不同水力负荷渗滤液对植物土壤系统的影响

以稳定产甲烷阶段垃圾层循环回灌处理后的渗滤液、轻壤土和百慕大草(Cynodon dactylon)为实验材料,比较了不同水力负荷渗滤液对植物-土壤系统的生态影响.结果表明,2.77～12.00 mm·d^-1渗滤液灌溉组土壤的几种关键酶活性、呼吸作用强度、土壤微生物量、微生物商,叶绿素含量均较对照组高,丙二醛(MDA)、过氧化氢(H₂O₂)、脯氨酸(Pro)含量较低;在渗滤液灌溉组间,6.46～10.15 mm·d^-1渗滤液灌溉下百慕大草Pro含量下降显著,叶绿素含量明显提高,过氧化物酶(POD)活性、MDA和H₂O₂含量较低,土壤酶活性显著提高、呼吸作用强度、微生物量和微生物商较大;而当渗滤液水力负荷过低(2.77～4.16 mm·d^-1)或过高(12.00 mm·d^-1)时百慕大草胁迫会加重、土壤生物活性下降.表明适量渗滤液灌溉可减缓环境对百慕大草的胁迫,提高土壤的生物活性,表现出对植物-土壤系统的生态正效应,其原因可能与不同水力负荷渗滤液灌溉改变了土壤的水分和理化性质.研究说明,通过控制渗滤液原液水力负荷,可望获得渗滤液灌溉对植物-土壤系统最佳的生态效应.     

作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO2排放的影响

为探讨作物生物学特征对土壤-作物系统CO₂排放的影响,本研究基于逐步收割法和静态暗箱-气相色谱技术,以冬小麦和水稻作物为研究对象,采用盆栽和大田试验的方法,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤-作物系统CO₂排放速率,同时测定了作物生物量和氮含量.研究结果表明:①土壤-作物系统CO₂排放在生长季内呈现动态变化,土壤-水稻系统CO₂排放高于土壤-冬小麦系统.②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关.③作物暗呼吸系数(R_d)的季节变化可以用植株氮含量来描述.冬小麦R_d与N含量的关系可用线性方程R_d=0.0124N-0.0076(R²=0.9879,p<0.001)表示;水稻R_d与N含量的关系可用二次方程R_d=0.0085N2-0.0049NR²=0.9776,p<0.001)表示.④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸.冬小麦生长季土壤表观呼吸CO₂平均值为247.2 mg·(m²·h)^-1 ,高于未种作物土壤1.78倍,水稻生长季为215.3 mg·(m²·h)^-1 CO₂,高于未种作物土壤的3.38倍.冬小麦根系呼吸系数大于水稻,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻.     

退耕弃荒洼地土壤有机碳在生态系统转化过程中的动态变化

在贵州喀斯特区域一块典型的退耕弃荒洼地中央和周边坡面采集了4个土壤剖面,研究土壤有机碳（SOC）含量和δ¹³C_org值的变化.结果表明,坡面不同土壤层次SOC的变化范围为6.0～92.3 mg·kg^-1,并沿着土壤层次的加深迅速降低,变化幅度远远大于洼地土壤剖面（6.3～26.7 mg·kg^-1）.坡面土壤δ¹³C_org 介于-25.103‰和-23.666‰之间,但各剖面土层内部δ¹³C_org变化趋势不一致.洼地土壤δ¹³C_org 介于-23.495‰和- 20.809‰之间,并随着土壤层次的加深δ¹³C_org逐渐增加.洼地土壤剖面层次内C₄-C占SOC的比例随土壤层次的加深逐渐增加,与林-农生态系统转变过程中的变化趋势相反;土壤δ¹³C_org与C₃-C之间呈显著相关性（R²=0.7806,n=7）,对δ¹³C_org起到主要影响作用的是退耕弃荒后新加入的C₃-C.     

外源铜锌在我国典型土壤中的老化特征

采用室内培养的方法,研究了我国3种典型土壤——红壤、水稻土和褐土,在铜、锌单一污染和复合污染下的老化过程. 结果表明,有效态铜、锌（0.01 mol·L^-1 CaCl₂提取的金属）随时间先是快速下降,然后缓慢降低,大约90 d是转折点. 无论是在单一污染还是在复合污染土壤中,铜和锌的老化都没有显著差异,预示着这2个金属有相似的化学行为. 铜、锌在红壤、水稻土和褐土中的老化最适合二级动力学方程（R²为0.994 0～0.999 9, p<0.000 1）,而抛物线扩散方程拟合程度较差,说明金属有效形态向无效形态的转化过程（老化）并不完全取决于扩散作用,它是表面聚合/沉淀作用、有机质包裹作用、扩散作用等交互的结果. 铜锌在土壤中的老化显著受pH影响,在低pH土壤（红壤）,金属有效形态比例高,老化速率慢,速率常数k₂为4.36×10^-3～7.05×10^-3 kg·(mg·d)^-1;高pH土壤（褐土）中,金属有效形态比例低,老化速率快,k₂为1.095×10^-2～1.377×10^-2 kg·(mg·d)^-1. 也就是说,随土壤pH升高,金属的老化速率加快.     

能源微藻Chlorella vulgaris培养响应面优化及CO2联合沼液低成本培养的可行性

为了提高能源微藻Chlorella vulgaris的固碳产油性能和进一步降低其培养过程培养成本,本研究在单因素结果的基础上,通过响应面法对其进行了优化;并在优化后的条件下,探讨了采用15% CO₂联合沼液替代传统培养基BG-11培养Chlorella vulgaris的可行性.结果表明,通气速率、光照强度、温度过高或过低都不利于小球藻生长、固碳和产油.响应面优化后得出当通气速率为0.075 m³?m^-3·min^-1、温度为28.5 ℃、光照强度为4950 lx时,小球藻的固碳和产油效果最佳,其生物质产率、平均固碳速率和油脂产率分别为0.20 、0.367g·L^-1·d^-1和56.8 mg·L^-1·d^-1.利用50%沼液联合15% CO₂培养Chlorella vulgaris时,其平均固碳速率、油脂产率分别为0.3304 g·L^-1·d^-1和42.81 mg·L^-1·d^-1,此时沼液中氨氮、总磷、COD的利用率分别能够达到55.48%、41.95%和81.63%,沼液可有效替代BG-11培养基,可大幅度降低培养成本,实现废水和CO₂的资源化.     

三峡库区澎溪河不同高程消落带土壤磷形态及磷酸酶活性分布特征

磷酸酶可将有机磷矿化为无机磷,对土壤有机磷转化具有重要作用,然而目前鲜见关于三峡库区消落带土壤磷酸酶及其与磷形态转化的相关报道.研究澎溪河流域落干期不同高程消落带土壤磷形态及磷酸酶活性的分布特征,分析了磷酸酶活性与磷形态之间的相关性及其对磷形态的影响.结果表明,不同高程消落带土壤的H₂ O-P_i、NaHCO₃-P_i和NaOH-P_i含量均高于岸边土壤,生物可酶解磷含量和NaOH-P_o含量随高程增加而升高.冗余分析显示有机质和无定形铁锰含量是影响不同高程土壤有机磷形态的主要原因.消落带土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、磷酸二酯酶（以p-NP计）和植酸酶（以P计）活性均值分别为1.40、2.60、0.44和11.43 μmol ·（g ·h）^-1,且消落带土壤各磷酸酶活性随高程增加而增大,植物量和微生物量差异是导致消落带磷酸酶活性空间分布差异的重要原因.整体上消落带土壤磷酸酶活性与各有机磷形态含量呈显著正相关,而与生物可利用磷含量呈负相关.较高高程消落带土壤磷酸酶活性较高而生物可利用磷含量较低,在淹水初期磷酸酶介导的矿化有机磷为无机磷速率相对较高,向上覆水体释放磷的风险也较大.研究成果有助于全面理解三峡库区消落带土壤磷的地球化学循环.     

放牧与围栏羊草草原土壤呼吸作用及其影响因子

基于静态箱式法连续2a的测定资料,比较分析了内蒙古典型羊草草原放牧与围栏样地土壤呼吸作用及其与各影响因子的关系.结果表明:①围栏内外土壤呼吸作用日、季动态差异不大,但围栏样地土壤呼吸速率明显高于放牧样地,其平均值分别是219.18 mg·(m²·h)^-1和111.27 mg·(m²·h)^-1,围栏样地土壤呼吸作用的升高可能与地下生物量增加和土壤水分改善有关;②对影响土壤呼吸作用的因子分析表明,放牧使土壤水分和相对湿度的影响明显降低,而对气温、大气CO₂浓度和光合有效辐射的影响并不大,且放牧使羊草净光合速率的影响明显增加,而对气孔导度和胞间CO₂浓度影响不大;③围栏样地土壤呼吸作用与各影响因子的相关性从大到小依次为土壤水分、净光合速率、气温、相对湿度、大气CO₂浓度、胞间CO₂浓度、气孔导度和光合有效辐射,其中土壤水分和气温是影响土壤呼吸作用的主要环境因子,净光合速率是主要的生物因子.尽管放牧改变了土壤呼吸速率,但土壤呼吸作用各影响因子的排列顺序基本上没有改变,只是发生了量的变化.     

改性生物炭特性表征及对冶炼厂周边农田土壤铜镉形态的影响

生物炭及其改性材料由于具有较发达的比表面积和孔隙结构、丰富的表面官能团及较强的吸附能力等特性,被作为良好的环境修复材料而成为农田土壤重金属污染修复领域的研究热点.选取稻壳生物炭,采用K₃PO₄、KMnO₄和NaOH进行改性处理,利用扫描电镜（SEM）和红外光谱（FT-IR）等对生物炭表面微观形态与结构进行表征分析,并开展了90 d土壤培养试验,比较分析3种改性生物炭对冶炼厂周边农田复合重金属污染土壤中Cd和Cu的有效性和形态的影响.结果表明,改性后生物炭表面粗糙,比表面积和孔容均有不同程度的增大,其中,NaOH改性生物炭变化最为明显,分别由改性前的4.96 m²·g^-1和0.02 cm³·g^-1增至60.79 m²·g^-1和0.12 cm³·g^-1,孔径变化则与之相反;改性生物炭的官能团吸收特征峰值均发生改变,其中K₃PO₄改性生物炭的变化最为明显.添加不同改性生物炭均能显著提高土壤pH值（P<0.05）,K₃PO₄改性生物炭对土壤pH的增幅最大,为20.5%;K₃PO₄改性生物炭对土壤中Cu和Cd的有效态含量的影响也最为明显,分别降低了75.44%和67.70%;土壤中Cu和Cd的水溶态、可交换态和碳酸盐结合态比例均降低,其中K₃PO₄改性生物炭对Cu和Cd的钝化效果最好,添加量为2%时,钝化效率分别为61.06%和4.12%,Cu的钝化效率远高于Cd.综上所述,K₃PO₄改性生物炭对复合污染土壤中Cu和Cd具有较强的钝化效果.     

电子供体对地下水中高氯酸盐生物去除的影响研究

通过静态实验,考察了电子供体类型及用量对厌氧条件下微生物去除地下水中高氯酸盐的影响.结果表明,电子供体醋酸盐和H₂的加入,可以明显提高ClO₄^-的去除率,驯化后的微生物去除ClO₄^-的速率比未加入电子供体时提高约1.4~3倍.Monod动态模型能很好地拟合两种电子供体环境下ClO₄^-的微生物去除过程,分别以醋酸盐和H₂作为电子供体时,基质半饱和常数K_s为12.6 mg·L^-1和2.2 mg·L^-1,最大比基质消耗速率V_m为0.45 d^-1和0.08 d^-1.动力学参数表明,本实验条件下,异养型混合菌去除ClO₄^-的效果明显优于自养型混合菌;在少数受高浓度ClO₄^-污染的地下水环境中,为了提高ClO₄^-的去除速率只有通过增加菌体浓度或提高微生物酶的活性来实现.随着电子供体醋酸盐用量增加,ClO₄^-的(比)消耗速率逐渐增大.当初始CH₃COO^-与ClO₄^-的比例为3.80 mg(COD)/mg(ClO₄^-)时,比消耗速率v最大(0.27 d^-1).     

N-DAMO菌群的富集及其生长代谢影响因子

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（N-DAMO）是某些微生物在厌氧条件下以甲烷为电子供体和唯一碳源还原亚硝酸盐（NO₂^-）为氮气（N₂）的过程,为解决废水生物脱氮碳源不足问题提供了新思路.然而,N-DAMO菌群生长缓慢,对环境要求严苛,富集培养难度大,工程应用困难.本文以湿地土壤为菌源,通过强化富集获得一个N-DAMO菌群,并研究了主要环境因子和生长因子对其生长代谢的影响.结果表明,该N-DAMO菌群的NO₂^-还原速率可达0.27 mmol·g^-1·d^-1,其最佳培养条件为35℃、pH 7.5、NO₂^-浓度为2.0 mmol·L^-1和甲烷分压为（P（CH₄））98 kPa等.少量添加维生素液、血红素和甜菜碱等生长因子,均能刺激菌群的代谢活性,使其NO₂^-还原速率分别提高1.32、1.22和1.96倍.本研究有助于进一步了解N-DAMO菌群的生理生态特性,为其工程应用提供参考.     

渗滤液性质对含水层中污染物衰减的影响研究

通过土柱模拟实验研究了渗滤液性质对含水层中污染物衰减和微生物活动的影响.结果表明,新垃圾渗滤液、老垃圾渗滤液和雨水通过模拟柱后,其微生物活性分别在第12、17和3d达到最大值0.154、0.121和0.044;BOD5/COD分别在第12、8和6d达到最大值0.683、0.396和0.319;pH的平均升高速度分别为0.074/d、0.15/d和0.055/d;新、老垃圾渗滤液通过模拟柱后COD的平均去除率分别约为50%和10%;含水层介质对NH4+-N的吸附容量约为0.85 g/kg;另外,含水层介质有机质含量与微生物活性之间具有一定的相关性.由此可见,渗滤液的性质对含水层介质中污染物的衰减有重要影响.     

潜流人工湿地负荷变化对脱氮效果的影响研究

通过15个月的现场监测试验,研究了约40种入水负荷下人工湿地的脱氮效果,总结了芦苇、茭草、混合种植以及无植物潜流湿地在不同水力负荷和污染负荷下的单位面积出水氮负荷和去除率的变化规律.4种潜流系统入水负荷从400mg·(m²·d)^-1变化到8 000 mg·(m²·d)^-1,出水负荷小于7 000 mg·(m²·d)^-1,研究表明,潜流湿地出水负荷随着入水负荷的升高而升高,具有明显的线性相关关系.单位面积总氮的去除率在低负荷条件下随入水负荷的升高而升高,但在高负荷时单位面积去除率基本维持在一定的水平,不受入水负荷的影响,去除率变化波动较大.各系统的最佳运行范围在2 000～4 000mg·(m²·d)^-1之间,平均去除率在1 062～2 007 mg·(m²·d)^-1之间.床体间比较认为,植物床脱氮效果明显好于空白床,芦苇床、茭草床单位面积脱氮效率高出空白床63%和27%;同时考察的植物吸收量证明,植物吸收氮的量非常有限,不到去除量的5%,证明植物主要通过吸收以外的其它因素如改善水力条件和根系微环境来提高系统的氮去除效率.研究结果为潜流湿地脱氮机理的理解和设计提供参考.     

页岩-钢渣组合填料湿地强化脱氮除磷研究

以城市污水A/O工艺出水为处理对象,运用页岩和钢渣物化除磷、调控进水碳氮比和氮素氧化性等技术手段,在中试规模上研究了页岩和钢渣组合填料湿地的脱氮除磷效能及影响因素.结果表明,当COD面积负荷率、TN面积负荷率、TP面积负荷率、HRT(水力停留时间)分别为6.5～20.7 g·(m²·d)^-1、2.57～8.22 g·(m²·d)^-1、0.41～1.32 g·(m²·d)^-1、0.5～1.6d时,①氨氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为85.8%、56.3%和18.6%,TN去除率为58.0%,TN面积负荷去除率为3.58g·(m²·d)^-1,TN反应动力学常数为0.31 m·d^-1,TN面积负荷去除率随进水TN负荷的增加而线性增加.②TP去除率为90.4%,TP面积负荷去除率为0.89 g·(m²·d)^-1,TP反应动力学常数为0.86 m.d^-1,TP面积负荷去除率随进水TP负荷的增加而线性增加.③水温、HRT、氮素组分、C/N等因素对湿地系统的脱氮除磷效率有显著影响.TN面积负荷去除率随HRT、COD/TN值的增加而幂函数增加.TN面积负荷去除率随水温(、NO₂^--N+NO₃^--N)/TN值的增加而呈指数函数增加.     

基于硝酸盐液膜微电极的动态膜反硝化特性研究

制成性能良好的硝酸盐微电极与氧化还原电位(ORP)微电极,对动态膜在不同进水COD负荷下的内部反硝化过程进行研究.结果表明,动态膜中的反硝化作用出现在膜水界面0.6～1mm以下;在反硝化发生的区域,用ORP微电极测得氧化还原电位在88.6～-128.4mV之间,是反硝化发生的适宜ORP范围.当进水COD负荷为0.45 kg/(m³·d)时,动态膜的反硝化速率(以氮计)最大,可以达到0.634 7×10^-6mol/(L·s).增加进水COD负荷能够拓展动态膜内部的     

游离亚硝酸抑制硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学研究

为探究游离亚硝酸（FNA）对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属（Nitrobacter）活性抑制动力学影响,采用序批式活性污泥（SBR）反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象（宏基因组物种注释和丰度分析显示上Nitrobacter占细菌总数40.3%）,基于批次试验,考察不同FNA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）变化规律,进而拟合FNA抑制Nitrobacter活性抑制动力学模型,并进行统计学分析.结果表明,当FNA≤0.1mg/L时,随着FNA浓度升高,SNiOR迅速升高.当FNA>0.1mg/L时,SNiOR随着FNA浓度升高而降低.尤其当FNA浓度高于0.7mg/L时,SNiOR始终维持在0gN/（gVSS·d）,表明Nitrobacter活性统被完全抑制.统计学分析结果显示相对于Haldane、Aiba、Edwards-1#、Edwards-2#、Luong抑制动力学模型,Han-Levenspiel模型最适合描述FNA对Nitrobacter活性的抑制影响.其统计学常数：残差平方和（RSS）为0.02、可决系数（R²）为0.90、拟合方程的方差检验统计量F值为78.1、可信度P值为3.29×10^-12,其动力学常数值分别为：最大比亚硝态氮氧化速率（r_max）为1.57gN/（gVSS·d）;半饱和常数（K_S）为0.01mg/L;临界抑制常数（S_m）为0.66mg/L.     

添加碳源对潜流+表面流组合湿地脱氮除磷的影响

采用向ANOXIC-OXIC（A/O）工艺出水中添加城市污水的方法,在中试规模上研究了外加碳源对潜流+表面流组合湿地脱氮除磷的影响.结果表明,直接处理A/O工艺出水时（工况Ⅰ）,湿地进水COD/TN仅为1.00,(NO^-₂+NO^-₃)/TN为0.48,COD、TN和TP的面积负荷去除率分别为1.82、1.59、0.14 g·(m²·d)^-1.A/O工艺出水中添加少量城市污水后（工况Ⅱ）,湿地进水COD/TN为3.55,(NO^-₂+NO^-₃)/TN为0.44,COD、TN和TP的面积负荷去除率分别为19.03、5.42、0.29 g·(m²·d)^-1.工况Ⅱ的TN和TP面积负荷去除率分别比工况Ⅰ提高了3.4倍和2.1倍.HRT、水温、(NO^-₂+NO^-₃)/TN和COD/TN对湿地脱氮除磷效能有显著影响,在HRT为0.5～1.0d, COD、TN和TP的面积负荷率分别为3.8～38.7、5.07～13.08、0.57～1.92 g·(m²·d)^-1时, TN面积负荷去除率随HRT增加而指数下降,随水温和(NO^-₂+NO^-₃)/TN的升高而线性增加,随COD/TN的增加呈幂函数增加.TP面积负荷去除率随COD/TN的增加呈幂函数增加.     

剩余污泥碱性发酵产物对硝化过程及性能的影响

为探究剩余污泥碱性发酵产物作为碳源对硝化过程及性能的影响,建立了以污泥碱性发酵混合物作为碳源的生物脱氮(BNR)系统.投加初期,氨氧化菌(AOB)和亚硝态氮氧化菌(NOB)活性均受到抑制;16 d后AOB活性开始迅速恢复,NOB活性仍受到抑制,比硝态氮积累速率(SNaPR,以N/VSS计)由初始的0.179 1 g·(g·d)~(-1)下降至0.007 8 g·(g·d)~(-1),系统内亚硝积累率由8.12%上升至91.42%并维持稳定.将污泥发酵混合物分离为污泥发酵液和污泥发酵底泥,考察添加3种不同类型的发酵产物对硝化效果良好的全程硝化污泥硝化活性的影响.结果表明,投加污泥碱性发酵混合物和投加碱性发酵液的实验组,NOB活性皆有所下降,SNaPR由初始的0.179 3 g·(g·d)~(-1)分别下降至0.151 0 g·(g·d)~(-1)和0.161 7 g·(g·d)~(-1);投加发酵底泥的实验组,NOB的活性有所上升,SNaPR由0.179 3 g·(g·d)~(-1)上升至0.186 4 g·(g·d)~(-1).因此,当利用污泥发酵混合物和发酵液作为碳源时,在硝化过程中,能抑制系统内NOB的活性,实现短程硝化过程,有利于加速硝化速率及节省该类型碳源的投加.     

鼠李糖脂与疏水底物及其降解菌的相互作用

通过鼠李糖脂对假单胞菌GP3A菌株降解芘的增溶和降解实验,研究了在鼠李糖脂作用下,菌体细胞表面疏水性和脂多糖含量的变化、菌体表面基团与生物表面活性剂分子的键合作用以及相应疏水底物的增溶和降解．结果表明,当鼠李糖脂浓度高于其临界胶束浓度（60mg·L^-1）时,能显著增加疏水底物芘的表观溶解度;生物表面活性剂能通过溶出细...     

微气泡曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

同步硝化反硝化(SND)是废水处理中的新型生物脱氮工艺,和传统生物脱氮工艺相比具有显著的应用优势.本研究采用微气泡曝气固定床生物膜反应器,研究了SND过程中污染物去除效果并检测了生物膜功能菌群的变化情况.结果表明,在微气泡曝气固定床生物膜反应器内可以实现同步硝化反硝化,通过提高进水COD负荷和C∶N比,降低溶解氧(DO)浓度,同时增加填料床层孔隙率,可以改善SND效果.当进水COD负荷和总氮(TN)负荷为0.86 kg·(m3·d)-1和0.10 kg·(m3·d)-1,且填料床层孔隙率为81%时,COD和TN的去除率分别为97.6%和70.2%,实现了COD和TN的同步高效去除;同时,微气泡曝气对氧传质的强化作用使得氧利用率高达91.8%.此外,生物膜活性和硝化及反硝化功能菌群的变化,与反应器COD、氨氮和TN去除能力的变化基本一致.     

配水管网细菌活性影响因素

为研究配水管网水中细菌活性的变化规律,以北方某市试验室模拟配水管网为对象,应用荧光显微镜对经吖啶橙染色的细菌进行直接镜检并计数,以更准确地对细菌活性进行定量分析.以活菌数占细菌总数的比值来表征整体细菌活性,并研究多种因素对配水管网水中细菌活性的影响.结果表明,吖啶橙染色荧光显微镜直接镜检应用于管网水中细菌计数能够快速得到较稳定的结果,计数结果重现性好.试验水样中的活菌数10~3~10~4cells·m L~(-1),细菌总数10~4~10~5cells·m L~(-1).管网水中整体细菌活性与水温、浊度和流速都存在正相关关系;与运行稳定后的水中余氯存在负相关关系.模拟配水管网水中常见形态的细菌对次氯酸钠消毒剂的耐受能力依次为:短杆形菌球形菌长杆形菌弧形菌,并且杆形菌恢复活性和再繁殖的能力较强.夏季水样中短杆形菌多于冬季.