巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

城市污水处理厂进水氨氧化菌对活性污泥系统的季节性影响

为考察进水氨氧化菌（AOB）对活性污泥系统的季节性影响,对未设置初沉池的西安市第二污水处理厂中进水及活性污泥的氨氧化活性及群落结构进行长期调查分析.结果表明,进水及活性污泥的比氨氧化速率（SAUR）分别为0.48~3.02 mg·（g·h）^-1和0.68~2.25 mg·（g·h）^-1,相关性分析结果显示进水SAUR与次月活性污泥SAUR高度相关（r=0.862,P<0.05）,表明进水硝化菌对活性污泥硝化性能有显著影响.根据硝化活性计算的进水AOB对活性污泥的接种强度为0.21~0.92 g·（g·d）^-1,因此,在优化活性污泥模型及污水厂设计时,有必要考虑到进水硝化菌的迁移作用.qPCR结果显示,进水及活性污泥中AOB丰度分别为1.32×10⁸~2.36×10⁹cells·g^-1和1.12×10¹⁰~1.19×10¹⁰ cells·g^-1,而冬季活性污泥中AOB丰度虽有降低,但仍保持在10¹⁰ cells·g^-1,这说明进水硝化菌的迁移能缓解因温度降低而导致的活性污泥硝化菌丰度下降.Illumina MiSeq测序结果表明,进水和活性污泥中具有共同的优势AOB,分为Nitrosomonas sp.Nm58、Nitrosomonas sp.JL21和bacterium CYCU-0253.     

高含固厨余垃圾垂直流厌氧处理系统的构建与启动

我国厨余垃圾产量巨大，含固率在25%左右，不适于填埋，厨余垃圾处理亟待寻找其他出路.本研究在中温（（37±1）℃）条件下，构建了垂直流厌氧处理系统处理高含固厨余垃圾，并对其启动阶段运行效能及启动后系统微生物群落结构进行了分析.稳定运行后，系统容积负荷为9.79 g·L^-1·d^-1，挥发性固体（VS）降解率为80.57%±4.10%，比产气率（SBP）和比甲烷产率（SMP）分别为（0.748±0.078）L·g^-1·d^-1和（0.405±0.052）L·g^-1·d^-1，系统缓冲能力强，具有良好的产气能力，不存在酸抑制和氨抑制的情况.对不同位置的微生物群落结构进行分析，细菌在反应器主体的优势菌为Chloroflexi菌门中的Levilinea菌属，参与碳水化合物水解酸化的细菌分布较广；古菌的优势菌属则为Methanothrix、Methanobacterium和Methanolinea，均与产甲烷有关.     

叶酸对厌氧氨氧化细菌脱氮性能的影响研究

考察了叶酸对厌氧氨氧化细菌对污水脱氮性能的影响,并从胞外聚合物（EPS）、血红素及细胞合成等方面进行了机理分析.结果表明,在叶酸添加量分别为0.5、1.0和1.5 mg·L^-1时,均可提高厌氧氨氧化细菌的污水脱氮性能,且当叶酸浓度为1.5 mg·L^-1时,脱氮性能最好.与对照组相比,在1.5 mg·L^-1的叶酸添加量时,总氮去除率（TNRR）提高到45.3 mg·g^-1·d^-1,增加了32.1%;总EPS提高到175.9 mg·g^-1,增加了66.6%;血红素含量提高到2.35 mg·g^-1,增加了26.4%;厌氧氨氧化细菌功能基因总拷贝数提高到（2.87×10⁸±1.79×10⁷）copies·g^-1,增加了11.1%.经叶酸刺激培养后,污泥系统中的浮霉菌门相对丰度增加了3.5%,系统中占主导地位的厌氧氨氧化细菌为Candidatus Brocadia.     

水热/臭氧预处理促进餐厨垃圾中典型废弃油脂厌氧发酵产甲烷

为了缓解餐厨垃圾中大量未降解油脂包覆微生物,对厌氧发酵产生严重抑制的问题,本文采用水热或臭氧预处理有效降解油脂,预处理进行厌氧发酵.扫描电子显微镜和傅里叶变换-红外光谱分析表明,经过水热或臭氧预处理后,厌氧发酵过程油脂降解程度提高.经过臭氧预处理的火锅废油厌氧发酵甲烷产率提升至（854.20±10.28） mL·g^-1（每克有机质干重所产生的甲烷量,以毫升计,下同）,在第20 d达到产甲烷速率峰值（122.06±3.46） mL·g^-1·d^-1,较之未处理组达到甲烷峰值速率的时间缩短4 d,甲烷产率提升17.4%.总体能量转化效率由未经预处理的64.88%提升到臭氧预处理后的76.18%,说明臭氧或水热预处理可以促进油脂的降解,并且提高产甲烷菌对底物的利用从而提高发酵产甲烷的效率,从而在一定程度上缓解目前工业生产中存在的油脂难以降解以及包裹厌氧微生物的问题.     

人工湿地沟壕系统中硝酸盐异化还原成铵细菌群落特征研究

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，是将易损失的NO₃^--N转化为NH₄⁺-N，而被植物或微生物重新吸收利用，从而有助于湿地沉积物的氮保留.本研究选取石臼漾人工湿地冬、夏两季沟壕中心、边缘表层沉积物，采用高通量测序等分析方法，研究了DNRA细菌群落结构特征.研究结果表明：在空间尺度上，沟壕中心DNRA细菌丰度高于沟壕边缘，分别为（2.26±1.19）×10⁹和（1.22±1.46）×10⁹ copies·g^-1.在时间尺度上，冬夏两季样品中DNRA细菌丰度具有显著性差异（p<0.05）.多样性分析表明，沟壕中心沉积物的DNRA群落丰富度高于沟壕边缘.所有样品中占比最高的DNRA属为Caldilinea（69.75%±3.64%）、Anaeromyxobacter（66.41%±1.19%）.Caldilinea属在夏季样品的占比（39.78%±5.15%）高于冬季样品（29.98%±0.57%），而Anaeromyxobacter属在沟壕中心的占比（35.14%±0.83%）高于沟壕边缘（31.28%±0.76%），且小沟（34.33%±1.40%）高于大沟（32.08%±1.33%）.主坐标分析（PcoA）结果表明，DNRA细菌群落结构具有明显的时间异质性.DNRA细菌丰度与有机质（TOM）、碳氮比（C/N）和含水率（MC）显著相关.本研究揭示了人工湿地沉积物中DNRA细菌的丰度、群落组成、多样性及其与环境因子的关系.     

渭河陕西段浮游植物群落结构时空变化与影响因子分析

浮游植物是水生态系统的初级生产者,其群落结构与水环境密切相关.为了解渭河陕西段浮游植物群落结构时空格局及其与环境因子的关系,更好地进行水资源和水生态保护,于2017年9月—2018年4月在丰水期和枯水期对该河段设定的9个研究断面,27个采样点位进行浮游植物群落结构和水环境因子调查监测,共检出浮游植物8门69种,群落结构分析表明,枯水期浮游植物种类数高于丰水期.浮游植物细胞密度和生物量变化分别为84.9×10⁴~3868.3×10⁴ cells·L^-1、0.268~20.978 mg·L^-1,丰水期平均密度（1490.0×10⁴ cells·L^-1）和平均生物量（7.864 mg·L^-1）显著大于枯水期（354.8×10⁴ cells·L^-1、1.152 mg·L^-1）.优势种分别为6种和8种,主要以绿藻门和硅藻门为主.浮游植物Shannon-Wiener指数（H''）、Pielou均匀度指数（J）、Margalef丰富度指数（d）均表明丰水期浮游植物多样性高于枯水期,9个采样断面的水质总体评价呈现出无污染或轻度污染至中轻污染状态.典范对应分析（CCA）排序结果表明,影响枯水期浮游植物群落结构的主要环境因子为总磷（TP）、pH和总溶解性固体（TDS）,TP和高锰酸盐指数（COD_Mn）是影响丰水期浮游植物群落结构的主要环境因子.     

玉米芯和稻草秸秆强化潜流人工湿地对低C/N污水的处理效果

人工湿地在处理低C/N污水时存在碳源缺乏而严重限制反硝化进行的问题.为了补充反硝化需要的碳源,选择了玉米芯和稻草秸秆作为外加碳源引入湿地系统,对比两种碳源对湿地脱氮的强化效果.结果表明,通过11 d的纯水浸提释放实验发现,碳素累积释放量：稻草秸秆［（145.17±9.44） mg·g^-1］>玉米芯［（57.41±5.04） mg·g^-1］;氮素累积释放量：稻草秸秆［（2.31±0.09） mg·g^-1］>玉米芯［（0.66±0.08） mg·g^-1］.在观测的时间内,玉米芯和稻草秸秆累积释放碳氮比平均值分别为94.78和63.64.相比于稻草秸秆,玉米芯更适合作为外加碳源.在为期58 d的潜流人工湿地实验中,发现除了第8~12 d,添加玉米芯和稻草秸秆人工湿地出水中ρ（COD）超过50 mg·L^-1外,其它时间都低于50 mg·L^-1.在观测期间,添加玉米芯人工湿地的NO₃^--N去除率为93%~99%,具有良好的反硝化性能.而添加稻草秸秆人工湿地在运行后期NO₃^--N去除率最低只有76.8%,反硝化速率明显下降.对照组NO₃^--N去除率只有76.2%~77.7%,出现了明显碳源不足的现象.碳源不足还造成了NO₂^--N的蓄积.添加稻草秸秆和对照组人工湿地中NO₂^--N的出水质量浓度分别是玉米芯人工湿地的2.5~6倍和6~26倍.与添加稻草秸秆比,添加玉米芯可以使人工湿地中NO₂^--N出水质量浓度得到更显著地降低（P<0.05）.玉米芯、稻草秸秆和对照组人工湿地TN去除率分别为83.75%~93.49%、76.59%~78.85%和67.85%~72.56%,三者之间存在显著性差异（P<0.01）.最后,通过对玉米芯进行了稀碱加热预处理,使玉米芯的碳素累积释放量提高到（93.73±17.49） mg·g^-1,累积释放的碳氮比提高至175.8,进一步提高了玉米芯的释碳性能,表现为更合适的外加碳源.     

稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.     

玛瑙河多环境介质和铜锈环棱螺体内微塑料的赋存特征

微塑料污染对水生态系统及人类健康危害大,为探究微塑料在不同环境介质中的赋存特征,选择长江一级支流玛瑙河为研究区域,通过现场采样、显微镜观察和傅里叶红外光谱测定等,对玛瑙河表层水体、沉积物、河岸带土壤和底栖动物铜锈环棱螺中微塑料的丰度、粒径、形状、颜色和组成类型进行了分析.结果表明,玛瑙河表层水体的微塑料平均丰度为（5.9±0.26）n·L^-1;上层沉积物中微塑料丰度（以干重计）为（1.35±0.1）n·g^-1,下层沉积物中微塑料丰度（以干重计）为（0.93±0.12）n·g^-1;近河岸带土壤中微塑料丰度（以干重计）为（0.68±0.16）n·g^-1,远河岸带土壤中微塑料丰度（以干重计）为（0.69±0.14）n·g^-1;铜锈环棱螺体内微塑料丰度为（2.06±0.25）n·g^-1.分析发现,上层沉积物和下层沉积物中微塑料丰度呈正相关;铜锈环棱螺体内微塑料丰度分别与上、下层沉积物中微塑料丰度呈正相关;近、远河岸带土壤中微塑料丰度具有相关性.各环境介质和铜锈环棱螺体内微塑料粒径大多<0.1mm,主要形态为纤维状和碎片状,颜色以蓝色和黑色为主,成分主要是聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）.研究发现,河岸带土壤中微塑料主要来源于农用塑料薄膜的破碎和分解.通过多环境介质调查和铜锈环棱螺体内微塑料的分析,探明了大型底栖动物体内微塑料的累积效应,可为全面了解微塑料潜在生态风险提供依据.     

游离亚硝酸对好氧/延长闲置序批式反应器除磷性能的影响

以合成废水为研究对象,在好氧/延长闲置序批式反应器中研究不同浓度游离亚硝酸对系统除磷性能的影响.通过分析闲置期聚磷水解及微生物体内各储能物质的变化及不同反应器的除磷效果,探究其可能存在的影响机理.结果表明,游离亚硝酸浓度为5.13×10-5mg·L-1时对反应器除磷效果及沉降能力抑制不明显,而当游离亚硝酸浓度达到5.13×10-4mg·L-1时,磷的平均去除率降至40.5%,反应器中出现严重的污泥膨胀,污泥沉降指数值最高达310 mL·g-1.典型周期分析表明,游离亚硝酸可影响聚磷菌对碳源的吸收和胞内聚羟基脂肪酸酯的合成,进而影响好氧吸磷及闲置期聚磷水解.恢复试验表明,当游离亚硝酸浓度高于2.57×10-4mg·L-1时,撤销影响后系统的除磷能力和沉降性能虽有明显回升,但无法恢复至初始水平.     

龙川江楚雄站碳侵蚀通量的动态分析

选取龙川江楚雄水文站进行了为期3年的采样,分析了水体中各形式碳的含量,并估算各碳的输送通量.结果表明:楚雄站3年的碳通量(FTC)分别为27.12×106g·km-2·a-1、24.87×106g·km-2·a-1和10.34×106g·km-2·a-1,分析流域在对碳输送过程中,以输送无机碳为主,分别占输送总量的89.7%、90.3%及91.9%;而汛期碳输送量分别占全年总量的90.9%、84.9%和83.8%,表现出流域汛期对碳的搬运量远远高于非汛期;溶解性有机碳通量(FDOC)与颗粒有机碳通量(FPO C)平均比为0.82,不同季节表现情况不一,非汛期溶解性有机碳(DOC)与颗粒有机碳(POC)含量相当,汛期机械侵蚀作用增强,导致FPO C远远大于FDOC,反映汛期对流域侵蚀作用以机械剥蚀为主,化学侵蚀为辅.研究期内恰遇2008年一场洪水,11月碳的侵蚀通量为8.53×106g·km-2·a-1,其中溶解性无机碳(DIC)、溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)的输送量分别为7.37×106、0.36×106、0.80×106g·km-2·a-1,分别占2008年全年相应形式碳总量的33.3%、34.4%和59.9%,为当年非汛期碳侵蚀总量的2.3倍,反映洪水期的碳输出量对流域碳输出总量及构成存在不可忽略的贡献.     

高效除磷渗滤床填料筛选及连续流动态运行特性

磷是造成水体富营养化的重要因素之一,深度去除污染水体中的磷,具有重要的环保意义.为此,本研究比较了多种填料包括海绵铁及其改性填料、钢渣、活性氧化铝、活性炭的吸附除磷特性及动力学,探究了除磷机理,构建了高效除磷渗滤床,考察了动态连续流运行条件下的除磷特性.结果表明酸改性海绵铁具有最高的饱和磷吸附容量,为19.45 mg·g^-1,碱改性海绵铁、活性氧化铝、钢渣、未改性海绵铁及活性炭的饱和磷吸附容量分别为10.91、8.70、7.73、3.39和1.34 mg·g^-1.在此基础上,利用高效除磷填料酸改性海绵铁和钢渣构建了除磷渗滤床,开展了连续240 d的连续流实验,在磷容积负荷为6 g·d^-1·m^-3条件下,渗滤床累积磷吸附量达到10215 mg,单位容积吸附量达到1.62 kg·m^-3.总之,利用酸改性海绵铁和钢渣构建的除磷渗滤床具有较高的除磷效率和性能,可以作为除磷单元与现有的水污染治理及净化工艺耦合,提高或拓展系统除磷功能.     

三氯生及其降解中间产物对活性污泥中微生物群落变化和硝化反硝化功能基因的影响

三氯生（TCS）对活性污泥中氮循环和微生物群落的长期影响尚不清楚.在长期运行185 d的序批式反应器（SBR）进水中添加100 g·L^-1的TCS,探讨了TCS在活性污泥中的转化特性及其对活性污泥的生长、硝化反硝化性能及关键氮代谢功能基因和微生物群落结构的影响.添加TCS的反应器中硝酸盐浓度为3.80～9.11 mg·L^-1,略低于不添加TCS的空白组(6.66～9.72 mg·L^-1),说明其硝化作用被减弱.随着驯化时间的延长,硝化作用逐渐恢复. TCS在活性污泥迁移转化过程中总共检测出12种代谢中间产物,推导出4种迁移转化路径.添加TCS后,对TCS有潜在降解效能的细菌的相对丰度明显增加,如：Flavobacteriales和Myxococcales目,分别为2.95%～9.07%（第0～185 d）和2.01%～4.53%（第0～90 d）.与硝化作用有关的菌属,如：Nitrosovibrio、Nitrosomonas（氨氧化菌,AOB）和Nitrospira（亚硝酸盐氧化菌,NOB）的相对丰度急剧减少,分别为0....     

汞在小浪底水库的赋存形态及其时空变化

为了解小浪底水库汞的赋存状况,采用冷原子荧光光谱法测定了小浪底水库水体、表层沉积物、沉积物间隙水以及鱼类肌肉样品中的总汞,采用乙基化衍生-气相色谱-原子荧光法测定了上述样品中的甲基汞,进而分析了小浪底水库鱼体中汞的富集状况.结果表明,小浪底水库水体中丰、枯水期总汞浓度分别为0.71~1.42 ng·L-1和0.90~2.49 ng·L-1,均符合国家地表水环境质量标准(GB 3838-2002)一类水汞浓度标准限值,水样中未检出甲基汞.丰、枯水期沉积物中总汞浓度分别为51.74~90.42 ng·g-1和95.66~172.52 ng·g-1,甲基汞浓度分别为0.09~0.26 ng·g-1和0.18~0.39 ng·g-1,甲基汞浓度较低,这可能与水体底层溶解氧浓度较高以及沉积物中有机碳浓度较低有关.丰、枯水期沉积物间隙水总汞浓度分别为4.27~9.49 ng·L-1和5.46~41.04 ng·L-1,甲基汞浓度分别为0.09~0.99 ng·L-1和0.07~1.01 ng·L-1,间隙水中总汞和甲基汞浓度明显高于上覆水体,与水体间存在汞浓度梯度,可能存在从沉积物间隙水向水体中的扩散.鱼体肌肉总汞浓度在43.47~304.98 ng·g-1之间,甲基汞浓度为10.77~265.23 ng·g-1,甲基汞低于食品安全国家标准规定的污染物限量(GB 2762-2012)(非肉食性鱼500 ng·g-1和肉食性鱼1 000 ng·g-1).水库鱼体总汞的生物富集系数分别为鳙鱼1.3×105,梭鱼9.3×104,鲫鱼4.7×104,白条5.0×104,黄颡鱼1.7×105,弓鱼3.9×104.     

磷酸水热预处理制备高比表面积高介孔率活性炭

以锯末为原材料,采用磷酸水热预处理后活化的工艺制备高介孔率活性炭,以比表面积和孔容为评价标准,通过单因素实验探究了酸料比、活化温度、活化时间对活性炭比表面积及总孔容的影响规律,验证了该工艺的可行性.最优条件下所制备的活性炭比表面积为2579 m~2·g~(-1),介孔率达到96.6%,充分说明磷酸水热预处理工艺能够显著提高活性炭介孔孔容占比.亚甲基蓝(MB)吸附实验数据与Redlich-Peterson模型拟合度较好,样本活性炭对MB的吸附为单分子层吸附,最大单层吸附量为618.35 mg·g~(-1),接近于实验测试值632.79 mg·g~(-1),表明该方法制备的活性炭具有良好的MB吸附性能.     

活性炭吸附石化二级出水有机物去除特性研究

采用活性炭对某石化二级出水进行吸附研究,考察了静态和动态试验下,活性炭对石化废水二级出水COD的去除效果,并讨论了吸附前后水中有机物的组分和相对分子质量的变化.结果表明:静态试验中,活性炭对石化废水二级出水的COD的饱和吸附量为1.1 mg·g-1,吸附速率为0.7 mg·min-1;通过动态试验得到了吸附的最佳条件,即HRT=1 h,水力负荷为0.76 m3·m-2·h-1,此时COD的去除率可达49.9%,出水COD低于50 mg·L-1.相对分子质量分级和树脂分级分析结果表明,活性炭对石化废水二级出水中相对分子质量小于5000的小分子有机物有较好的吸附效果,该组分被活性炭吸附的COD所占比例为59.72%,活性炭吸附作用对水中不同相对分子质量有机物分布影响不大;活性炭对石化废水中有机物组分的去除效果排序依次为:疏水碱性物质(HOB)疏水酸性物质(HOA)亲水中性物质(HIS)疏水中性物质(HON),对HOB和HOA的去除率可达到79%和61%,对HIS和HON的去除效果不佳.