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活性污泥中硝酸盐异化还原为铵的影响因素研究

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河南科技大学学报（自然科学版） 2021年第5期42卷 98-104,M0008页

作者：万琼郝婧羽张新艳鞠恺王文静任迎春黄鑫西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

针对活性污泥系统中硝酸盐异化还原为铵(DNRA)导致系统脱氮效率降低的问题,通过长期驯化培养试验、批式试验和高通量测序,考察水力停留时间(HRT)、硫离子(S^(2-))的投加和流态对活性污泥中DNRA氨化的影响。研究结果表明:间歇流条件下,当... 详细信息

针对活性污泥系统中硝酸盐异化还原为铵(DNRA)导致系统脱氮效率降低的问题,通过长期驯化培养试验、批式试验和高通量测序,考察水力停留时间(HRT)、硫离子(S^(2-))的投加和流态对活性污泥中DNRA氨化的影响。研究结果表明:间歇流条件下,当HRT由6 h延长至36 h时,DNRA氨化随着HRT的延长而增强,系统中生成氨氮质量浓度由0.43 mg/L逐渐增长至15.98 mg/L;连续流条件下,当HRT由6 h延长至48 h时,系统中生成氨氮质量浓度由2.03 mg/L逐渐增长至20.78 mg/L。投加S^(2-)可有效促进硝酸盐氮转化成氨氮,当向系统投加20 mg/L的S^(2-)时,间歇流和连续流系统出水氨氮质量浓度分别增加了11.58%和24.82%。且连续流下投加S^(2-)后,DNRA功能菌总丰度比投加前提高了22.65%。在改变HRT和进水S^(2-)质量浓度时,连续流系统中硝酸盐氮转化成氨氮比例均普遍高于间歇流系统。

关键词： HRT S^(2-) 流态硝酸盐异化还原为铵

Shewanella sp. RQs-106硝酸盐异化还原为铵过程特性研究

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Shewanella sp. RQs-106硝酸盐异化还原为铵过程特性研究

作者：贾雪大连理工大学

学位级别：硕士

硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是与反硝化作用不同的另一种脱氮方法,在自然界氮循环起着重要作用。DNRA可以将硝酸盐、亚硝酸盐或络合态NO转化为铵,在水中可供微生物作为氮源利用,在土壤中可以保持氮肥的肥效,在废气净化中可回收氮资源。由... 详细信息

硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是与反硝化作用不同的另一种脱氮方法,在自然界氮循环起着重要作用。DNRA可以将硝酸盐、亚硝酸盐或络合态NO转化为铵,在水中可供微生物作为氮源利用,在土壤中可以保持氮肥的肥效,在废气净化中可回收氮资源。由于DNRA过程影响因素众多,对纯菌株的DNRA过程机制和影响因素的探究十分必要。目前,纯培养条件下的DNRA过程研究较少,本实验针对这一问题,对实验室筛选的Shewanella ***-106进行DNRA功能及其影响因素考察。主要内容如下:考察了Shewanella ***-106在不同C/N比条件下还原NaNO的能力。结果表明该菌株可以高效还原5 mM NaNO为铵,具有良好的DNRA性能,较适宜的C/N比为20。探究不同电子供体、电子受体、pH值和温度对菌株DNRA过程的影响。结果表明,适宜电子供体为乳酸钠。菌株能够以亚硝酸盐和络合态NO为底物进行DNRA过程,但是络合态NO毒性较高,所以亚硝酸盐是菌株RQs-106进行DNRA过程较适宜的电子受体。DNRA过程较适宜的pH值为7.2,温度为30°C。考察了氨氮浓度和亚硝酸盐浓度对DNRA过程的影响。初始添加5-20 mM NHCl会促进菌株对5 mM NO的降解,但促进效果不明显,其中5 mM NHCl的实验组DNRA速率最快。10-20 mM的NO会抑制菌株的DNRA过程,在实验添加的固定生物量的条件下,较适宜的初始亚硝酸盐浓度为5 mM。考察了酵母浸粉、氧化还原介体和硫化物对DNRA过程的强化机制。结果表明,酵母浸粉可减缓高浓度亚硝酸盐的抑制,促进以5 mM NO为电子受体的DNRA过程。同位素实验表明,加入酵母浸粉后体系所产生的氨氮大部分来自于亚硝酸盐的转化,初始添加的亚硝酸盐接近100%转化为氨氮。氧化还原介体(AQS、AQDS和核黄素)可明显促进DNRA过程,20-150μM AQS均可使菌株RQs-106的DNRA过程加快一倍,实验浓度范围内的AQS对DNRA过程的促进作用无明显差异,还原5 mM亚硝酸盐较适宜的AQS添加量为20μM。分别向异养DNRA体系中加入3.3 mM和7.3 mM硫化物,菌株RQs-106的DNRA过程受到了抑制。菌株RQs-106不仅具有异养DNRA功能,也具有硫自养DNRA功能,硫自养DNRA过程与异养DNRA过程之间存在竞争。

关键词：希瓦氏菌硝酸盐异化还原为铵影响因素强化

Desulfovibrio ***硝酸盐异化还原为铵过程特性和影响因素研究

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作者：谢柄柯大连理工大学

学位级别：硕士

氮循环是自然界中重要的地球化学循环之一,硝酸盐异化还原是氮循环的重要过程,硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是与反硝化作用不同的硝酸盐异化还原途径,在一些特定的条件下DNRA是环境中硝酸盐异化还原的主要方式。目前,纯培养情况下的DNRA过... 详细信息

氮循环是自然界中重要的地球化学循环之一,硝酸盐异化还原是氮循环的重要过程,硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是与反硝化作用不同的硝酸盐异化还原途径,在一些特定的条件下DNRA是环境中硝酸盐异化还原的主要方式。目前,纯培养情况下的DNRA过程研究较少,本实验针对这一问题,选用实验室筛选出的能够将Fe(II)EDTA-NO还原为NH4+的硫酸盐还原菌Desulfovibrio sp. CMX作为研究对象,考察了纯培养条件下该菌株的DNRA过程特性及其影响因素。主要内容如下：考察了菌株Desulfovibrio sp. CMX的DNRA性能和影响因素,结果表明,在无外加氮源的情况下,分别以10 mmol/LNO3-和NO2作为唯一电子受体,菌株Desulfovibrio ***的最终NH4+生成率分别达到85.8%和97.3%,且该过程无N2和N2O等副产物产生。考察了外加氮源、初始接菌量和碳源加入量等因素对该菌株DNRA过程的影响,酵母浸粉作为外加氮源可促进菌株的生长和代谢从而促进菌株DNRA过程;最佳初始接菌量为20 mg/L(蛋白质浓度);当初始硝酸盐浓度为10 mmol/L时最佳碳源加入量为5mL/L的乳酸钠。考察了氯化铵浓度、初始硝酸盐浓度和硫离子浓度对菌株Desulfovibrio sp. CMX DNRA过程的影响。结果表明：在氨氮浓度为1000 mg/L范围内,氯化铵浓度对菌株Desulfovibrio. sp. CMX的DNRA过程没有影响,表明菌株有很强的耐铵盐性能;但不同初始浓度硝酸盐和硫离子对菌株DNRA过程有很大影响,当初始硝酸盐浓度小于10mmol/L时,无N20等含氮气体产物生成,NH4+为最主要产物;而当初始硝酸盐浓度大于 15 mmol/L时,最终产物为NH4+、N2O和N2;S2-对该菌株生长和DNRA过程有明显的抑制作用,当S2-浓度达到6 mmol/L后,其对DNRA过程中的NO3-还原为NO2-过程的抑制作用强于其对NO2-还原为NH4+过程的抑制作用,此时NO3-还原速率低于N02-还原速率。考察了菌株Desulfovibrio. sp. CMX同时还原硝酸盐/亚硝酸盐和硫酸盐的过程特性和影响因素。结果表明：在菌株Desulfovibrio sp. CMX同时还原硝酸盐/亚硝酸盐和硫酸盐时,菌株首先还原硝酸盐/亚硝酸盐再还原硫酸盐,酵母浸粉对菌株DNRA过程有促进作用且影响其最终产物;8042-对于菌株Desulfovibrio. sp. CMX的DNRA过程的两个阶段存在不同的作用机制,对NO3-还原为NO2-过程有促进作用,而对于NQ-还原为NH4+的过程有抑制作用,综合两种作用机制,对于DNRA全过程是抑制作用：碳源加入量影响硝酸盐和硫酸盐共存时的还原过程,在碳源加入量充足的情况下,低碳源加入量时菌株Desulfovibrio sp. CMX先进行DNRA过程,随后再进行硫酸盐的还原;增大碳源加入量,会促进菌株Desulfovibrio sp. CMX还原硫酸盐,但是由于硫酸盐的竞争和其还原产物硫化物对菌株Desulfovibrio sp. CMX DNRA过程的抑制作用,导致菌株DNRA过程速率降低。此外对碳源加入方式的研究中发现定时分批次加入过量的碳源能将硫酸盐对硝酸盐DNRA过程的抑制减轻。但是定时分批次加入碳源造成硫酸盐还原速率低于初始一次性加入碳源时的硫酸盐还原速率;金属(Fe和Zn2+)加入对菌株DNRA过程和菌株还原硫酸盐过程没有明显促进作用。

关键词：硝酸盐异化还原为铵硫酸盐还原菌硝酸盐和硫酸盐过程特性影响因素

纳米银对河口潮滩硝酸盐异化还原成铵过程的影响

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华东师范大学学报（自然科学版） 2020年第3期 68-77页

作者：张梦霞郑艳玲尹国宇董宏坡韩平高娟刘程常永凯刘敏侯立军华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200241 华东师范大学地理科学学院上海200241

人类活动会导致纳米银(AgNPs)毒性污染物在河口海岸环境富集,但AgNPs赋存和累积对河口氮转化过程的影响尚不清楚.为此,以长江口作为研究区域,对不同粒径(10 nm、30 nm和100 nm)及不同浓度(0.1 mg/L、5 mg/L和10 mg/L)的AgNPs进行暴露实... 详细信息

人类活动会导致纳米银(AgNPs)毒性污染物在河口海岸环境富集,但AgNPs赋存和累积对河口氮转化过程的影响尚不清楚.为此,以长江口作为研究区域,对不同粒径(10 nm、30 nm和100 nm)及不同浓度(0.1 mg/L、5 mg/L和10 mg/L)的AgNPs进行暴露实验,探究AgNPs对河口潮滩硝酸盐异化还原成铵(DNRA)的影响.结果表明,添加AgNPs对不同盐度沉积物DNRA速率均产生一定程度的抑制效应,但其抑制率并没有随时间增长而明显增大.受沉积物理化性质的影响,AgNPs对中盐度(8.0‰)沉积物DNRA速率抑制效应总体上高于其余盐度沉积物.沉积物环境中AgNPs的粒径及浓度均是影响其毒性的重要因素:当浓度不超过5 mg/L时,10 nm粒径AgNPs毒性大于30 nm和100 nm粒径,其在不同盐度沉积物中抑制率最高达16.03%、20.27%和15.36%;但当AgNPs浓度为10 mg/L时,30 nm和100 nm粒径的AgNPs对DNRA速率抑制程度明显增大,毒性效应大于10 nm粒径AgNPs,不同盐度沉积物中最大抑制率分别为17.48%、33.18%和26.45%.AgNPs释放的Ag+浓度与DNRA速率的抑制率未存在显著的正相关关系(p>0.05),反映AgNPs释放的Ag+对DNRA存在一定的抑制作用,但并不能完全解释AgNPs的毒性作用特征.研究结果对于客观评价金属纳米材料对河口氮循环的潜在影响具有重要科学意义.

关键词：纳米银硝酸盐异化还原为铵粒径盐度长江口

洪湖湿地‒地下水系统中氮来源与转化过程的水化学和多同位素解析

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地球科学 2024年第11期49卷 3946-3959页

作者：张彦鹏严克涛陈晨中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心) 湖北武汉430205 中国地质调查局长江河湖湿地生态水文地质过程重点实验室湖北武汉430205 中国地质大学长江流域环境水科学湖北省重点实验室湖北武汉430078

为研究地表水‒地下水相互作用如何影响湿地‒地下水系统中氮的赋存形态与来源,以洪湖湿地为研究区,基于地下水流场、水化学和稳定同位素手段,对湿地‒地下水系统中氮的赋存形态、来源与转化过程进行分析.结果表明,硝态氮(NO_(3)^(‒))和铵... 详细信息

为研究地表水‒地下水相互作用如何影响湿地‒地下水系统中氮的赋存形态与来源,以洪湖湿地为研究区,基于地下水流场、水化学和稳定同位素手段,对湿地‒地下水系统中氮的赋存形态、来源与转化过程进行分析.结果表明,硝态氮(NO_(3)^(‒))和铵态氮(NH_(4)^(+))分别是洪湖湿地地表水和地下水中氮的主要赋存形态.地表水中的NO_(3)^(‒)主要来自外部河渠输入,地下水中的NH_(4)^(+)可能来自有机质降解与自养硝酸盐异化还原为铵(DNRA),后者为主要来源.富营养化湖水‒地下水相互作用可向地下水输入NO_(3)^(‒),并在DNRA作用下形成局部高NH_(4)^(+)地下水,湿地地表水‒地下水相互作用是影响地下水质的重要驱动力.

关键词：氮营养盐地表水‒地下水相互作用硝酸盐异化还原为铵多同位素洪湖环境地质水文地质.

丹江流域典型农田包气带-含水层中硝酸盐氮还原过程及其影响因素

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应用基础与工程科学学报 2023年第2期31卷 268-279页

作者：刘昕曜杨善卿陈倩胡景润钟思宁乔爽陈果唐吴含北京大学深圳研究生院环境与能源学院广东深圳518055 教育部水沙科学重点实验室北京大学环境工程系北京100871 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验青海西宁810016 长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局湖北襄阳441000

探究硝酸盐氮在农田土壤包气带-含水层中的迁移转化过程对地下水硝酸盐氮污染防治具有重要意义.该研究在丹江流域河南段典型农田采集了12个不同深度(0~42.5m)的包气带土壤和含水层沉积物样品,对氮素与抗生素的浓度水平、硝酸盐氮还原过... 详细信息

探究硝酸盐氮在农田土壤包气带-含水层中的迁移转化过程对地下水硝酸盐氮污染防治具有重要意义.该研究在丹江流域河南段典型农田采集了12个不同深度(0~42.5m)的包气带土壤和含水层沉积物样品,对氮素与抗生素的浓度水平、硝酸盐氮还原过程的潜在速率及其相关功能的基因丰度进行了系统测定.结果表明,TOC、NO_(3)-N和TP浓度在包气带土壤和含水层沉积物中具有显著差异;83种目标抗生素中仅检出7种,在包气带和含水层中的浓度范围分别为0.01~115.20ng/g和0.01~2.50ng/g;3种磺胺类抗生素浓度随深度递减,2种大环内酯类抗生素浓度随深度增加.厌氧氨氧化和反硝化是浅层包气带(0~0.8m)中硝酸盐氮还原的关键过程,平均贡献率分别为53.9%和26.4%;深层包气带(0.8~6.0m)则以硝酸盐异化还原成铵为主导,对硝酸盐还原的贡献率达93.1%;含水层沉积物中最主要的硝酸盐氮转化过程是反硝化,贡献率为50.5%.氮转化过程速率与其相应功能基因的垂向分布特征一致.进一步发现抗生素浓度是影响农田包气带-含水层接续系统中硝酸盐氮转化过程的主要因素,NO3-N浓度与DEN过程功能基因丰度显著正相关,磺胺胍(SGD)与硝酸盐氮还原过程显著正相关,而脱水红霉素(AETM)则表现出显著负相关关系.该研究为深入揭示包气带-含水层接续系统中硝酸盐氮还原过程提供了有力支撑.

关键词：地下水包气带-含水层抗生素反硝化厌氧氨氧化硝酸盐异化还原为铵氮转化速率氮转化功能基因

菌株Desulfovibrio sp. CMX的DNRA性能和影响因素

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环境科学 2016年第10期37卷 3955-3962页

作者：谢柄柯张玉王晓伟孙超越周集体大连理工大学环境学院工业生态与环境工程教育部重点实验室大连116024

微生物的硝酸盐异化还原为铵(DNRA)过程对自然界中铵根离子的存在和转化具有重要影响,然而关于SRB菌株DNRA过程影响和机制尚未探明.本文考察了实验室筛选的SRB菌株Desulfovibrio ***的DNRA能力、影响因素及其影响机制.结果表明,无外加... 详细信息

微生物的硝酸盐异化还原为铵(DNRA)过程对自然界中铵根离子的存在和转化具有重要影响,然而关于SRB菌株DNRA过程影响和机制尚未探明.本文考察了实验室筛选的SRB菌株Desulfovibrio ***的DNRA能力、影响因素及其影响机制.结果表明,无外加氮源的情况下,分别以10 mmol·L-1NO_3^-和NO_2^-作为唯一电子受体,菌株Desulfovibrio ***最终NH_4^+生成率分别达到85.8%和97.3%,且无N2和N2O等副产物产生.实验探究了不同外加氮源、不同初始浓度的SO_4^(2-)、S^(2-)对菌株DNRA过程的影响.酵母浸粉作为外加氮源可促进菌株的生长和代谢从而促进菌株DNRA过程;SO_4^(2-)对于NO_3^-还原为NO_2^-阶段起促进作用,而对NO_2^-还原为NH_4^+阶段起抑制作用,综合两方面影响,最终表现出对菌株DNRA过程的抑制作用;S^(2-)对菌株生长及DNRA过程都表现出抑制作用,且S^(2-)浓度越高抑制作用越强,当S^(2-)浓度达到6 mmol·L-1后,S^(2-)对于NO_3^-还原为NO_2^-阶段的抑制作用强于NO_2^-还原为NH_4^+阶段的抑制作用,NO_3^-还原为NO_2^-速率低于NO_2^-还原为NH_4^+速率,此时体系中不再有NO_2^-的积累.

关键词：硝酸盐异化还原为铵硫酸盐还原菌外加氮源 SO42- S2-

陆地和淡水生态系统新型微生物氮循环研究进展

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微生物学报 2020年第9期60卷 1972-1984页

作者：祝贵兵中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049

氮生物地球化学循环是地球物质循环的重要枢纽,是决定陆地生态系统生产力水平、水资源安全、温室气体生成排放的关键过程。氮循环是由微生物介导的一系列复杂过程,不同形态、价态氮化合物的转化分别由相应的功能微生物驱动完成。随着厌... 详细信息

氮生物地球化学循环是地球物质循环的重要枢纽,是决定陆地生态系统生产力水平、水资源安全、温室气体生成排放的关键过程。氮循环是由微生物介导的一系列复杂过程,不同形态、价态氮化合物的转化分别由相应的功能微生物驱动完成。随着厌氧氨氧化、完全氨氧化等新型氮转化过程的相继报道和发现更新了人们对氮循环的认识。本文综述了陆地和淡水生态系统中厌氧氨氧化(anammox)、硝酸盐异化还原为铵(DNRA)、完全氨氧化(comammox)等新型氮循环过程的发生机制、热区分布及环境效应,并总结了这三种氮循环的相互关系。

关键词：厌氧氨氧化反硝化硝酸盐异化还原为铵完全氨氧化热区异质性

硝酸盐呼吸和厌氧氨氧化的机制及其应用研究进展

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生命科学 2021年第4期33卷 428-437页

作者：朱凌峰陈雪岚江西师范大学生命科学学院南昌330022

硝酸盐呼吸过程广泛存在于厌氧及兼性厌氧菌中。当硝酸盐存在时,微生物在微氧或缺氧条件下,以硝酸盐作为电子受体,与电子传递呼吸链过程相耦合,产生能量并用于维持细胞的基本生命活动。硝酸盐的呼吸过程对污水处理、土壤氮保持、微生物... 详细信息

硝酸盐呼吸过程广泛存在于厌氧及兼性厌氧菌中。当硝酸盐存在时,微生物在微氧或缺氧条件下,以硝酸盐作为电子受体,与电子传递呼吸链过程相耦合,产生能量并用于维持细胞的基本生命活动。硝酸盐的呼吸过程对污水处理、土壤氮保持、微生物氮循环具有重要作用,研究硝酸盐呼吸对环境保护具有重要意义。该文对反硝化作用、硝酸盐异化还原为铵这两种硝酸盐呼吸和以硝酸盐为间接电子受体的厌氧氨氧化过程进行了综述,阐述了与硝酸盐呼吸、厌氧氨氧化有关的氧化还原酶基因簇以及相应的氧化还原酶的结构和功能,并对两者研究现状和未来发展方向进行了总结与展望。

关键词：硝酸盐呼吸电子受体硝酸盐异化还原为铵反硝化作用厌氧氨氧化