长江中下游湖泊沉积物厌氧铁氨氧化过程及脱氮贡献

湖泊氮素污染问题严重,水体富营养化程度正在日益加剧。湖泊沉积物中传统脱氮过程的研究主要关注反硝化和厌氧氨氧化过程,而厌氧铁氨氧化过程(feammox)的发现更新了人们对于氮素转换途径的认识,也使得湖泊沉积物中各个脱氮途径的贡献至今尚不明确。本研究通过15 N稳定同位素示踪技术定量了长江中下游18个湖泊沉积物反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化过程的速率,计算了各个过程的脱氮贡献。结果显示,冬季反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化的平均速率分别为(2.38±0.80)、(0.06±0.04)和(0.015±0.025)mg/(kg·d),平均脱氮贡献分别为96.5%±2.4%、2.7%±2.0%和0.8%±1.4%;夏季反硝化、厌氧氨氧化和厌氧铁氨氧化的平均脱氮速率分别为(2.54±1.04)、(0.12±0.06)和(0.005±0.005)mg/(kg·d),平均脱氮贡献分别为95.0%±3.4%、4.8%±3.2%和0.2%±0.3%。尽管厌氧铁氨氧化过程对于总体氮素脱除的贡献较为有限,但对NH_(4)^(+)的脱除贡献值得关注,其NH_(4)^(+)脱除贡献率在冬季和夏季分别为15.5%±23.4%和13.4%±22.4%。在冬季的洪湖、西凉湖和斧头湖以及夏季的鄱阳湖中厌氧铁氨氧化的NH_(4)^(+)脱除贡献率甚至高于厌氧氨氧化,表明厌氧铁氨氧化过程在沉积物NH_(4)^(+)脱除中的作用不容忽视。多元统计分析结果表明,pH、硝态氮、总有机碳和总无机碳可能是厌氧铁氨氧化过程的主要影响因素。本研究丰富了湖泊生态系统氮循环路径的认识,明确了湖泊生态系统氮素的转化过程和环境归趋,为湖泊生态系统氮素管理与水体富营养化治理提供了重要的理论支撑。

前置缺氧A^2O工艺脱氮贡献的定量研究

前置缺氧A2O工艺增加了前置区对污泥中硝酸盐的去除,构成了系统中TN去除的重要途径。本研究以昆山市北区污水处理厂为例,定量研究了系统脱氮途径和贡献。研究表明,系统总氮的去除主要发生在前置缺氧区和传统缺氧区,脱氮贡献分别占51%、42%;前置缺氧区硝酸盐平均去除量132kg/d,实际去除率81.5%;缺氧区反硝化不足,内回流过剩,建议内回流比控制在150%。前置缺氧区是系统脱氮的重要途径,必须权衡与缺氧区脱氮的关系以保证出水TN达标。

不同菜地土壤的铁氨氧化脱氮过程探究

采集了不同菜地的土壤,分析其理化性质.采用同位素示踪技术测定了铁氨氧化、反硝化和厌氧氨氧化的速率,运用Miseq高通量测序技术探究了菜地土壤的群落组成.结果表明,铁氨氧化速率在种植蔬菜的土壤显著高于裸地的土壤,并且铁氨氧化速率与土壤Fe(Ⅲ)(r=0.736,P<0.05)和总有机碳(r=0.575,P<0.05)均有显著的正相关.另外,在不同菜地中5种主要的铁还原菌(芽孢杆菌属,假单胞菌属,嗜酸菌属,脂环酸芽孢杆菌属,梭状芽胞杆菌属)被检测到,并且铁还原菌的相对丰度在种植蔬菜的土壤(1.38%~2.19%)比在裸地的土壤(0.75%)高.在脱氮贡献方面铁氨氧化,反硝化和厌氧氨氧化分别贡献了7 3%~12.4%,53.1%~72.3%和18.9%~36.4%的氮气产生,说明铁氨氧化是菜地中重要的微生物脱氮路径.

COD/NH_(4)^(+)-N比对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮性能的影响

将实现半亚硝化的生活污水通入厌氧氨氧化反应器(ASBR),在室温下同步添加乙酸钠调控COD/NH_(4)^(+)-N比分别为2~3、3~5、5~7和7~9,在此条件下考察了系统的脱氮性能。结果表明:在COD/N H4+-N比为3~5时,系统出水NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N和COD值分别为2.30、0.65、5.56和35.20 mg·L^(-1);总氮容积负荷(TNLR)和去除负荷(TNRR)分别为0.071 kg·(m^(3)·d)^(-1)和0.062 kg·(m^(3)·d)^(-1);在典型周期内N H4+-N和COD的比反应速率分别为0.809 mg·(g·h)-1和2.098 mg·(g·h)-1;厌氧氨氧化和部分反硝化-厌氧氨氧化对脱氮的贡献率分别为78%和20%。

宛山荡农田土壤氮迁移过程反硝化与厌氧氨氧化

为探究中国南方农田土壤氮迁移过程的反硝化与厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)速率变化和脱氮贡献本研究采集宛山荡麦稻轮作区农田不同层深土壤及农田、沟道、河岸带和湖泊沉积物等不同土地利用类型土壤样品,分析其理化性质采用Illumina MiSeq测序和实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR,qPCR)技术探究土壤样品的微生物群落组成和功能基因丰度应用同位素培养实验测定各样品的潜在反硝化与厌氧氨氧化速率(以N2计,下同).结果表明,土壤反硝化速率与TOC、NH4+-N和NO3--N含量均显著正相关(P<0.05),与nirS、nirK及nosZ等功能基因丰度亦呈显著正相关(P <0.05).农田表层土壤反硝化速率为(11.51±1.04) nmol·(g·h)-1,显著高于农田其他土壤层以及其他土地利用类型(P <0.05),而农田土壤中厌氧氨氧化速率在20~30 cm层最高,达到(0.48±0.07) nmol·(g·h)-1.此外,反硝化作用是农田表层土壤氮损失的主要原因,占91.9%~99.7%,而厌氧氨氧化在深层土壤N2的产生过程中占有重要地位.