土壤生化特性在模拟氮沉降条件下对土壤呼吸和N2O排放的影响

中国东南地区是高氮沉降区,氮沉降对不同土壤碳氮循环的影响不同.本研究目的是确定哪些土壤生化因子在氮输入对土壤呼吸及N₂O排放影响方面起了决定性作用.本研究采集江苏省13种不同土地利用方式下的土壤,分析其理化性质及微生物特征差异,通过室内培养试验,在恒温(25℃)恒湿(土壤水分0.30 g·g^-1,模拟旱地条件)条件下,同步研究了不同土壤内源和外加氮源(NH₄NO₃)条件下的土壤呼吸和N₂O排放情况.研究结果表明:氮添加显著促进CO₂排放的土壤具有较低的黏粒成分、土壤微生物碳和微生物碳氮比,较高的土壤基础呼吸、土壤有效氮、细菌和真菌数量等特性;氮添加显著促进N₂O排放的土壤具有较高的土壤基础呼吸,较低的内源N₂O排放和较低的土壤总氮、有效氮、放线菌和真菌数量等特性.无论是否添加氮源,土壤呼吸主要驱动因子均为土壤细菌和pH.未添加氮源条件下,N₂O排放主要驱动因子为土壤细菌和铵态氮;添加氮源条件下,N₂O排放主要驱动因子仅为土壤细菌.土壤内源N₂O排放和土壤基础呼吸无显著相关关系(P>0.05),添加外源氮后,N₂O排放和土壤呼吸具有极显著正相关关系(P<0.01).外源单位氮的CO₂排放量与土壤有机碳、全氮、真菌数量呈显著正相关(P<0.05),与微生物碳氮比(MC/MN)呈显著负相关(P<0.05);外源单位氮的N₂O转化率与土壤细菌数量呈极显著正相关(P<0.01).逐步回归分析表明外源单位氮的CO₂排放量主要取决于MC/MN;外源单位氮的N₂O转化率主要取决于土壤细菌数量.MC/MN和土壤细菌数量分别是旱地条件下土壤呼吸和N₂O排放对模拟氮沉降响应的决定因子.     

污水硫自养反硝化技术研究进展

硫自养反硝化（SAD）是一种绿色低碳的污水脱氮技术,具有成本低、污泥产量少、无须外加有机碳源等优点,已成为污水脱氮技术研究的热点之一。阐述SAD填料组成与复合硫源填料的合成方法,归纳SAD固定床反应器和流化床反应器的结构及其适用条件,回顾SAD与电化学、异养反硝化、厌氧氨氧化耦合工艺等方面的研究进展,并总结SAD耦合技术的优缺点以及耦合工艺的脱氮特征。微生物的代谢功能是实现高效SAD的关键因素,列举不同代谢特性的SAD功能微生物种类,阐述代表性微生物Thiobacillus和Sulfurimonas在SAD过程中的反硝化特性及其生长条件。目前,SAD技术在填料、反应器和耦合工艺等方面取得显著进步,但仍面临诸多挑战,在SAD技术温度适应性、高处理负荷反应器设计以及工艺流程优化等方面进一步创新。     

沸石颗粒填料固定床生物膜免曝气污水处理工艺

为降低污水处理能耗,利用沸石颗粒充当生物填料构建固定床生物膜反应器,通过序批式进水—排水的方式使反应器内填料表面生物膜处于交替厌氧—好氧环境,避免了传统污水处理曝气工艺所需的大量能耗,并能有效去除COD和脱氮。该工艺主要原理：在厌氧阶段（进水）,污水与生物膜和沸石颗粒接触,聚糖菌（GAOs）将有机碳源转化为胞内聚羟基烷酸（PHAs）,沸石吸附污水中的NH₄⁺-N。在好氧阶段（排水）,通过聚糖菌、硝化菌和反硝化菌的共同作用,将沸石吸附的NH₄⁺-N转化为氮气,使得生物膜和沸石颗粒得以再生。沸石颗粒固定床生物膜反应器以活性污泥为接种污泥,在序批式厌氧—好氧交替运行模式下,2周内成功启动;长期运行中污水COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别为87%、83%和83%,且出水中未检出硝态氮;长期运行后,反应器内生物膜菌群以Thauera、Candidatus competitivebacter、Nitrospira细菌属为主,它们是去除COD和脱氮的关键微生物。     

地下渗滤生物强化系统的建立及水力负荷对系统脱氮效果的影响

通过在地下渗滤系统添加自行研制的微生物菌剂，来改善土壤性状和增强地下渗滤系统中微生物活性，并研究在不同水力负荷（4cm／d、6cm／d、8cm／d和10cm／d）下系统处理效能；通过不同水力负荷对比试验，表明通过生物强化，促进系统硝化和反硝化作用，使90％以上NH4^＋-N转化为NOT—N，且在不投加反硝化碳源情况下，使TN去除率提高13．9％以上。     

壳类农业废弃物固体碳源释碳性能研究

碳源是影响生物反硝化脱氮的一个重要因素,添加碳源是处理氮素含量比较高的各类污水的一个常用技术.研究了4种壳类农业废弃物如核桃壳、花生壳、板栗壳、松子壳等作为反硝化外加碳源的释碳机制,以及不同因素对其释碳性能的影响.结果表明,这4种碳源材料的释碳过程都满足二级动力学方程,综合比较核桃壳最适合作为外加碳源材料.正交试验的结果表明,水温的升高和固液比的增加都能导致碳源材料释碳能力的提高,但是水体pH值的变化却对碳源材料的释碳能力没有非常明显的影响.水温、pH值、固液比对碳源材料的释碳性能的影响显著程度依次为:固液比>水温>pH值.     

不同碳源对反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响

采用葡萄糖和乙酸钠对反硝化污泥进行200 d的驯化培养后,通过批次试验研究不同碳源对反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响。研究结果表明：采用葡萄糖培养的反硝化污泥以葡萄糖为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐积累浓度较低;n(C)/n(N)为5时,NO^-₂-N最大积累浓度仅为13.79 mg·L^-1,最大NO^-₂-N积累率为31.20%。采用乙酸钠培养的反硝化污泥以乙酸钠为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐能快速积累,且积累浓度较高;n(C)/n(N)为3,反应至120 min时NO^-₂-N积累浓度为37.86 mg·L^-1,NO^-₂-N积累率达到72.48%;该污泥以葡萄糖为碳源,反硝化过程中亚硝酸盐积累浓度也较高;n(C)/n(N)为3,反应至240 min时,NO^-₂-N积累浓度为24.41 mg·L^-1,最大NO     

反硝化过程中亚硝酸盐积累特性分析

在分段进水工艺处理城市废水实现深度脱氮（TN〈5 mg.L-1）研究中,采用SBR反应器,分别以甲醇或葡萄糖为碳源研究了反硝化过程中亚硝酸盐（NO2--N）的积累情况、pH和ORP变化规律及动力学特性。结果表明,2种碳源系统、不同碳氮比（C/N）条件下反硝化过程均出现明显的NO2--N积累。相同C/N下,在NO2--N积累阶段,葡萄糖碳源系统的NO2--N积累浓度明显大于甲醇碳源,但2种碳源的NO3--N还原速率均大于NO2--N还原速率,且随C/N增加NO2--N的积累浓度逐渐增加,积累时间逐渐缩短。而高C/N下葡萄糖碳源的NO3--N还原速率及NO2--N积累浓度却呈现出下降的趋势。此外,pH和ORP变化规律可很好地表征反硝化过程中NO2--N积累的特征点,通过pH和ORP曲线的第2个拐点可指示反硝化过程的＂真正＂结束。     

改良UCT分段进水深度脱氮除磷工艺反硝化动力学性能

采用序批试验研究了在T=(15±1)℃条件下以生活污水、污泥水解酸化上清液、乙酸钠、甲醇、乙醇和葡萄糖为电子供体的活性污泥的反硝化性能以及pH变化规律和动力学特性.结果表明,乙酸钠的比反硝化速率和比耗碳速率最高,分别为4.13 mg/(g.h)和29.8 mg/(g.h),但其反硝化能力最低.污泥水解酸化上清液的反硝化速率与乙酸钠相当.反硝化菌需经若干周期的驯化后才能适应甲醇和乙醇电子供体.当要求直接提高反硝化速率时,不宜选择甲醇和乙醇为碳源.而葡萄糖电子供体系统在前10～120 min出现短暂的"ρ(NOx--N)还原停滞平台",当大分子葡萄糖糖酵解为小分子有机物后,反硝化过程才顺利进行,糖酵解过程是葡萄糖反硝化过程的限速步骤.此外,不同电子供体反硝化过程pH变化规律可以间接指示反硝化动力学特性,其缺氧异养菌产率系数为0.68～0.73.     

同步硝化反硝化技术的提出及其影响因素分析

本文介绍了一种新型的生物脱氮技术--同步硝化反硝化技术,详细叙述了同步硝化反硝化的发展现状,并从微环境理论和微生物理论两个方面阐述了同步硝化反硝化作用的机理.论文结合目前的研究成果综述了同步硝化反硝化影响因素的研究.同时结合同步硝化反硝化技术在实际中的应用情况,提出目前同步硝化反硝化尚待研究解决的问题.     

一株戴尔福特菌的异养硝化与好氧反硝化性能研究

通过在好氧反硝化培养基中添加氨氮和在异养硝化培养基中添加硝基氮,研究了从实验室SBR反应器中新分离的一株戴尔福特菌的异养硝化作用与好氧反硝化作用的相互影响．研究表明：加入氨氮后,24h后的硝基氮去除率最大可提高1．47％,48h后菌体生长较为旺盛,氨氮去除率则均在90％以上;同时发现加入硝基氮后,菌体生长推迟,但氨氮去除率最大可提高4．16％．异养硝化与好氧反硝化作用之间是相互促进的．此株戴尔福特菌可在同一条件下自身实现同步硝化反硝化．具有一定的工程应用价值．     

不同类型稻田亚硝酸型CH4厌氧氧化潜力的比较研究

甲烷(CH₄)厌氧氧化是稻田土壤中消减温室气体排放的重要过程.本试验选择内陆性南京稻田和滨海性上海崇明岛围垦稻田,比较研究稻田耕层(0~10 cm)和深层(50~60 cm)土壤中亚硝酸盐型CH₄厌氧氧化(n-DAMO)潜力的差异及其微生物驱动机制.结果表明,南京稻田耕层土壤的n-DAMO速率为3.51 nmol·g^-1·d^-1(以¹³CO₂计),显著高于围垦稻田耕层土壤(1.43 nmol·g^-1·d^-1).两种类型稻田耕层土壤的n-DAMO速率均显著高于深层土壤.南京稻田和围垦稻田M.oxyfera-like细菌的16S rRNA基因拷贝数分别为(2.31~4.82)×10⁷和(0.89~2.12)×10⁷ copies·g^-1,与亚硝酸盐型CH₄厌氧氧化速率显著正相关.相关性分析发现,土壤有机碳、总氮、无机态氮是稻田n-DAMO速率分异的重要原因.综上所述,内陆性稻田土壤n-DAMO氧化潜力较高,其主要由较高的土壤本底碳、氮水平和功能微生物丰度所致.     

生物质炭添加对土壤氧化亚氮排放影响的研究进展

氧化亚氮(N2 O)是一种会破坏平流层臭氧的长寿命温室气体,农业土壤是大气N2 O人为排放源中的最大贡献者,因此减少农业土壤N2 O排放十分迫切.生物质炭是生物质在低温限氧条件下热解产生的碳材料,具有丰富的孔隙结构.已有研究表明,生物质炭是减少土壤N2 O排放的重要手段之一,但对其影响效应和机理的系统报道很少.本文论述...     

长三角地区土壤理化性质对城市和农田土壤碳的影响分析

土壤碳是碳循环中重要的环节,同时与土壤的理化指标存在着密切的联系.通过对长三角地区主要城市土壤和农田土壤的碳质量分数、主要化学组分、pH值、磁化率等主要土壤指标的统计,分析土壤理化指标对土壤总碳和有机碳的影响,讨论了其差异及形成原因.研究结果表明,城市CO2释放能力大于农田土壤.     

模拟酸雨对三峡库区灰棕紫泥酸化的影响

采用模拟酸雨淋溶实验,研究了不同pH值条件下模拟酸雨对三峡库区灰棕紫泥酸化的影响。结果表明,酸雨pH值越低对土壤酸化影响越严重;不同酸雨淋溶经不同层次土体的收集淋出液的电导都呈现先升后降的趋势,而淋出液的pH值却显示出先降后升的变化趋势;土壤pH值和CEC含量越高,淋滤液的电导率越大;土壤盐基离子的淋失量随模拟酸雨pH值的降低而增加,而土壤铝的淋溶量随酸雨pH值下降而上升。经不同的酸雨淋洗后,对不同层次土体进行理化性质分析,均出现了不同程度的变化。     

基于RothC模型的红壤旱地有机碳库对稻秆和猪粪添加的响应

稻秆和猪粪是提高红壤旱地有机碳库储量的重要外源有机物质.本研究基于等碳量添加稻秆与猪粪的235 d室内培养实验,采用物理化学联合分组方法将土壤有机碳分为颗粒有机碳(POM)、砂粒和稳定团聚体碳(S+A)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(s+c-rSOC)以及惰性有机碳(rSOC)组分,并结合RothC模型探讨了红壤旱地中易分解的植物残体碳(DPM)、难分解的植物残体碳(RPM)、腐殖质碳(HUM)、微生物生物量碳(BIO)以及惰性有机质(IOM)5个碳库组成的动态变化特征.研究结果表明,红壤旱地总碳(TC)及各组分有机碳含量均随着稻秆与猪粪添加量的增加而显著增加,但添加稻秆对增加TC、DPM、RPM和IOM含量的影响显著高于猪粪,而BIO和HUM含量的影响则显著低于猪粪.随着培养时间延长,IOM／TC逐渐增大,而DPM／TC、RPM／TC、BIO／TC和HUM／TC则逐渐减小.游离态铁氧化物的增加可以促进红壤旱地中DOC显著增加(P<0.05);非晶质铁氧化物的增加可以促进DOC显著降低,IOM组分碳显著增加(P<0.05),而非晶质铝的增加可以促进POM、BIO、HUM组分显著增加(P<0.05),DOC极显著降低(P<0.01).短期内等碳量添加稻秆则更有利于红壤旱地TC、DPM、RPM、IOM (rSOC)的固存,而添加猪粪则更有利于BIO、HUM组分碳的固存;随着培养时间延长,等碳量添加稻秆与猪粪均能促进红壤旱地中DOC、IOM (rSOC)等活性碳库与化学性保护碳库含量的显著增加.     

土壤不同有机组分对诺氟沙星的吸附

通过静态吸附实验,研究了水稻土和赤红壤不同有机组分颗粒物(DOC去除、NaOH提取、375℃灼烧和600℃灼烧)对诺氟沙星的吸附行为。结果表明,DOC去除颗粒物的总有机碳含量(TOC)最高,其他颗粒物的TOC从原始土壤到600℃灼烧后颗粒物逐渐减小。所有土壤不同有机组分颗粒物对诺氟沙星的吸附均表现为非线性吸附,Freundlich模型对吸附数据的拟合效果很好,并且其吸附非线性程度均比原始土壤高。其中,375℃灼烧后颗粒物具有最强的吸附非线性特征,吸附非线性参数n值分别为0.517(水稻土)和0.592(赤红壤)。水稻土不同有机组分颗粒物对诺氟沙星的吸附能力均高于赤红壤。与原始土壤相比,DOC去除和NaOH提取颗粒物的Koc值(ce=0.1mg.L-1)减小,说明其吸附能力降低。相反,375℃灼烧后颗粒物对诺氟沙星Koc值最大,说明其吸附能力最强,而600℃灼烧后的颗粒物的吸附能力最弱。     

有机碳源对SNAD工艺脱氮性能及微生物种群结构的影响

为考察不同有机碳源质量浓度对亚硝化的全程自养脱氮工艺(SNAD)脱氮性能的影响,将该工艺应用到生活污水的处理中,采用MBR反应器,以葡萄糖作为有机物来源,通过逐步增大COD来实现,并运用PCR-DGGE技术研究了微生物种群结构的变化.反应器运行结果和DGGE图谱分析表明:碳氮比为0~2时,COD的增加不会抑制AOB和Anammox菌,AOB和Anammox菌的菌属种类不受影响,反而通过反硝化作用提高氮去除负荷.总氮去除率和氮去除负荷分别为67%和0.34 kg/(m3·d)左右.碳氮比为3~4及生活污水运行条件下,Anammox菌不受影响,AOB的活性受到抑制,菌属种类减少,脱氮效率下降.生活污水运行阶段,总氮去除率和氮去除负荷平均分别为73%和0.17 kg/(m3·d).Nitrosomonas和Candidatus Kuenenia stuttgartiensis一直是反应器内的优势菌属,共同完成脱氮过程.