生物炭固定菌强化人工湿地对低温污水中氮素去除的模拟研究

以从冬季南四湖湿地底泥中分离筛选出的黄假单胞菌(Pseudomonas flava WD-3)为微生物载体,采用水稻秸秆炭化制备的优质生物炭为吸附剂,将生物炭固定化Pseudomonas flava WD-3投加到垂直流人工湿地污水处理系统中,探讨不同菌剂接种量对低温污水中氮素的去除情况;并采用简化的Monod动力学模型对人工湿地污水中污染物的去除过程进行模拟。结果表明,在水力停留时间5 d时,生物炭固定化Pseudomonas flava WD-3对人工湿地低温污水中氮素的去除效率有显著提高,且对人工湿地污水中TN、NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N的降解符合Monod动力学模型。     

江河有机污染物迁移转化过程的实验室模拟

本文研究了第二松花江10种有机污染物的迁移转化规律,得到挥发、微生物降解、光解、沉积物吸附与解吸过程均遵守一级动力学.计算了动力学参数,并用箱式模型和所取得的参数预测了有机污染物的迁移转化规律,预测结果与实测值符合较好.     

煤化工中焦化废水的污染、控制原理与技术应用

煤化工废水成分复杂,毒性大,以焦化废水最具代表性,研究废水中典型污染物的控制原理很有必要.从煤制气、煤制焦、煤制油及煤制甲醇4个方面介绍了煤化工过程在能源与经济方面上的地位与特点,分析了煤化工过程水污染特征与水污染控制的共性问题,对水质结构的描述及其变化过程的理解是水处理工艺选择的科学基础.固相微萃取(SPME)与GC-MS结合的分析手段能够快速、准确地获得废水水质的化学结构特征及浓度水平的信息,基于元素分析可以获知典型污染物的转化与归趋;结合废水组成、反应、降解与转移的定量考察,可以深入了解废水的生成机制及其处理过程的变化;根据污染物特征选择有效的化学原理如吸附与催化氧化的结合,根据惰性污染物的存在选择生物电化学催化分解,基于协同降解或共基质降解,培养功能微生物,构建基因工程菌,开发功能微生物的应用技术.上述可归纳为根据不同污染物的性质提出相适应的去除原理,系统考虑废水的成分特征、化学转化、生物转化以及相互协调优化,追求更高水平上实现污染物转化与降解的技术目标.最后,根据煤化工焦化废水处理目前暴露的缺陷,提出了未来需要加强研究的若干关键问题.     

人工湿地对规模化养猪废水处理效果评价

为了提高人工湿地对养猪废水中污染物去除效果,针对复合人工湿地存在的地下水污染问题,建立与防渗膜连为一体的复合型人工湿地畜禽养殖废水系统,湿地底层铺设PE防渗膜,选用煤渣、砾石、粗砂作为湿地填料,种植美人蕉(Canna indica)、水芹菜(Oenanthe javanica)、菖蒲(Acorus calamus)、水葱(Scirpus tabernaemontani)、水葫芦(Eichhornia crassipes)湿地植物,考察复合人工湿地运行期间对养猪废水污染物的去除效率,并对温度和系统处理污染物效率的变化进行分析。结果表明:湿地植物在启动初期,对污染物的去除效率较低(NH4+-N、TP和CODCr的去除效率分别为53.6%、61.4%和41.7%),需经过一段时间形成良好的根系结构后,NH4+-N、TP和CODCr的去除能力才会稳定提高;地表流人工湿地植物在气温较高时容易枯死,在高温情况下应设置防晒措施;本研究复合人工湿地处理养猪废水污染物效率在10月达到最高,NH4+-N、TP和CODCr的去除效率分别为98.8%、62.1%和87.1%,湿地后续单元增加曝气能有效处理养猪废水中的NH4+-N;气温变化会影响人工湿地处理NH4+-N、TP和CODCr的效率,气温对NH4+-N和TP去除效果影响明显大于对CODCr去除的影响。该处理系统对养猪废水中的污染物去除效果较好,能够将废水水质提高到理想的水平,可为中小型养猪场构建人工湿地提供理论依据和技术参考。     

焦化废水中有机物的识别、污染特性及其在废水处理过程中的降解

采用液-液萃取辅以硅胶、氧化铝净化的方法,并结合GC/MS分析技术,系统分析了焦化废水中有机物的组成.在焦化废水中检测到15类558种有机物.根据有机物的分子结构、废水中的含量、毒性及环境效应,筛选出焦化废水中的特征性有机污染物,以区别于其它工业废水,可作为追溯环境中污染物来源的依据.经物理、生物和化学处理后,焦化废水中大部分有机物被去除,其中,对去除率的主要贡献是生物处理阶段.为了更好地考察生物处理阶段对有机污染物的去除特征,选定酚类、多环芳烃和喹啉类物质作为研究对象,分析了3类特征性污染物在A/O2工艺各单元中的去除状况及组成变化特征.     

黑碳对沉积物中疏水性有机污染物的锁定作用与微生物降解的影响研究进展

黑碳是含碳物质不充分燃烧而产生的一种高度芳香化结构无定型碳质,是沉积物有机质中重要的组成部分.黑碳通过表面吸附或微孔束缚作用将疏水性有机污染物(HOCs)锁定在沉积物中,其超强的吸附性能导致对HOCs的解吸量减少、解吸速率减慢,进而在短期内降低其生物有效性和短期生物毒性,大量学者开展了较低HOCs浓度下短期降解实验,得出了黑碳抑制HOCs降解的结论.但长期来看,黑碳一方面会通过抑制生物有效性削弱微生物降解等HOCs的自然衰减速率,另一方面也会通过促进微生物生长提高降解率.因此推测,黑碳对HOCs微生物降解的影响可能与HOCs的类型与浓度相关,在较高HOCs浓度下,黑碳可能会通过降低急性毒性,促进微生物生长和生物膜形成来加速HOCs的降解.本文综述了黑碳对HOCs吸附/解吸和微生物降解的研究进展,从黑碳对HOCs的吸附机理和吸附模型,对解吸动力学、微生物生长以及生物有效性影响等方面进行讨论,指出了黑碳对环境中HOCs迁移转化与归趋的影响,并对黑碳的应用前景及研究趋势进行了展望.     

双塞头固定化细胞反应器降解TCE

为探究固定化细胞对三氯乙烯(TCE)的生物降解特性及机理,以优选的活性炭纤维为固定化材料,构建双塞头固定化细胞反应器;利用填埋场覆盖层富集筛选的高效混合菌SWA1为生物介质开展细胞固定化及TCE生物降解研究;运用扫描电镜,荧光定量PCR和高通量测序技术分别考察TCE降解前后固定化微生物微观结构、关键酶表达丰度和混合菌群落结构变化.结果显示:(1)该固定化细胞反应器对微生物具有良好的固定化效果,且微生物可维持较高活性(甲烷氧化速率为0.6μmol g~(-1) d~(-1));(2)在TCE初始浓度为18 mg/L时,反应1 d降解率为94.1%,降解过程中有8.7μmol有机氯转化为氯离子;(3)反应器中TCE降解关键酶为甲烷单加氧酶和苯酚羟化酶,TCE降解后优势菌属为Anaerolineaceae_unclassified(0.6%-19.9%)和甲基孢囊菌属Methylocystis(0-15.8%).该双塞头固定化细胞反应器能高效去除氯代烃类污染物,可为含氯有机废水高效生物治理的工程应用提供参考.     

人工湿地系统对含沼液畜禽废水净化效果试验研究

为了考察人工湿地处理含沼液畜禽废水的可行性,采用水平潜流人工湿地对含沼液畜禽废水进行处理实验。试验结果表明：在进水流量1.5 m3.d-1,水平潜流人工湿地系统对含沼液畜禽废水具有较好的处理效果。废水中COD、TP、TN和NH4＋-N浊度平均去除率分别为59.21%、53.80%、55.09%和55.57%.另外,通过对人工湿地沿程的污染物变化试验分析表明,人工湿地系统对污染物的降解是沿人工湿地水流方向逐渐降低的。     

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能

潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术,作为人工湿地的重要组成部分,基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。以鸡粪生物炭和玉米秸秆生物炭为基质分别建立潮汐流人工湿地来处理生活污水,并以石灰石基质人工湿地作为对照,考察不同淹没/排水比(8 h/4 h和4 h/8 h)下人工湿地对生活污水中各项污染物的去除性能。研究结果表明:生物炭基质人工湿地对COD、BOD、NH4~+-N、TN和PO4~(3-)-P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地,且玉米秸秆生物炭基质人丁湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(73.6%±2.9%,COD)、(84.8%±6.1%,BOD5)、(84.2%±3.2%,NH4~+-N)、(45.3%±2.2%,TN)和(84.6%±2.8%,PO4~(3-)-P);当淹没/排水比由8 h/4 h改为4 h/8 h时,除PO4~(3-)-P的去除率基本不变外,各组人工湿地对生活污水COD、BOD、NH4~+-N和TN的去除率均有不同程度的升高,且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(80.5%±5.2%,COD)、(92.1%±5.1%,BOD5)、(90.3%±3.2%,NH4~+-N)、(60.3%±2.2%,TN)和(84.7%±1.5%,PO4~(3-)-P);生物炭基质人工湿地对NH4~+-N的去除途径主要为物理吸附和微生物硝化作用,且微生物硝化作用占主导,对PO4~(3-)-P的去除途径主要为物理吸附和微生物好氧吸磷作用,且微生物好氧吸磷作用占主导;生物炭基质中的微生物量要高于石灰石基质,且上层基质的微生物量高于下层基质;在微生物群落中,Clostridiaceae和Nitrosomonadaceae菌群分别承担有机物和NH4~+-N的主要去除,其在生物炭基质中的相对丰富度均高于石灰石基质。     

废水中苯并噻唑类化合物的污染行为与控制原理分析

苯并噻唑类化合物(BTs)是广泛使用的工业添加剂,具有持久性和生物毒性,属于微量新兴污染物,近年来在环境领域受到了越来越多的关注.本文对已有的BTs污染相关文献进行了较为全面系统的归纳.首先介绍了BTs在橡胶、制革、制药等行业中的应用与排放情况,分析了BTs的化学结构特点、内分泌干扰性与微生物抑制作用,对其相分配与生物富集数据进行了总结.其次介绍了BTs在工业产品、工业废水、市政污水、城市径流和天然水体中的分布情况,及其在环境中的污染迁移行为.再次着重介绍了含BTs废水的各种生物处理技术和高级氧化技术,阐述了BTs对微生物及污水生物处理系统的影响,BTs在活性污泥系统和膜生物反应器中的降解情况,以及生物强化与电化学强化手段;对O_3、H_2O_2、UV、芬顿、光催化、电离辐射等高级氧化体系处理BTs废水的原理、效果、条件参数和动力学等方面进行了较为深入的讨论.通过分析文献中报道的BTs降解产物数据,总结了BTs污染物的生物及化学转化途径.最后,分析了BTs污染控制技术目前存在的问题,并对未来的研究重点和发展方向提出了建议.     

梯级河滩湿地模型对受污染河水氮磷和CODCr的净化效果

在贾鲁河畔构建3组并联的梯级河滩湿地模型,引种9种不同类型的湿地植物进行筛选试验,将湿地模型串联运行比较研究3种不同植物配置的梯级湿地对受污染河水的净化效果,在此基础上设定12h和24h等两组不同水力滞留时间,研究延长滞留时间对水质净化效果的影响。试验结果表明：对氮磷和有机物的去除效果挺水植物明显好于沉水植物,其中茭草（Zizania caduciflora）、荆三棱（Scirpus fluviatilis）和狭叶香蒲（Typha angustifolia）去除效果最好;沉水植物和挺水植物对氨氮的去除表现好于浮叶植物;延长水力滞留时间对改善水质净化效果明显,滞留时间由12h延长到24h后,TN、TP、氨氮和CODCr去除率分别提高10.2%、21.7%、30.2%和12.9%,对氨氮的净化效果改善最为明显;挺水植物＋沉水植物＋浮叶植物组合较单纯挺水植物组合在对氨氮和TN去除效果方面表现出较明显的优势,主要是由于不同类型湿地植物所营造的好氧、厌氧环境提高了对氨氮和TN去除效果。研究结果证明在湿地植被组建中,根据进水水质,应灵活选择植物种类,进行合理的植物配置,可提高湿地的净化效果。     

Using respirometer in biodegradation phenomenon of natural organic matters

This study conducted in monitoring respirometer oxygen consumption of aerobic microorganism during biodegradation processes of ozonated organic matters, which can estimate both biodegraded efficiency and coefficient of natural organic matters (NOMs) in water source. It can be proposed that different ozone dosage might change biodegradation characteristics of organic matters. The result reveals that higher ozone dosage may cause higher biomass yield coefficient of microorganism, and cultured microorganism may easily utilize biodegradation organic matters (BOMs) produced by ozonation, finally increasing overall removal efficiency. Therefore, using respirometer to evaluate the production of BOMs by ozonation before the biological treatment is effective for controling ozone dosage and enhancement of NOMs removal by biological processes.     

Mitigation of agricultural nonpoint-source pesticide pollution in artificial wetland ecosystems

Contamination caused by pesticides in agriculture is a source of environmental poor water quality in some of the European Union countries. Without treatment or targeted mitigation, this pollution is diffused in the environment. Pesticides and some metabolites are of increasing concern because of their potential impacts on the environment, wildlife and human health. Within the context of the European Union (EU) water framework directive context to promote low pesticide-input farming and best management practices, the EU LIFE project ArtWET assessed the efficiency of ecological bioengineering methods using different artificial wetland (AW) prototypes throughout Europe. We optimized physical and biological processes to mitigate agricultural nonpoint-source pesticide pollution in artificial wetland ecosystems. Mitigation solutions were implemented at full-scale demonstration and experimental sites. We tested various bioremediation methods at seven experimental sites. These sites involved (1) experimental prototypes, such as vegetated ditches, a forest microcosm and 12 wetland mesocosms, and (2) demonstration prototypes: vegetated ditches, three detention ponds enhanced with technology of constructed wetlands, an outdoor bioreactor and a biomassbed. This set up provides a variety of hydrologic conditions, with some systems permanently flooded and others temporarily flooded. It also allowed to study the processes both in field and controlled conditions. In order to compare the efficiency of the wetlands, mass balances at the inlet and outlet of the artificial wetland will be used, taking into account the partition of the studied compound in water, sediments, plants, and suspended solids. The literature background necessary to harmonize the interdisciplinary work is reviewed here and the theoretical framework regarding pesticide removal mechanisms in artificial wetland is discussed. The development and the implementation of innovative approaches concerning various water quality sampling strategies for pesticide load estimates during flood, specific biological endpoints, innovative bioprocess applied to herbicide and copper mitigation to enhance the pesticide retention time within the artificial wetland, fate and transport using a 2D mixed hybrid finite element model are introduced. These future results will be useful to optimize hydraulic functioning, e.g., pesticide resident time, and biogeochemical conditions, e.g., dissipation, inside the artificial wetlands. Hydraulic retention times are generally too low to allow an optimized adsorption on sediment and organic materials accumulated in artificial wetlands. Absorption by plants is not either effective. The control of the hydraulic design and the use of adsorbing materials can be useful to increase the pesticides residence time and the contact between pesticides and biocatalyzers. Pesticide fluxes can be reduced by 50–80% when hydraulic pathways in artificial wetlands are optimized by increasing ten times the retention time, by recirculation of water, and by deceleration of the flow. Thus, using a bioremediation method should lead to an almost complete disappearance of pesticides pollution. To retain and treat the agricultural nonpoint-source po a major stake for a sustainable development.     

表面流人工湿地中氮磷的去除机理

人工湿地作为一种高效、低耗的污水处理新工艺已被广泛接受，特别是其在脱氮、除磷方面的应用逐步为人们所重视。本文深入地讨论了表面流人工湿地中各种生物、物理、化学过程对污水中各种形态含氮、含磷化合物的去除机理，及其具体途径、相关反应和反应类型，总结了国内外对各个过程影响因素、控制条件、反应速度、去除能力及相互之间协调拮抗作用的研究结果。虽然硝化／反硝化作用和土壤吸附沉淀作用已被公认为是表面流人工湿地脱氮、除磷的主要途径，但不同研究结果之间仍存在着明显差异，鲜有多介质环境条件下各种脱氮、除磷过程中多种氮、磷形态的质量平衡研究，而以此为基础的人工湿地生态动力学模型的研究则是深入了解人工湿地运行机理、设计和预测其处理效率，以及推动人工湿地污水处理工艺广泛应用的关键。     

人工湿地对有机污染物的去除效果与动态特征

通过对荣成人工湿地污水处理系统1999年1月至2004年12月间监测数据进行分析,确定系统的处理效果及有机污染物去除效果的动态特征。结果表明,人工湿地对SS、COD、BOD5均有很好的去除效果,出水质量浓度分别为27.6±6.6、90.0±12.5和22.7±4.3 mg.L-1,去除率分别为73.9%、63.8%和72.5%。大肠菌群、粪大肠菌群去除率分别为99.7%和99.6%。对NH4 -N和TP去除效果较差,出水质量浓度分别为11.2±2.7和2.03±0.29 mg.L-1,去除率分别为45.1%和30.2%。BOD5、COD的去除效果和季节变化有一定关系,每年的4—7月BOD5去除效果最佳,1月和12月去除效果最差。COD的去除效果每年6月和7月最高,1月和12月最低。分析BOD5、COD和SS去除效果的年际变化发现,BOD5和COD年平均去除率从1999年到2004年有增加的趋势。     

Thermodynamische Modelle für die Bioverfügbarkeit organischer Chemikalien

In aquatic systems, the bioavailability of chemical contaminants is determined via the physicochemical properties of the compounds and the organic matrices as well as through the milieu parameters of the water. The amount of substance freely dissolved in water yields an approximate characterization of the bioavailable fraction, which can be reduced substantially through the sorption of particulate or dissolved organic matter. For ionogenic compounds, a distinction must be made between the initial substance and dissociated or protonated species which, according to recent results, may also contribute to the bioconcentration found in organisms. The lipophilicity model to estimate bioconcentration factors initially refers only to an estimation of the freely dissolved compound concentration. Analysis of the bioaccumulation of sediment-borne contaminants shows that the uptake mainly occurs via the interstitial water and can be adequately described with the lipophilicity model.     

气浮中试工艺中若干运行参数

为找出气浮(DAF)工艺的最佳运行工艺参数,对影响气浮工艺出水效果较大的预处理条件、混凝剂投量、水力负荷、水力条件、回流比、刮渣周期等运行参数做了大量的中试试验研究,发现适当的预臭氧处理可以提高UV254的去除,预加氯可以提高对浊度和藻类的去除,预加高锰酸盐可以提高对浊度、藻类、嗅味和UV254等的去除,预加粉末活性炭可以提高对有机物、色度、嗅味的去除,混凝剂投量从10 mg/L增加到50 mg/L,气浮工艺对有机物的去除率提高了30%~40%,水力负荷越高气浮出水浊度越高,回流比越大气浮出水浊度越低,气浮池过长的刮渣周期也会降低出水水质。总之,合理调整气浮池的工艺参数,可以提高气浮出水水质,降低运行成本。     

土壤渗滤系统中污染物去除效果分析

在土壤渗滤系统中,水力负荷、有机负荷和碳氮比等因素均对营养盐的处理效率具有显著影响.在实验室控温条件下,分析了不同水力负荷、有机负荷和环境条件对土壤渗滤系统污染物去除效果的影响.结果表明,在水力负荷小于0.15 m3·m^-2·d^-1的条件下,模拟生活污水中CODCr、总氮和总磷去除率分别达到84％、37％和93％以上,土壤（以干土计）亚硝酸盐细菌数量为4.50× 106 g^-1.装置上层产生的滞水对CODCr和磷酸盐的去除影响不大,但是由于处理系统内溶解氧浓度降低,使得氨氮硝化过程受到抑制,氨氮和总氮的处理效果均变差;在通气良好条件下,较高的碳氮比[m（碳）：m（氮）=5：1]对系统中总氮的去除更为有利.     

人工湿地脱氮途径及其影响因素分析

简述了人工湿地脱氮模型。各种形态的氮在人工湿地系统中可以通过氨的挥发、植物吸收、介质沉淀吸附以及微生物硝化/反硝化作用等过程被去除。讨论了各脱氮途径对人工湿地脱氮的贡献,在大多数人工湿地的pH条件下,湿地地面氨挥发可以忽略,湿地植物叶片氨挥发量尚不清楚。湿地介质的直接吸附是短期的。植物在湿地脱氮过程中起了重要作用,但一般认为植物直接吸收和存储只占湿地脱氮的一小部分,一般低于30%。微生物的硝化/反硝化作用,是人工湿地脱氮的最主要的形式。讨论了影响人工湿地硝化作用的主要因素:溶解氧,pH和温度。大多数人工湿地的pH适合硝化作用,溶解氧和温度对湿地硝化作用的影响最大。温度不仅影响微生物的硝化作用,而且可以间接地影响植物的生长从而影响人工湿地的脱氮性能。     

两种复合人工湿地系统对东莞运河污水的净化效果

复合人工湿地系统是将不同类型的人工湿地相组合,充分发挥各类型湿地特长,实现优势瓦补的一种更有效的污水净化系统.研究采用复合垂直流-水平潜流人工湿地和复合垂直下行流人工湿地两种复合人工湿地系统对东莞运河的河道污水进行处理,分别监测了两套不同复合人工湿地系统第一、二级湿地单元的出水情况,研究了不同时间段和一定的水力负荷下复合人工湿地系统对河道污水的净化效果.结果表明,两种复合人工湿地系统的二级湿地单元出水各指标明显优于一级湿地单元,复合垂直流-水平潜流湿地对东莞运河污水COD、BOD_5和TP的平均去除率分别达到70.52%、69.21%和55.56%;复合垂直下行流湿地系统对TP的净化尤其突出,平均去除率达到72.62%,二级出水的质量浓度在0.10～0.60 mg·L~(-1)之间,对COD和BOD_5的平均去除率分别为64.74%和60.63%.两种复合系统的出水浓度均达到<城市污水处理厂污染物排放标准>(GB 18918-2002)中的一级标准.由此可见,两种复合人工湿地系统对各污染物去除效果明显优于单一的湿地系统,且更具稳定性和耐冲击能力.