0.177±0.010);NH_4^+-N去除率分别为(85.93±0.45)%和(49.32±0.45)%;PO_4^(3-)-P去除率分别为(66.66±5.00)%和(46.29±2.12)%。研究优化了微绿球藻固定化条件:固定化微绿球藻应进行充气培养,藻球规格3.5 mm、藻细胞包埋密度100×10~4 cells/ball、藻球投放量30g/L。

NO3^--N/NH4^＋-N配比对紫花苜蓿营养品质及饲用价值的影响研究

以"甘农3号"紫花苜蓿为试验材料,在室外防雨网室内,采用盆栽营养液砂培,在最佳氮素供应水平210mg/L基础上,研究NO_3^--N和NH_4^+-N混合的7种配比(1/7、1/3、3/5、5/5、5/3、3/1、7/1)对紫花苜蓿营养品质及饲用价值的影响。结果表明,NO_3^--N/NH_4^+-N=5/3处理的粗蛋白(CP)、蛋白总量(TP)、可消化干物质(DDM)及干物质采食量(DMI)总体上都显著高于其他配比处理(P<0.05),中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)均显著低于其他配比处理(P<0.05),5/3处理有利于紫花苜蓿营养积累;从微量元素营养角度分析,以NH_4^+-N为主的混合态氮更有利于铁(Fe)、锰(Mn)和钼(Mo)的积累,且最适配比分别为NO_3^--N/NH_4^+-N=1/3、1/7和3/5,而以NO_3^--N为主的混合态氮则有利于锌(Zn)的积累,且最适配比为NO_3^--N/NH_4^+-N=3/1;用相对饲用价值(RFV)法评定,5/3处理RFV值显著高于其他配比处理(P<0.05),且各处理RFV均大于100,对照美国紫花苜蓿草产品的分级标准,其品质均达到2级以上水平,其中5/3和7/1处理紫花苜蓿的品质达1级水平。说明紫花苜蓿生长环境中速效氮以NO_3^--N为主,且比例接近NO_3^--N/NH_4^+-N=5/3时,最有利于紫花苜蓿优良营养品质的形成。

土壤温度、水分和NH_4^+-N浓度对土壤硝化反应速度及N_2O排放的影响

硝化反应是土壤、特别是干旱半干旱地区农业土壤N2O产生的重要途径之一。但是,目前环境条件对硝化反应中N2O排放的影响研究较少,而在国内外通用的几个模型中均用固定比例估算硝化反应过程中N2O的排放。本文通过砂壤土培养试验,研究了土壤温度、水分和NH4+-N浓度对硝化反应速度及硝化反应中N2O排放的影响,并用数学模型定量表示了各因素对硝化反应的作用,用最小二乘法最优拟合求得该土壤的最大硝化反应速度及N2O最大排放比例。结果表明,随着温度升高,硝化反应速度呈指数增长;水分含量由20%充水孔隙度(WFPS)增加到40%WFPS时,反应速度增加,水分含量增加到60%WFPS时反应速度略有降低;NH4+-N浓度增加对硝化反应速度起抑制作用。用米氏方程描述该土壤的硝化反应过程,其最大硝化反应速度为6.67mg·kg?1·d?1。硝化反应中N2O排放比例随温度升高而降低;随NH4+-N浓度增加而略有增加;20%和40%WFPS水分含量时,硝化反应中N2O排放比例为0.43%～1.50%,最小二乘法求得的最大比例为3.03%,60%WFPS时可能由于反硝化作用,N2O排放比例急剧增加,还需进一步研究水分对硝化反应中N2O排放的影响。

多级强化地下水修复技术对NH_4^+-N的去除机制

为解决地下水污染修复技术中P&T(抽出处理)和PRB(渗透性反应墙)存在的一些不足,搭建了MET(多级强化地下水修复技术)小试装置,以NH4+-N为目标污染物,研究MET对地下水中NH4+-N的去除效果及机制.结果表明,在进水水力负荷为14.68 m3/(m2·d)、ρ(NH4+-N)为25.0 mg/L的条件下,装置连续运行45 d,NH4+-N去除率呈先降后升、平稳后再下降的趋势,平均值达90%以上.出水ρ(NH4+-N)平均值为2.0 mg/L,其中,硝化作用和微生物同化作用使ρ(NH4+-N)平均下降13.9和5.2mg/L,分别占进水ρ(NH4+-N)的54%和20%;植物作用、基质永久吸附作用和挥发作用分别使ρ(NH4+-N)下降2.9、0.7和0.7mg/L,占进水ρ(NH4+-N)的12%、3%和3%.综上,MET对地下水中NH4+-N的去除率可达90%,实现了高效去除NH4+-N的目标.

NH_4^+-N部分代替NO_3^--N对番茄生育中后期氮代谢相关酶活性的影响

采用砂培实验研究NH4+-N部分代替NO3--N对番茄的影响,结果表明:与全硝处理(100%NO3-)相比较,增铵处理(NH4+∶NO3-=25%∶75%)下番茄鲜果重显著提高;同时叶片内NO3--N含量随增铵而显著降低,叶片与果实内NH4+-N含量及果实的可溶性蛋白含量随增铵而升高;增铵条件抑制了叶片和果实的硝酸还原酶(NR)活性,提高了叶片和果实的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPcase)活性及叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性,但对果实的谷氨酰胺合成酶(GS)活性影响不大。上述结果表明,NH4+-N部分代替NO3--N可增加番茄产量,提高集约化基地的生产量。

利用13X沸石分子筛净化含NH_4^+-N废水的实验研究

研究了13X沸石分子筛在静态和动态条件下对中低浓度含NH4+-N废水的吸附性能,包括影响吸附的主要因素、沸石对NH4+-N的吸附效果和沸石的再生等。静态实验结果表明,pH值为6.5~7.5,吸附时间35 min,吸附温度20~30℃的条件下,沸石对50 mL NH4+-N初始浓度(C0)为80 mg/L的废水吸附效果最佳,吸附过程符合Langm uir型吸附等温式,饱和吸附量为8.61 mg/g。动态条件下,随水力停留时间增加,沸石对NH4+-N的吸附量上升,最大饱和吸附量可达24.20 mg/g,吸附过程符合Thom as吸附模型。直接焙烧法对吸附后的沸石进行再生活化处理效果良好。实验证明,利用13X沸石净化中低浓度含NH4+-N废水具有良好的工业化应用前景。

温度和光照对脆江蓠吸收NH_4^+-N、PO_4^(3-)-P的影响

于光照度0、500、2000、4000lx下,各设置4个温度梯度对脆江蓠进行培养,在实验室条件下,研究不同温度和光照度组合对脆江蓠氮、磷吸收率的影响。结果表明,上述2个环境因子对脆江蓠氮、磷吸收率均有显著影响。光照度2000～4000lx时脆江蓠对氨氮吸收率明显比0～500lx光照条件下的高,差异显著;温度对氨氮吸收率的影响规律性不明显。磷酸盐的吸收率随着温度升高而升高,并在15～20℃吸收率较好;光照度500～4000lx时脆江蓠对PO43--P的吸收率均较高,光照度对PO43--P的吸收率的影响差异不显著。

暗管控制排水棉田NO_3^--N和NH_4^+-N运移转化试验

为了研究控制排水条件下土壤剖面NH4+-N和NO3--N之间的转化运移规律,2008、2009年在荆州丫角排灌试验站棉花生育期内进行大田暗管控制排水对比试验:2008年全生育期内固定排水出口埋深、2009年分生育阶段调整出口埋深。结果发现:无论调整出口埋深与否,NO3--N含量在土壤垂直剖面上都随土层深度增加而减少。NH4+-N含量2008年随土层深度增加无明显变化规律、2009年在20、40cm处较60、80cm高。控制排水小区表层和20cm土层NO3--N含量较自由排水小区高;同层土控制排水小区NH4+-N含量比自由排水小区高。2008年各处理NO3--N含量高于2009年,NH4+-N含量低于2009年,NO3--N与NH4+-N同层土平均含量之比大于2009年。分生育阶段调整排水出口埋深可减小田间地下水位波动,更能使田间氮素形态稳定、减少氮素流失。

养殖池塘底泥脲酶活性与水体NH4^＋-N关系的研究

以天津市东丽区和西青区养殖池塘为对象,采用对照、沸石、脲酶抑制剂、芽孢杆菌及其组合处理,经过培养后,分析了底泥中脲酶活性与底泥和上覆水中NH4+-N含量之间的关系及不同处理对脲酶活性的影响。试验结果表明:底泥脲酶活性与底泥铵态氮含量以及底泥脲酶活性与上覆水中铵态氮含量随时间的变化规律基本一致,且都达到显著相关关系。底泥和上覆水中NH4+-N含量也呈显著正相关;在养殖水体中加入脲酶抑制剂、沸石及去磷脱氮的芽孢杆菌均能抑制脲酶活性,从而减少上覆水中NH4+-N的含量,并且以加入脲酶抑制剂效果最好,其脲酶活性减少量2.12g·kg-1,上覆水中NH4+-N含量减少6.09mg·L-1。

沼泽湿地对污水中NH_4^+-N和PO_4^(3-)-P净化模拟研究

选取三江平原典型沼泽湿地———毛苔草沼泽,通过人工施加氮肥和磷肥来模拟农田污水排入沼泽湿地后,沼泽植物对污水的净化效果。从植物营养吸收角度进行野外实地污水净化模拟研究,对植物直接吸收利用的营养成分NH+4-N、PO3-4-P进行了测试分析。研究表明毛苔草沼泽对水中的NH+4-N、PO3-4-P的净化随时间的推移呈现明显的指数衰减下降趋势,随着氮、磷含量的增加,沼泽湿地对污水净化逐渐变慢,净化所需时间增长,曲线数值方程模拟效果较好。