氟喹诺酮对垂直流人工湿地性能及微生物群落的影响

为研究多种氟喹诺酮对人工湿地净化能力和微生物群落的影响,在人工湿地进水中添加两个月氧氟沙星、诺氟沙星和环丙沙星,监测水质变化和微生物群落变化.结果表明,进水中添加抗生素后,COD去除率逐渐降低,最低达到70.94%,但其可随着时间的延长逐步恢复.TP去除率在添加抗生素后也出现下降并有较大波动.氨氮去除率维持稳定状态.可见,氟喹诺酮对人工湿地的COD和TP净化能力有较大影响,对氨氮去除无显著影响.微生物群落方面,抗生素添加前后的Shannon指数和Shannoneven指数无显著变化,但Chao1指数显著增加.对比前和后两组的群落构成发现,Proteobacteria的相对丰度明显减小(从44.90%降低至34.12%),但其仍是优势种群,Firmicutes的相对丰度明显增加(从2.55%增加至10.55%).纲水平上,β-Proteobacteria相对丰度从17.03%降低至8.36%,Clostridia、Bacilli、Bacteroidia相对丰度分别从0.50%、1.85%、0.10%增加至4.21%、4.64%、2.56%.在属的分类水平上,Dechloromonas和Pseudarthrobacter的相对丰度明显下降,分别从8.56%、5.10%下降至3.16%、1.53%,Trichococcus、Tessaracoccus和Desulfovibrio的相对丰度则分别从0.66%、0.03%、0.02%增加到了3.84%、3.83%、2.06%.因此,氟喹诺酮使人工湿地中的微生物群落发生了转变.     

人工湿地处理含盐生活污水的特性研究

将人工湿地应用于含盐生活污水处理,在0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%等不同进水NaCl盐度水平下,研究了进水盐度对人工湿地运行效果及基质微生物数量和酶活性的影响,结果表明,当进水盐度在1.5%及以下时,人工湿地运行受盐度的影响较小,对COD的去除率保持在68.3%以上,对NH4+-N的去除率保持在66.1%以上.当进水盐度达到2.0%,人工湿地基质中细菌、真菌、放线菌和硝化细菌的数量明显减少,基质脲酶、纤维素酶活性也相应下降,导致人工湿地对污染物的去除率也随之下降,其中COD去除率降低至52.9%,NH4+-N去除率降低至50.3%.实验进一步研究了在1.5%进水盐度下人工湿地的水力条件对净化效果的影响.结果表明,相对于有机物,氮的去除受HRT的影响更大,当人工湿地的HRT由3～5 d降低至2 d时,NH4+-N的去除率从65.1%～78.2%降至47.1%.     

新型复合流人工湿地处理食品加工废水的探索

针对农副产品加工园区食品加工行业产生的废水,在沈阳市辉山明渠河口湿地污水处理厂构建中试规模的新型复合流人工湿地,通过对比研究明确该湿地对化学需氧量(COD)、氨氮(NH_3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的处理效果。结果表明,垂直流人工湿地(VSF)和复合流人工湿地(HVC)对COD的平均去除率分别为39.69%、45.56%;对氨氮的平均去除率分别为51.23%、80.96%;对TN的平均去除率分别为35.80%、57.30%;对TP的平均去除率分别为48.80%、80.24%。新型复合流人工湿地通过灵活的布水方式,营造出适宜微生物生存的溶解氧和温度环境,对有机物和氮磷的分解和吸收过程都比较完整。但是,复合流人工湿地需要控制进水的污染物浓度,超高浓度的污水将使湿地植物的生长和微生物环境遭到破坏。     

冬、夏两季组合湿地系统的净化力对比分析

建立了用以处理污染河流水体的"表面流湿地-垂直流湿地-稳定塘"组合人工湿地系统,日处理水量为7万t,水力停留时间为24 h,对比分析了组合人工湿地系统冬、夏两季的水体净化力。结果表明:冬、夏两季组合湿地系统出水中COD、氨氮、TP、TN月均值可达GB 3838—2002《地表水环境质量标准》IV类标准,不同单元之间净化力差异显著,垂直流湿地贡献率最大;组合湿地系统对COD和氨氮去除率存在显著的季节性差异,冬季对COD和氨氮的平均去除率分别为25.97%和30.26%,显著低于夏季的43.07%和54.20%;组合湿地系统对氮、磷去除效果季节性差异不显著,冬季对TN和TP的平均去除率分别为48.35%和59.26%,而夏季组合湿地系统对TN和TP的平均去除率分别为48.87%和55.26%。要克服冬季对组合湿地系统净化力的影响,需考虑增强垂直流湿地单元的吸附过滤功能和提高湿地系统冬季的生物活性。     

垂直潜流人工湿地低温净化效果及其与微生物作用关系

人工湿地净化过程受基质、微生物及植物的多重作用,但有关湿地系统水质净化效果与微生物之间的关联及响应机制的认识较为匮乏.本文针对垂直潜流人工湿地,分析了其低温条件下水质净化效果,通过16S rDNA扩增子测序技术,在OTU水平上利用微生物丰度聚类热图和基于Bray-Curtis距离的NMDS分析,揭示了湿地基质微生物群落结构的时空变化及其与主要水质指标之间的相互作用关系.结果表明,湿地对TN、COD的去除效果较好,但对TP的去除效果不佳.基质微生物群落时空变化显著,与湿地净化效果密切相关,革兰氏阴性菌门类众多和假单胞菌属相对丰度较低,分别是TN去除效果较好和TP去除效果不佳的重要原因.COD、DO是影响微生物群落的主要因子,而氮含量在一定程度上影响脱氮微生物的活跃度.基质微生物在湿地运行2周后,对污染物去除的介导作用稳定,建议设立这一关键时间点,并辅以菌群、碳源投入等措施,提升湿地的净化效果.     

陶粒复合垂直流人工湿地对污水季节性处理效果的试验研究

研究了四种陶粒组合、一种石灰石碎石5套复合垂直流人工湿地在不同季节处理生活污水的运行效果。结果表明:陶粒组合人工湿地系统对COD、TP、NH3-N的去除效果均优于石灰石碎石湿地;复合垂直流人工湿地对COD的去除效果在冬季有所下降,但仍保持在50%以上;湿地系统对TP去除率受季节性变化影响不显著,但随着复合垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率缓慢下降;1号~5号人工湿地对氨氮的去除率分别从秋季42.0%、55.1%、61.1%、49.9%、50.2%下降至冬季21.9%、31.0%、36.5%、28.5%、29.2%,春、夏季处理效率开始回升,并保持稳定的状态。     

进水碳氮比对生物膜微生物群落及系统脱氮性能的影响

为了解析进水C/N对生物膜法处理性能的影响,研究了C/N从2. 5下降至0. 14过程中生物膜形态特征及微生物群落结构的变化。生物膜系统在进水C/N为2. 5条件下启动并运行54 d,生物膜污泥浓度增至19. 6 mg/cm3,生物膜呈黑色且形态疏松,系统氨氮去除率由初始的88%逐渐降至20%。进水C/N降低至0. 14并继续运行105 d,进水C/N降低后,生物膜逐渐脱落,生物膜污泥浓度降至10. 1 mg/cm3。随后生物膜的生物量开始稳定,并逐渐增至C/N降低前的水平,氨氮去除率逐渐恢复最终达到88%。进水C/N波动对生物膜形态和微生物群落均有显著影响。随着进水C/N降低,生物膜形态密实呈砖红色,微生物多样性增加,生物膜中的放线菌门相对丰度减少,绿弯菌门和变形菌门相对丰度增加,Denitratisoma、Nitrosomonas和厌氧氨氧化菌逐渐被富集,生物膜系统逐渐稳定,实现了良好的脱氮效果。     

三价铁对有机物存在下厌氧氨氧化脱氮的影响

考察了三价铁（2.24~7.84mg/L）存在下厌氧氨氧化系统对有机物的耐受性能,并通过16SrRNA高通量测序技术和定量PCR探究其机理.结果表明,进水COD浓度为50和100mg/L时,4个反应器的氨氮和总氮去除率均较高（>90%）,三价铁的强化作用不明显;进水COD浓度继续升高（150和200mg/L）,厌氧氨氧化受到抑制,三价铁的强化作用逐渐增加;COD浓度为200mg/L时,添加三价铁（7.84mg/L）可将氨氮和总氮去除率由61.3%和79.8%（对照组）提升至71.2%和84.7%.16SrRNA高通量测序技术表明,有机物存在下,污泥微生物群落结构出现变化,主要表现为厌氧氨氧化菌丰度的降低及反硝化菌群的大量增殖,进水添加三价铁可提高浮霉菌（Planctomycetes）的丰度.定量PCR结果表明,三价铁能够提高厌氧氨氧化菌16S rRNA及功能基因hzsB的丰度.     

氨氮浓度对MBBR工艺中微生物群落结构的影响

采用移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor,MBBR）处理模拟废水,考察进水氨氮浓度（20,30,50,100,200 mg/L）对MBBR工艺处理效果的影响,并利用16S rDNA高通量测序技术,分析微生物群落结构变化。结果表明:氨氮浓度为30~100 mg/L时,氨氮浓度越小,越有利于氨氮的去除,对COD去除率影响较小。氨氮浓度为20,50,200 mg/L时,Ottowia为第1优势菌属,相对丰度分别为66.76%、34.40%、53.88%,而氨氮浓度为30,100 mg/L时,Ottowia优势地位被Arcobacter、Hydrogenophaga等取代,说明微生物群落结构发生波动性变化可能与各类起反硝化作用的菌属和Ottowia菌属争夺优势地位有关。与自养型硝化作用有关的菌属相对丰度稳定在0.3%左右,相对丰度受氨氮浓度影响不大,高浓度氨氮对硝化菌属产生的抑制作用,可能是对其微生物活性的抑制。通过研究发现,进水氨氮浓度对MBBR生物膜中的微生物群落结构有一定的影响。     

复合垂直流人工湿地污染物去除特点及微生物群落多样性PCR-TGGE分析

采用复合垂直流人工湿地系统对生活污水进行处理,研究该系统对污水中主要污染物的去除效果,并采用PCR-TGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构组成的多样性。结果表明,污染物浓度沿水流方向呈下降趋势,氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(COD)平均去除率分别为59.5%、67.5%、75.6%、62.3%。溶解氧(DO)沿程逐渐降低,但在末端略有上升,pH基本维持在7.72~8.04,污染物去除效果良好;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,系统中不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属,且微生物多样性指数从A1池至A3池沿程逐渐降低,群落结构间的相似性逐渐增大;系统中污染物去除与微生物多样性呈正相关关系。     

人工湿地去除污水中抗生素及其抗性基因研究进展

针对污水中抗生素及抗生素抗性基因的存在及潜在危害,总结了人工湿地去除污水中抗生素及其抗性基因研究的最新进展。已有研究表明:人工湿地对污水中抗生素的去除率为60%~100%,对抗生素抗性基因的去除率为10%~100%,季节、进水水质、水力停留时间、温度、pH、微生物、植物、基质等是影响人工湿地去除抗生素及其抗性基因的主要因素,微生物降解、光降解、吸附、植物吸收和植物降解是主要去除机制。人工湿地虽然可以去除抗生素及其抗性基因,但抗生素在基质的富集以及出水抗生素抗性基因丰度的增加会带来潜在风险,值得关注。新型人工湿地处理技术对抗生素及其抗性基因和传统污染物的协同去除机制,以及人工湿地各要素的去除机理和贡献、耦合生物电化学作用的人工湿地技术是未来的重要发展方向。     

石灰石和黄铁矿-石灰石人工湿地净化河水的研究

利用石灰石和黄铁矿-石灰石水平潜流人工湿地处理受到污染的河水,了解它们对河水中污染物,尤其是对氮和磷的去除效果,并分析这些矿物的作用,考察了水力停留时间变化对2种人工湿地污染物净化效果的影响.结果表明,污染物去除效果的最佳停留时间出现在3 d左右,COD、TN和TP的平均去除率分别达到51%、70%和95%.在相同进水水质和水力负荷运行条件下,石灰石和黄铁矿-石灰石这2种人工湿地对COD的平均去除率分别为53.93%和51.66%,对NH4+-N的平均去除率分别为82.13%和77.43%,对TN的平均去除率分别为66%和72.06%,对TP的平均去除率分别为50.9%和97.35%.2种人工湿地对COD的去除效果差距不大,黄铁矿-石灰石人工湿地的脱氮除磷效果优于石灰石湿地,对磷有较好的去除效果,不受温度影响且净化效果稳定,适宜长期稳定运行.     

人工湿地与臭氧联合处理技术用于以再生水为补水水源的景观湖净化

采用人工湿地与臭氧联合处理技术,深度净化以污水厂尾水为再生水的补水水源,及对景观湖水进行循环净化,保证景观湖水质和水量。介绍了系统的工艺设计,并对运行后的水质进行检测分析。人工湿地系统以净化后污水厂尾水作为景观湖补水,水力负荷为0.268 m~3/(m~2·d)时,COD和BOD_5去除率可达60%以上,氨氮和TN去除率达80%以上,TP去除率达70%。人工湿地用于湖水循环净化,水力负荷为1.07 m~3/(m~2·d)时,人工湿地对污染物的总去除率为40%~50%。为防止湖水富营养化,阶段性启动臭氧系统进行湖水脱色、除臭处理,当臭氧投加量为3 mg/L时,对色度去除率可达80%,对氨氮去除率可达40%以上。     

点源炼油废水处理系统微生物多样性及代谢功能研究

为了探明点源炼油废水处理系统（简称"系统"）沿程微生物多样性及其活动规律,采用高通量测序技术开展废水微生物群落结构及代谢功能研究.结果表明:①各单元出水Shannon-Wiener指数和Ace指数基本呈上升趋势,均表现为进水 < 涡凹气浮池 < 斜板气浮池 < 调节池 < A/O池.②微生物群落组成显示,各单元出水微生物群落结构差异显著（Bray-Curtis ANOSIM=0.388 1,P=0.008）;进水中变形菌门（Proteobacteria）相对丰度最高,为90.55%.沿程各单元出水优势菌组成发生变化,其中,调节池、涡凹气浮池、斜板气浮池出水中Proteobacteria相对丰度分别降至54.90%、62.59%、52.89%,Epsilonbacteraeota相对丰度分别增至17.03%、29.60%、41.53%,厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度分别增至26.13%、6.02%、2.33%;A/O池出水中Proteobacteria相对丰度降至39.69%,髌骨细菌门（Patescibacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度分别增至23.95%、15.65%.③db-RDA分析表明,化学需氧量（COD,P < 0.05）、氨氮（NH₃-N,P < 0.05）显著影响微生物群落结构,其中,NH₃-N去除率与Bacteroidetes（r=0.588,P < 0.05）呈显著正相关,COD去除率与Patescibacteria（r=0.530,P < 0.05）、Bacteroidetes（r=0.706,P < 0.01）均呈显著正相关.④KEGG基因数据库分析可知,各单元出水代谢机制相关基因相对丰度最高,均高于60%,其中,能量代谢相关基因相对丰度大小表现为进水>涡凹气浮池>调节池>斜板气浮池>A/O池;外源化合物生物降解相关基因在一级处理过程中相对丰度波动较小,均在3.00%以下,而生物处理后相对丰度迅速增至15.38%.研究显示:系统沿程微生物多样性基本呈上升趋势,且影响废水中微生物群落变化的最显著因素为COD和NH₃-N;生物处理后外源化合物生物降解相关基因占比迅速增加,表明生物处理单元存在潜在冲击风险.      

复合垂直流人工湿地污染物去除特征及微生物群落多样性分析

采用复合垂直流人工湿地系统对生活污水进行处理,研究该系统对污水中主要污染物的去除效果,并用PCRTGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构组成的多样性。结果表明:污染物浓度沿水流方向呈下降趋势,氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(COD)平均去除率分别为59.5%、67.5%、75.6%、62.3%。溶解氧(DO)沿程逐渐降低,但在末端略有上升,pH基本维持在7.72~8.04,处于略偏碱性状态,污染物的去除效果良好;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属,且微生物多样性指数从A1池至A3池沿程逐渐降低,群落结构间的相似性逐渐增大;系统中污染物去除与微生物多样性呈正相关关系。     

太阳能曝气下生物炭漂浮湿地的净化能力

构建了以沙子和生物炭混合为基质的漂浮人工湿地,并利用光伏板发电驱动曝气,研究曝气和生物炭对漂浮人工湿地溶解氧和净化能力的影响及机理。结果表明,曝气30 min时,漂浮人工湿地基质外的DO含量稳定在7 mg/L;曝气10 min和90 min后漂浮人工湿地基质中的DO含量分别为2.0 mg/L和2.7~3.3 mg/L。停止曝气后漂浮人工湿地外的DO下降,当停止曝气240 min后,DO含量下降到1.8 mg/L,恢复到曝气前的水平。漂浮人工湿地加入生物炭对NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP和COD的去除率分别提高了31%、7%、70%、5%和7%。曝气后,漂浮人工湿地对NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除率分别提高了44%、176%、6%和9%。曝气能有效提高漂浮人工湿地DO含量,可使DO含量从0.2 mg/L增加到7 mg/L,从而提高人工湿地的净化能力。光伏板发电驱动曝气和生物炭有利于提高漂浮人工湿地的净化能力。     

厌氧氨氧化耦合反硝化工艺的启动及微生物群落变化特征

为了解厌氧氨氧化耦合反硝化启动过程中脱氮除碳性能与微生物群落的关系,通过逐步提高进水COD浓度研究了SAD启动过程中脱氮除碳性能和微生物群落变化.结果表明,随着进水COD浓度增加,出水NH_4~+-N和NO_2--N的浓度保持稳定,平均去除率均在98%以上; TN去除率逐渐升高,第3阶段TN平均去除率为95. 6%,比厌氧氨氧化理论TN去除率高6. 8%;ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N明显下降,从0. 15～0. 17逐步降至0. 03～0. 07;厌氧氨氧化脱氮贡献率逐渐下降,反硝化脱氮贡献率逐渐上升,COD去除率逐步增加.污泥活性分析表明SAD启动后污泥反硝化活性明显增加,厌氧氨氧化活性略微降低.高通量测序结果表明,反应器内微生物的优势菌门为绿弯菌门、浮霉菌门、厚壁菌门、装甲菌门和变形菌门,微生物群落特征与SAD脱氮除碳性能密切相关,与脱氮除碳有关的功能微生物主要有厌氧氨氧化菌、厌氧消化菌和反硝化菌,SAD启动后反应器内厌氧氨氧化菌丰度减少,厌氧消化菌和反硝化菌丰度明显增加.     

进水浓度对厌氧氨氧化脱氮与微生物特性的影响

为了研究厌氧氨氧化(Anammox)工艺处理不同浓度废水时的脱氮性能、微生物群落与污泥特性的变化,构建了升流式污泥床反应器(Upflow anaerobic sludge bed,UASB),研究不同进水浓度下氮素的转化与去除效率,并结合微生物分析手段探究各阶段微生物的群落演替与污泥特性变化.结果表明,当处理高浓度进水时,氨氮和总氮去除率分别为99.33%和92.96%;当切换为低浓度进水时,氨氮去除率为91.99%,总氮去除率降低至74.09%,硝酸盐产生比例升高.扫描电镜结果发现,活性污泥由以短杆菌为主逐步转变为以球菌为主的聚集体,随着水力负荷增大,污泥聚集、颗粒增大,溶解性EPS降低,污泥疏水性增强.微生物群落结构分析结果表明,Proteobacteria在反应器内大量存在,丰度达到了29.68%,反应器内存在Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia两种厌氧氨氧化菌.在高浓度进水阶段,Candidatus Jettenia的丰度较高(1.24%);当进水换为低浓度时,Candidatus Brocadia的丰度达到了1.23%,替代Candi...     

大型表流人工湿地不同季节不同进水负荷下水质净化效果研究

以盐城市饮用水源生态净化工程(盐龙湖工程)为研究对象,探究了该工程表流人工湿地在不同季节不同进水工况下对微污染水的水质净化效果。结果表明:盐龙湖表流人工湿地对微污染水体具有较好的净化效果,对TP、TN、NH3-N和SS的平均去除率分别为25.8%、23.7%、32.1%和38.3%;TP、TN、和SS四季的平均去除率均表现为夏季秋季春季冬季,NH3-N四季的平均去除率表现为秋季夏季春季冬季;TN和NH3-N在一年四季中各进水工况下的去除率均表现为随着进水量的增大而减小;TP和SS在夏、秋季节的去除率随进水量的增大表现为先上升达峰值后下降的趋势,春季和冬季的去除率同样表现为随着进水量的增大而减小。     

水平潜流人工湿地对畜禽养殖废水中特征污染物的去除

为了探究水平潜流人工湿地去除畜禽养殖废水污染物的性能,选择养殖废水中常见的特征污染物抗生素——四环素(tetracycline,TC)和重金属Cu2+,构建模拟水平潜流人工湿地,设置空白处理(CK)、进水中外加1 mg·L-1四环素(TC)、进水中外加5 mg·L-1 Cu2+(Cu)、进水中外加1 mg·L-1四环素和5 mg·L-1 Cu2+(TC+Cu)这4组潜流人工湿地,考察人工湿地对畜禽养殖废水中污染物的去除效果.结果表明,CK组湿地对养殖废水中总有机碳(total organic carbon,TOC)、总氮(total nitrogen,TN)、NH:-N和 PO43-P 的去除率分别为(84.3±7.2)％、(78.6±7.0)％、(82.1±4.4)％和(88.0±6.0)％,与 CK 组相比,TC、Cu和TC+Cu组湿地对TN的去除率分别下降了 0.4％～21.7％、2.8％～25.5％和4.3％～27.0％,对NH4+-N的去除率分别下降了 1.6％～15.7％、2.5％～17.8％和8.4％～23.0％,进水中添加TC或Cu2+对湿地TN和NH4+-N的去除有明显抑制作用.TOC、TN、NH4+-N和P043--P等污染物的去除主要发生在湿地前端.TC、Cu和TC+Cu组人工湿地对TC和Cu2+的去除率均分别在99.9％和91.4％以上.4组湿地出水中11种四环素抗性基因(tetracycline resistance genes,TRGs)绝对丰度均显著低于进水(低约2～3个数量级).CK组湿地出水tetA、tetC、tetE、tetO、tetQ、tetT和tetBp基因相对丰度均显著低于进水,这7种TRGs的去除率为43.3％(tetC)～96.3％(tetA).与CK组相比,进水中添加TC或Cu2+使湿地出水中TRGs相对丰度有所升高,TC、Cu和TC+Cu组湿地出水中TRGs相对丰度分别比CK组高12％～52％、6.7％～51％和24％～82％.人工湿地对抗生素、重金属和抗生素抗性基因有好的去除率,是一种适宜净化畜禽养殖废水的深度处理技术.