三江平原包气带耦合多电子受体ANAMMOX脱氮过程与机制
批准号:
42077353
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李怀
依托单位:
学科分类:
污染物环境行为与效应
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李怀
中文摘要
三江平原稻田湿地氮肥的大量施用对地下水形成严重威胁。作为地下水污染的最后屏障,包气带氨氮污染控制对保障区域地下水质量具有重要意义。生物脱氮是氨氮污染控制的主要途径,但包气带含氧层厚度小且缺乏碳源,传统脱氮作用有限。厌氧氨氧化(ANAMMOX)的发现,为包气带广泛厌氧寡营养区域的氨氮污染控制提供了新途径。但三江平原包气带多电子受体共存、环境复杂,ANAMMOX的电子受体耦合途径及过程有待考察,热区及关键控制因素不明。本项目拟探寻三江平原包气带ANAMMOX的电子受体耦合体系;揭示多电子受体耦合ANAMMOX的关键过程及影响机制,并解析其微生物机理;在此基础上开发强化包气带ANAMMOX脱氮的技术,识别其强化脱氮阈值并阐明热区生化反应层的演化规律。研究成果可为包气带氨氮污染控制提供理论依据和技术支持。
英文摘要
The surplus application of nitrogen fertilizer in paddy wetlands of Sanjiang Plain is a serious threat to groundwater. As the last barrier of groundwater pollution, ammonia nitrogen pollution control in vadose zone is of great significance to safeguard regional groundwater quality. Nitrification-denitrification was considered as the major process of biological nitrogen removal. But due to the low concentrations of oxygen and organic carbon in the vadose zone, nitrogen removal capacity of nitrification-denitrification is limited. With the discovery of anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) coupled with the single electron acceptor, ANAMMOX is found to be a new way for ammonia nitrogen pollution removal in anaerobic oligotrophic habitat of the vadose zone. However, vadose zone of Sanjiang Plain is a habitat with multi-electron acceptors. The process and mechanism of ANAMMOX coupled with multi-electron acceptors are unclear, and the enhanced strategies need to be developed. The project is to identify electron acceptors coupled with ANAMMOX and the hotspot structures in the vadose zone of Sanjiang Plain. The key process and influence mechanism of ANAMMOX coupled with multi-electron acceptors are revealed, and the microbiology mechanism is investigated. The control strategies of enhanced ANAMMOX in the vadose zone are developed, with the nitrogen removal threshold and the evolution characteristics of hotspot layers further clarified. These findings would provide the theoretical basis and technical support for the nitrogen pollution control in the vadose zone of paddy wetlands in Sanjiang Plain.
三江平原稻田湿地氮肥大量施用对地下水形成严重威胁。作为地下水污染的最后屏障,包气带氨氮污染控制对保障区域地下水质量具有重要意义。厌氧氨氧化(ANAMMOX)的发现,为包气带广泛厌氧寡营养区域的氨氮污染控制提供了新途径。本项目探寻三江平原包气带ANAMMOX电子受体耦合体系;揭示多电子受体耦合ANAMMOX过程及影响机制;开发强化包气带ANAMMOX脱氮技术。结果表明:1)浅层地下水灌溉断面,存在铁、锰、硫酸盐型ANAMMOX,而深层地下水灌溉断面,存在多电子受体ANAMMOX和二价铁驱动的异化硝酸盐还原过程。深层地下水灌溉有利于多电子受体ANAMMOX过程,主要分布在-1.5m以下区域,硝化和DNRA过程的底物供给能促进ANAMMOX发生。2)浅层地下水灌溉下稻田湿地有机物降解和反硝化过程较强,深层地下水灌溉能促进稻田湿地Fe-ANAMMOX发生。浅层地下水灌区微生物对外界环境变化更加敏感,深层地下水灌区有利于铁还原酶基因、甲酸脱氢酶等的富集,有利于Fe-ANAMMOX和甲烷氧化进行。3)混合灌溉有利于多电子受体ANAMMOX发生,尤其是Fe-ANAMMOX和S-ANAMMOX。混合灌溉下网络复杂程度和共存在关系更高,DNRA、Fe-ANAMMOX和S-ANAMMOX过程较为活跃。4)多电子受体可激发多型ANAMMOX脱氮效能。水稻生长有利于ANAMMOX脱氮进行,在幼苗期-分蘖期-抽穗期-成熟期过程中,氨氮去除呈增加趋势。在不同电子受体地下水灌溉下,能更好激发出V-ANAMMOX过程。5)生物炭、活性炭和腐殖质的投加对ANAMMOX脱氮有较好的促进作用,可通过电子传递和生物量富集达到高效ANAMMOX过程。电子穿梭体投加能促进多电子受体与氨氮的高效同步去除,达到多电子受体S/N/Fe/V-ANAMMOX强化效果。本项目为稻田湿地包气带氨氮污染控制提供理论依据和技术支持。
纳米颗粒对人工湿地中厌氧氨氧化的影响机理研究
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批准号:41401548
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李怀
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依托单位:
国内基金
海外基金