土壤铁对厌氧砷氧化耦合硝酸盐还原过程的影响 被引量：2

1

作者 牛汝苗 杨光 +4 位作者 高一帆 梁露予 潘丹丹 黄国勇 李晓敏 《中国环境科学》 北大核心 2025年第3期1456-1464,共9页

为探究土壤铁对厌氧砷氧化耦合硝酸盐还原过程的作用机制,选取土壤有机质含量相近但铁含量不同的两种稻田土壤,设置对照、+NO_(3)^(-)、+As(Ⅲ)和+As(Ⅲ)+NO_(3)^(-)处理开展厌氧培养实验,研究As/N/Fe及微生物群落的变化.结果表明,厌氧... 为探究土壤铁对厌氧砷氧化耦合硝酸盐还原过程的作用机制,选取土壤有机质含量相近但铁含量不同的两种稻田土壤,设置对照、+NO_(3)^(-)、+As(Ⅲ)和+As(Ⅲ)+NO_(3)^(-)处理开展厌氧培养实验,研究As/N/Fe及微生物群落的变化.结果表明,厌氧条件下硝酸盐还原驱动砷氧化过程,低铁和高铁土壤中砷氧化率分别为35.3%和43.0%,高铁土壤的磷酸提取态和草酸提取态砷占比显著高于低铁土壤;As(Ⅲ)的存在减慢NO_(3)^(-)还原,减少NO_(2)^(-)和N_(2)O的积累,促进NH_(4)^(+)的生成,高铁土壤的反硝化和异化硝酸盐还原产铵过程比低铁土壤快;硝酸盐和As(Ⅲ)的存在降低土壤溶解态和吸附态Fe(Ⅱ)的浓度,提高吸附态总铁的浓度,并改变微生物群落的组成和丰度,Bacillus、Clostridium和Planococcaceae在硝酸盐还原及砷氧化过程中占主导.因此,当土壤吸附态铁高时,能加速砷氧化耦合反硝化/异化硝酸盐还原产铵过程,并促进土壤铁氢氧化物对As(Ⅲ)和As(V)的固定.上述研究发现可为淹水期稻田土壤砷转化的铁氮元素调控提供科学依据. 展开更多

关键词 铁氧化还原 反硝化 异化硝酸盐还原成铵 微生物群落 砷氧化固定

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Fe(Ⅱ)介导的亚硝酸盐还原耦合砷氧化研究

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作者 薛杨峰 王少锋 《大连理工大学学报》 北大核心 2025年第2期118-124,共7页

地下水等还原环境中亚硝酸盐(NO_(2)^(-))与铁的生物地球化学循环对砷的迁移转化行为有重要影响.为认清其反应过程及机理,以二价铁(Fe(Ⅱ))为还原剂,研究了不同pH、NO_(2)^(-)及Fe(Ⅱ)浓度下,Fe(Ⅱ)与NO_(2)^(-)的氧化还原反应及对As(Ⅲ... 地下水等还原环境中亚硝酸盐(NO_(2)^(-))与铁的生物地球化学循环对砷的迁移转化行为有重要影响.为认清其反应过程及机理,以二价铁(Fe(Ⅱ))为还原剂,研究了不同pH、NO_(2)^(-)及Fe(Ⅱ)浓度下,Fe(Ⅱ)与NO_(2)^(-)的氧化还原反应及对As(Ⅲ)氧化及固液分配的影响.结果表明,在pH为6.0~7.5时,As(Ⅲ)氧化速率随着pH升高而加快;在Fe(Ⅱ)浓度为2~8 mmol/L、NO_(2)^(-)浓度为0.6~2.0 mmol/L时,增加Fe(Ⅱ)及NO_(2)^(-)的浓度会加快反应速率.反应66 h内,pH为7.5时As(Ⅲ)浓度降低91.96%,总砷去除率达到99.39%,同时亚硝酸盐的去除率也在70%以上.研究成果对同步去除地下水砷与亚硝酸盐具有重要借鉴意义. 展开更多

关键词 铁 砷 亚硝酸盐 氧化还原

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盐度对硝酸盐还原型铁氧化菌亚铁氧化与硝酸盐还原的影响研究

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作者 张颖 李涵 +3 位作者 张泽权 程宽 池文婷 刘同旭 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2024年第10期1590-1599,共10页

作为重要的嗜中性铁氧化菌,硝酸盐还原型铁氧化菌一直以来都被认为是在环境污染修复中具有广阔应用前景的一类微生物,其广泛分布于淡水沉积物、地下水、稻田土壤、海岸沉积物等各种盐度的水土环境中。已有研究指示,盐度可能会对此类铁... 作为重要的嗜中性铁氧化菌,硝酸盐还原型铁氧化菌一直以来都被认为是在环境污染修复中具有广阔应用前景的一类微生物,其广泛分布于淡水沉积物、地下水、稻田土壤、海岸沉积物等各种盐度的水土环境中。已有研究指示,盐度可能会对此类铁氧化菌的生长代谢和亚铁氧化过程产生抑制作用,但是具体作用机制尚不清楚。为深入探究盐度对硝酸盐还原型铁氧化菌生长代谢的影响,选取Acidovorax sp.BoFeN1为模式菌株,设置微宇宙培养实验,并利用NaCl调节反应体系盐度(NaCl质量浓度分别为0、15、35、55 g·L^(-1))。通过监测反应过程中亚铁离子和硝酸盐的浓度变化,并对产物进行矿物学表征,探究硝酸盐还原型铁氧化菌在不同盐度条件下亚铁氧化和硝酸盐还原过程;进一步设置真实海水(盐度为34 g·L^(-1))的模拟实验对实验结果进行验证。亚铁氧化和硝酸盐还原动力学结果表明,尽管低浓度氯化钠影响不大,但当NaCl质量浓度为35 g·L^(-1)和55 g·L^(-1)时,Acidovorax sp.BoFeN1的亚铁氧化和硝酸盐还原过程会被促进。利用SEM、XRD和FTIR对反应终点产物进行物相分析,结果显示盐度会促进微生物亚铁氧化成矿类型由纤铁矿向针铁矿转变。最后,真实海水验证实验表明,在海水提供的盐度条件下Acidovorax sp.BoFeN1的亚铁氧化和硝酸盐还原能力分别提升了1.2倍和1.3倍;此时,微生物亚铁氧化的成矿类型为纤铁矿和针铁矿。这一结果与微宇宙培养实验所得结论一致。从环境意义上看,该研究证明了硝酸盐还原型铁氧化菌能够适应海水入侵等高盐水土污染环境,更新了盐度抑制细菌代谢的传统认识,这将有助于推动此类细菌在高盐环境污染修复中的应用。 展开更多

关键词 盐度 硝酸盐还原型铁氧化菌 亚铁氧化 硝酸盐还原 铁循环

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废水处理硝酸盐异化还原与厌氧氨氧化/反硝化耦合工艺构建 被引量：1

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作者 赵瑞强 周鑫 牛冰心 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1593-1605,共13页

采用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)处理含COD、氨氮和硝氮的模拟废水,旨在高浓度有机废水处理系统中快速构建厌氧氨氧化(Anammox)运行工艺。通过接种少量Anammox污泥和逐步提高氨氮浓度的操作方式,在连续运行58d后,系统成功启动Anammo... 采用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)处理含COD、氨氮和硝氮的模拟废水,旨在高浓度有机废水处理系统中快速构建厌氧氨氧化(Anammox)运行工艺。通过接种少量Anammox污泥和逐步提高氨氮浓度的操作方式,在连续运行58d后,系统成功启动Anammox反应,此时的总氮和COD去除率稳定在97%和98%以上。物料衡算显示,Anammox反应途径对氮的去除贡献逐渐增加,硝酸盐异化还原(DNRA)耦合Anammox和反硝化共同促进了系统的同步脱氮除碳。对微生物群落分析发现,Candidatus Kuenenia相对丰度由0.27%快速升高至35.87%,DNRA菌(Ignavibacterium、Thermogutta)及反硝化菌(Azospira、Gp3)在体系内共存。通过基因注释法,检测出了Anammox、DNRA、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原关键基因。运行过程中,颗粒污泥颜色变红且粒径增大;胞外聚合物(EPS)分析表明多糖(PS)和蛋白质(PN)含量增加而PN/PS下降;三维荧光光谱发现腐殖酸类物质增多。研究结果为高浓度有机含氮废水高效处理提供了一种新的工艺途径。 展开更多

关键词 膨胀颗粒污泥床反应器 高浓度有机含氮废水 硝酸盐异化还原 厌氧氨氧化 反硝化 耦合脱氮

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氯化银(银)-铜铁钛氧化物光催化材料制备及还原硝酸盐性能

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作者 季兴立 于水利 +1 位作者 许莹 高梦鸿 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2373-2381,共9页

本研究采用改性的溶剂热法和化学沉淀法制备氯化银(银)-铜铁钛氧化物(AgCl(Ag)/CuFe_(x)Ti_(x+1)O_(y))复合光催化材料,用于去除水中的硝酸盐.分析表明,AgCl(Ag)促进CuFe_(x)Ti_(x+1)O_(y)产生光生电子,并促进光生电子-空穴对的分离,从... 本研究采用改性的溶剂热法和化学沉淀法制备氯化银(银)-铜铁钛氧化物(AgCl(Ag)/CuFe_(x)Ti_(x+1)O_(y))复合光催化材料,用于去除水中的硝酸盐.分析表明,AgCl(Ag)促进CuFe_(x)Ti_(x+1)O_(y)产生光生电子,并促进光生电子-空穴对的分离,从而提高复合材料光催化还原硝酸盐性能.研究重点探究了复合材料在紫外/甲酸体系中的光还原性能,并将其应用于实际水处理中.实验结果表明:当AgCl掺杂量为40%(按质量算),且铜铁钛的配比为1:2:3时,光催化还原硝酸盐的效果最佳.在150 min时,硝酸盐去除率达94.6%,去除速率为(0.0188±0.0017)min^(-1),氮气转化率达99.0%.在实际水处理中,该体系对自来水和模拟地下水的硝酸盐去除率分别为87.4%和80.9%,氮气转化率均大于70%,显示出良好的应用潜力. 展开更多

关键词 氯化银(银)-铜铁钛氧化物 高级还原 硝酸盐 氮气转化率

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异化铁还原菌介导的硝酸盐还原亚铁氧化过程 被引量：2

6

作者 张相杰 陈国俊 +2 位作者 李涵 李芳柏 刘同旭 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第5期166-177,共12页

中性厌氧的富铁环境中,微生物驱动硝酸盐还原亚铁氧化(NRFO)过程和异化铁还原过程,然而异化铁还原菌能否介导NRFO仍未知。选取异化铁还原菌(Klebsiella pneumoniae L17、Shewanella oneidensis MR-1、Shewanella putrefaciens strain CN... 中性厌氧的富铁环境中,微生物驱动硝酸盐还原亚铁氧化(NRFO)过程和异化铁还原过程,然而异化铁还原菌能否介导NRFO仍未知。选取异化铁还原菌(Klebsiella pneumoniae L17、Shewanella oneidensis MR-1、Shewanella putrefaciens strain CN32)、亚铁和硝酸盐,构建厌氧NRFO体系。结果表明:亚铁氧化、硝酸盐还原同步发生,主要是因为硝酸盐还原产物亚硝酸盐可以直接氧化亚铁;亚铁抑制了硝酸盐还原,且该抑制作用随亚铁浓度升高而增强;亚铁对亚硝酸盐的竞争性还原导致了铵根大量减少;亚铁氧化生成的次生矿物沉淀在细胞表面,阻碍硝酸盐进入细胞进行还原。在低浓度亚铁条件下,亚铁的毒害和氧化成矿作用抑制L17还原硝酸盐;亚铁氧化成矿作用是抑制CN32还原硝酸盐的主要原因;而亚铁的毒害是抑制MR-1还原硝酸盐的主要原因。在高浓度亚铁条件下,亚铁氧化导致细胞结壳是抑制微生物硝酸盐还原的主要原因。 展开更多

关键词 硝酸盐还原亚铁氧化 铁还原微生物 亚铁氧化成矿 细胞结壳

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硝酸盐依赖型铁氧化菌Aquabacterium olei HJ-4的分离鉴定及其功能特性

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作者 彭蓉 沈俊豪 +1 位作者 黄莹芸 刘慧 《安全与环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期204-211,共8页

由微生物介导的铁氧化是自然界铁循环过程中至关重要的一部分。采用凝胶梯度管富集培养方法从湖北省潜江市汉江河岸带沉积物中分离筛选出一株能够利用硝酸盐作为电子受体氧化亚铁的新菌株,通过对其进行厌氧硝酸盐还原铁氧化动力学分析... 由微生物介导的铁氧化是自然界铁循环过程中至关重要的一部分。采用凝胶梯度管富集培养方法从湖北省潜江市汉江河岸带沉积物中分离筛选出一株能够利用硝酸盐作为电子受体氧化亚铁的新菌株,通过对其进行厌氧硝酸盐还原铁氧化动力学分析和菌种鉴定,并通过基因组测序数据对其蛋白编码基因进行功能注释,从多方面研究了该菌株的功能特性。结果表明:在厌氧、30℃、pH=7的环境中,该菌株在12 d内还原了96.7%的硝酸盐(3.6 mmol/L),Fe(Ⅱ)存在时可利用硝酸盐作为电子受体氧化亚铁,3.6 mmol/L亚铁的氧化率为11.3%;根据菌株的形态,结合系统发育分析,鉴定该菌株为水小杆菌,命名为Aquabacterium olei HJ-4;该菌株基因组中含有与铁代谢、氮代谢、砷酸盐还原和硝基还原相关的功能基因,表明其具有还原污染物的多种功能潜力。该菌株为微生物铁氧化耦合污染物的去除提供了可能的菌种资源。 展开更多

关键词 铁氧化菌 硝酸盐还原 基因功能注释 分离

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腐殖酸铁络合物介导胞外电子传递增强氮转化研究

8

作者 高辰腾 宋新山 李宏伟 《水处理技术》 北大核心 2025年第9期125-130,136,共7页

铁氧化还原介导的氮转化在水处理中具有广阔的应用前景,然而,实际应用中存在游离铁离子流失、对微生物活性的抑制及胞外电子传递(EET)效率低下等问题。本研究引入腐殖酸铁络合物(HA-Fe)以固定铁源,探究HAFe对硝酸盐脱除效果。结果表明,... 铁氧化还原介导的氮转化在水处理中具有广阔的应用前景,然而,实际应用中存在游离铁离子流失、对微生物活性的抑制及胞外电子传递(EET)效率低下等问题。本研究引入腐殖酸铁络合物(HA-Fe)以固定铁源,探究HAFe对硝酸盐脱除效果。结果表明,加入HA-Fe组脱氮表现最优,TN去除速率常数为0.3794 d^(-1),分别是CK、HA和Fe组的2.40、1.90和1.71倍。这缘于HA-Fe提供了更多的反应活性位点,通过胞外电子传递,促进了Fe循环,在呼吸链中发挥氧化还原作用增强氮转化。低C/N条件下,HA-Fe组TN去除率达到75.44%,分别是CK、HA和Fe组的1.35、1.27和1.08倍。另外HA-Fe组促进了Zeta电位升高以及胞外聚合物(EPS)的分泌,使微生物团聚体更加稳定。群落分析表明,HA-Fe体系自养反硝化菌和电活性菌丰度提高,进一步证明HA-Fe强化了EET过程,实现电活性菌和脱氮菌之间的互利共生。 展开更多

关键词 腐殖酸铁 胞外电子传递 铁氧化耦合硝酸盐还原 氮脱除 微生物群落结构

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湖泊生态系统中微生物驱动氮-铁耦合反应研究进展 被引量：2

9

作者 冯旗 李晨希 +6 位作者 胡娜 李术艺 何宇 李泳哲 郭天赐 胡文龙 董依然 《安全与环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期271-281,290,共12页

由于人类活动的影响,许多湖泊面临着氮(N)素富集引起的富营养化问题,这影响了湖泊生态系统的氮平衡和生态功能。系统地阐述了湖泊生态系统中微生物利用硝态氮和广泛分布的铁所驱动的氮-铁耦合脱氮过程,重点梳理了微生物参与的反硝化、... 由于人类活动的影响,许多湖泊面临着氮(N)素富集引起的富营养化问题,这影响了湖泊生态系统的氮平衡和生态功能。系统地阐述了湖泊生态系统中微生物利用硝态氮和广泛分布的铁所驱动的氮-铁耦合脱氮过程,重点梳理了微生物参与的反硝化、异化硝酸盐还原成铵和厌氧氨氧化与铁耦合过程研究的最新进展,并说明了Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的氧化还原循环可以持续支持与含氮化合物的反应。深入理解微生物驱动的氮-铁耦合机理,有助于认识其对湖泊内源脱氮等方面的生态和环境问题的贡献。 展开更多

关键词 湖泊生态系统 微生物 氮-铁耦合 依赖硝酸盐还原的铁氧化 铁氧化耦合异化硝酸盐还原成铵 铁氨氧化

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NO^(-)_(2)促进剩余污泥水解新原理:Fe(Ⅱ)氧化与Fe(Ⅲ)还原

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作者 孟雨桐 赵智强 +1 位作者 高金索 张耀斌 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第6期155-164,共10页

剩余污泥的水解破壁是其厌氧消化的限速步骤。投加Fe(Ⅲ)氧化物可富集具有异化铁还原功能的Fe(Ⅲ)还原菌,强化复杂有机物的分解,是一种促进剩余污泥水解破壁的有效手段。然而,在实际工程中,连续投加Fe(Ⅲ)氧化物不经济。亚硝酸盐作为反... 剩余污泥的水解破壁是其厌氧消化的限速步骤。投加Fe(Ⅲ)氧化物可富集具有异化铁还原功能的Fe(Ⅲ)还原菌,强化复杂有机物的分解,是一种促进剩余污泥水解破壁的有效手段。然而,在实际工程中,连续投加Fe(Ⅲ)氧化物不经济。亚硝酸盐作为反硝化中间产物,被报道能促进污泥水解破壁,同时可将污泥中的Fe(Ⅱ)化学氧化为Fe(Ⅲ),但对于亚硝酸盐引发的Fe(Ⅱ)氧化和Fe(Ⅲ)还原过程对污泥水解破壁及后续厌氧消化的影响却鲜有报道。向剩余污泥中添加亚硝酸盐,发现其中97.3%的Fe(Ⅱ)被氧化为Fe(Ⅲ),进而参与异化铁还原。扫描电镜和三维荧光光谱结果表明,添加亚硝酸盐组污泥水解破壁明显,有机物大量释出;微生物群落分析表明,添加亚硝酸盐组反硝化细菌和Fe(Ⅲ)还原菌显著富集。厌氧消化结束后,相比对照组(未添加亚硝酸盐),添加亚硝酸盐组污泥减量化和累积甲烷产量分别提高21%和86%。 展开更多

关键词 剩余污泥 水解破壁 异化铁还原 亚硝酸盐 Fe(Ⅱ)氧化

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自然生态系统中铁-氮耦合研究进展 被引量：1

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作者 官庆松 许慧豪 +1 位作者 杨黎君 李庆斌 《绿色科技》 2022年第20期20-25,共6页

铁的氧化还原过程是自然生态系统中驱动氮循环的重要途径,已经成为研究氮生物地球化学循环的热点领域。通过梳理已有文献研究,系统总结了自然生态系统中铁-氮耦合的关键过程,包括铁氨氧化、硝酸盐厌氧铁氧化、Fe(Ⅱ)氧化耦合DNRA。并对... 铁的氧化还原过程是自然生态系统中驱动氮循环的重要途径,已经成为研究氮生物地球化学循环的热点领域。通过梳理已有文献研究,系统总结了自然生态系统中铁-氮耦合的关键过程,包括铁氨氧化、硝酸盐厌氧铁氧化、Fe(Ⅱ)氧化耦合DNRA。并对其微生物驱动的反应过程、机理研究进展进行了小结,提出了铁氮耦合的研究不能忽视铁的氧化还原闭合过程,为深入认识铁调控的氮生物地球化学过程提供研究思路。目前,参与铁-氮耦合过程的功能微生物、耦合机制以及铁-氮耦合作用对氮素转化的贡献仍然是未知的。 展开更多

关键词 铁氮耦合 铁氨氧化 硝酸盐厌氧铁氧化 Fe(Ⅱ)氧化耦合DNRA 功能微生物

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针铁矿促进剩余污泥厌氧消化中的脱氮除碳 被引量：2

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作者 肖灿灿 杨亚飞 张耀斌 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期6689-6697,共9页

剩余污泥厌氧消化因其较低的能源转化率使其发展有所受限,且污泥中高浓度有机质也会影响脱氮效果。理论上,在含铁(Ⅲ)(氢)氧化物的厌氧消化系统中,微生物能通过异化铁还原去除有机物和氨氮(Feammox),但两者同步去除还有待验证。因此本... 剩余污泥厌氧消化因其较低的能源转化率使其发展有所受限,且污泥中高浓度有机质也会影响脱氮效果。理论上,在含铁(Ⅲ)(氢)氧化物的厌氧消化系统中,微生物能通过异化铁还原去除有机物和氨氮(Feammox),但两者同步去除还有待验证。因此本研究通过向污泥厌氧消化系统中添加针铁矿,探究铁(Ⅲ)(氢)氧化物对同步脱氮除碳的影响。结果显示,随着针铁矿添加量的增加,反应器中有机物浓度逐渐减少。当添加50mmol/L针铁矿时,甲烷累积产量达到695.1mL,相较于没有添加针铁矿的厌氧系统提升了30.3%;TS/VS去除率也提升了21.1%/33.8%,说明针铁矿可有效促进污泥减量化。添加针铁矿的反应器中总氮去除率也有一定提升,当针铁矿添加50mmol/L时,去除率达到21.0%。以上结果表明,添加针铁矿可以在污泥厌氧消化中起到同时脱氮除碳的效果。 展开更多

关键词 剩余污泥 针铁矿 异化铁还原 异化铁还原耦合厌氧氨氧化 脱氮除碳

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