地下水循环井原位强化生物修复技术研究进展

随着工业化和城市化的发展,生产活动导致的地下水质量下降和水质恶化问题日益严重,已经逐渐成为影响人类生存的世界性环境问题。原位生物修复一直是地下水有机污染修复技术的研究热点,已受到了广泛关注。围绕生物修复技术在地下水有机污染原位修复方面的研究与应用,综述了地下水有机污染原位生物修复技术的研究进展,梳理和总结了影响原位生物修复技术的主要因素,重点讨论了原位生物修复技术与地下水循环井(GCW)修复技术的联合应用,并对GCW强化原位生物修复技术的研究发展方向进行了展望,以期为地下水有机污染原位修复工程的研究和应用提供参考。     

全氟和多氟烷基化合物微生物降解与转化研究进展

全氟和多氟烷基化合物(PFASs)因其持久性、长距离迁移性、生物积累性和生物毒性而受到广泛关注.目前世界上对环境中PFASs的监测和管控主要针对全氟烷基酸(PFAAs).而大部分多氟烷基化合物在环境中能够被微生物降解为PFAAs,也被称为前体物.因此,探究前体物在环境中的微生物转化行为有助于综合评价PFASs的环境风险,以及制定相关的管控和修复措施.虽然PFAAs一直被认为是环境中的“永久化合物”,但近年来,PFAAs的厌氧微生物还原脱氟作为一项极具潜力且充满挑战的修复技术,成为研究的一个前沿热点.系统总结了前体物(氟调化合物和全氟辛烷磺胺衍生物)、 PFAAs和新型PFASs在微生物作用下的降解规律和转化路径,并讨论了PFASs微生物降解的影响因素,最后提出未来的研究方向.     

石油污染浅层含水层的微生物修复研究进展

微生物修复是治理浅层地下水有机物污染的重要途径。从石油开采等过程对浅层含水层带来的污染现状、微生物修复的技术进展、降解菌的筛选与分离和微生物修复的影响因素等方面综述了石油污染浅层含水层的微生物修复主要研究进展,分析了原位微生物修复技术在石油污染浅层含水层修复领域的广阔应用前景;鉴于浅层地下水系统具有低温、贫氧等特点,指出目前研究存在的不足,并强调指出地下水中石油类污染物的时空分布和迁移转化规律、优良"土著"菌株的筛选和菌群的构建、低温缺氧环境下的降解研究、同位素技术、原位修复的现场研究以及微生物-植物的联合修复将是今后石油污染浅层含水层的原位微生物修复技术的研究重点。     

杂交稻和常规稻对复合污染稻田土壤砷镉提取效果差异研究

为实现对稻田土壤砷(As)、镉(Cd)污染的同步移除,利用根箱试验,选取代表性杂交稻(HR)和常规稻(CR)品种作为修复材料进行提取. 为了评估种植HR和CR对土壤As、Cd的提取效果,以未种植水稻土壤作为对照(CK),利用孔隙水采集器在其全生育期内采集并监测土壤水溶态As、Cd浓度的变化;分别在水稻分蘖期、成熟期采用梯度扩散薄膜技术(diffusive gradients in thin-films,DGT)原位实时测定根际土壤剖面有效态As、Cd浓度;收获时利用分级提取法分析土壤As、Cd赋存形态及总量变化,并分析植株各部位的As、Cd累积量. 结果表明:水稻生长能够有效消耗土壤中生物有效态As、Cd,且HR较CR表现出更高效的As、Cd同步富集能力. 水稻成熟期,种植HR的土壤中DGT-As(扩散梯度薄膜提取态As)浓度较种植CR和CK处理分别下降69%和71%,DGT-Cd(扩散梯度薄膜提取态Cd)浓度分别降低35%和58%;HR和CR收获后土壤总As含量分别减少8%和1%,总Cd含量分别减少31%和14%;HR对土壤As、Cd的单株去除量分别为CR的1.2和4.5倍;每年种植两季HR对土壤As、Cd的移除率分别为CR的1.2和4.3倍. 研究显示,种植HR对As、Cd具有更高效的提取能力,可优先作为修复材料对稻田土壤生物有效态As、Cd进行专性提取减量,为As、Cd复合污染稻田土壤清洁提供了一条有益路径;但还需结合水分优化管理、施加促溶剂等方式形成修复链,进一步提高修复效率,缩短修复年限.      

血粉对DDTs污染农田土壤修复过程中微生物的影响

血粉原位修复DDTs污染土壤技术具有成本低、环境友好的特点,有良好的应用前景。为了研究血粉原位修复DDTs污染农田土壤过程中对微生物的影响,分析了血粉原位修复DDTs污染土壤过程中土壤酶活性和DDTs降解菌的变化情况,对血粉原位修复DDTs污染过程中土壤微生物的变化情况进行研究。结果表明:添加血粉和葡萄糖可以显著提高过氧化氢酶和转化酶活性,但脲酶活性提高程度不显著。修复1个月后,土壤酶活性达到最大值;然后,随着修复时间的增加,酶活性不断降低。与葡萄糖相比,血粉易于吸附在土壤颗粒上且不溶于水,能够长效地提高土壤中酶活性。添加血粉辅以定期翻土有利于DDTs降解微生物的增殖,同时显著提高了血粉原位修复DDTs污染土壤过程中土壤脲酶、过氧化氢酶、转化酶的活性,有利于土壤中DDTs的降解。     

基于β射线法的大气颗粒物分级监测系统研究

血粉原位修复DDTs污染土壤技术具有成本低、环境友好的特点,有良好的应用前景。为了研究血粉原位修复DDTs污染农田土壤过程中对微生物的影响,分析了血粉原位修复DDTs污染土壤过程中土壤酶活性和DDTs降解菌的变化情况,对血粉原位修复DDTs污染过程中土壤微生物的变化情况进行研究。结果表明:添加血粉和葡萄糖可以显著提高过氧化氢酶和转化酶活性,但脲酶活性提高程度不显著。修复1个月后,土壤酶活性达到最大值;然后,随着修复时间的增加,酶活性不断降低。与葡萄糖相比,血粉易于吸附在土壤颗粒上且不溶于水,能够长效地提高土壤中酶活性。添加血粉辅以定期翻土有利于DDTs降解微生物的增殖,同时显著提高了血粉原位修复DDTs污染土壤过程中土壤脲酶、过氧化氢酶、转化酶的活性,有利于土壤中DDTs的降解。     

乳化油碳源原位治理地下水中Cr(Ⅵ)静态批试验研究

通过投加碳源原位治理地下水中Cr(VI)的应用越来越广泛,碳源的选择是影响治理效果好坏的重要因素。实验中使用实际污染场地的土壤和含有Cr(VI)的溶液模拟地下水环境,加入自行配置的乳化油作为碳源促进土著微生物还原Cr(VI),分别探讨了乳化油碳源的作用,不同初始p H值和NO-3的存在对微生物还原Cr(VI)的影响。结果表明乳化油可以有效的促进土著微生物还原水中的Cr(VI),在2个周期内Cr(VI)的浓度分别从5.25 mg/L和5.1 mg/L降至0.05 mg/L和0 mg/L,还原率分别为99.05%与100%,与未加入乳化油碳源的组分相比还原率分别提高了33.33%和49.02%。实验中Cr(VI)的还原符合一级反应动力学,一级衰减速率常数保持在0.689 1~0.765 9 d-1,经过估算乳化油作为碳源促进微生物还原Cr(VI)的能力远大于0.986 mg/m L。NO-3能促进微生物利用乳化油还原Cr(VI),平均还原速率为0.138 2 mg/d,是未加入NO-3组分的2.1倍,这种促进作用在NO-3消耗殆尽之后依然能够继续发挥。乳化油的加入未引起p H值发生较大变化;p H值在8.8~9更有利于微生物还原Cr(VI)。     

五氯酚(PCP)污染土壤模拟根际的修复

模拟根际环境条件下,研究了根系分泌物对五氯酚(PCP)污染土壤的修复效应及其机理.结果表明,PCP的土壤残留消解行为随根系分泌物添加剂量的不同显现相应差异.土壤中微生物生物量碳(C_mic),氮(N_mic),碳氮比(C_mic/N_mic),微生物商及酶等土壤生化指标与PCP的消解均存在一定程度的相关性.低剂量(13.38TOCmg/kg)处理,PCP土壤甲醇可提态残留量最小,修复效应最佳,此时土壤微生物生物量碳,氮,微生物商,脱氢酶活性等显现最大响应,为最适根系分泌物添加剂量.修复机理可能在于其诱导的土壤环境质量友好演变过程.逐步回归分析结果显示,微生物生物量氮,微生物商及脱氢酶活性可作为表征根际修复PCP污染土壤时土壤环境质量友好演变过程的敏感生物学指标.     

铊污染地下水的微生物修复研究

铊(Tl)是一种高毒性的重金属,具有生物蓄积性,自然界中常以Tl(I)形式存在。铊通过各种途径进入水体、土壤和沉积物等,会对环境造成严重的危害。本研究利用好氧微生物处理技术对铊污染地下水进行了修复研究。以乙酸钠为碳源,初始Tl(I)浓度为100μg/L,周期为6 d时,总铊去除率达到了63.50%。总铊去除率随着pH的升高先升高后降低,随着初始Tl(I)浓度的升高而降低。16S rRNA基因测序分析表明了铊抗性或铊氧化细菌的存在,如Stenotrophomonas、Acidovorax、Rhodococcus等,这些细菌的共同作用实现了铊的氧化与原位沉淀。本研究为铊污染地下水的微生物修复提供了理论基础,也为微生物技术修复其他重金属污染地下水提供了新的思路。     

近15年我国土壤抗生素污染特征与生物修复研究进展

近年来,抗生素及其抗性基因(ARGs)污染问题受到国内外学者的广泛关注,土壤作为抗生素和ARGs迁移转化重要的汇给土壤生物和人类健康带来了威胁.从近15年的相关调查研究结果来看,全国各地土壤遭受了不同程度的抗生素污染.生物修复是一种绿色且环保的修复技术,在治理抗生素污染土壤方面有着巨大的潜力.通过综述近15年我国土壤抗生素污染的时空变化特征,总结植物、动物和微生物在抗生素污染土壤修复方面的应用,特别介绍了微生物电化学系统在消减土壤中抗生素和ARGs的研究进展,并指出了相关研究存在的不足和未来发展的方向,以期为土壤污染修复提供科学依据.     

FISH法作为厌氧消化系统运行管理指标的可行性

以高浓度厌氧消化污泥为对象,进行FISH、MPN和产甲烷活性的测定实验.FISH分析得到,厌氧消化污泥中古细菌、嗜乙酸产甲烷菌和嗜氢产甲烷菌占全菌数的比例分别为30%～70%,18%～28%和15%～43%,菌数测定结果FISH法高于MPN法.研究表明,FISH法可用于高浓度厌氧消化污泥的菌相解析,作为处理系统运行管理指标使用.     

废水处理系统中微型生物群落变化与水质净化

利用PFU法(聚氨酯泡沫塑料块)和直接采水法对哈药集团制药总厂的污水处理厂污水处理系统进行样品采集,研究该处理系统中微型生物群落动态,并应用荧光原位杂交技术监测影响系统处理效能的主要菌群,同时结合水质的理化指标对处理系统进行综合评价。结果表明:处理系统中共检出微型生物48种,其中鞭毛虫8种,肉足虫5种,纤毛虫25种,后生动物2种,藻类8种。各个采样点环境差异显著,随着处理池离排污口距离的增加原生动物的种类随之增加,多样性指数增大。经常大量出现的有肋盾纤虫(Aspidisca-costata)和小球藻(Chlorella)、广缘小环藻(Cyclotella stelligera)。FISH实验得到的细菌资料显示处理系统中,进水菌量大于出水菌量,这与原生动物变化规律相反,表明出水水质得到改善。     

分子生物学技术在污水处理微生物检测中的应用

对现代分子生物学技术在污水生物处理系统微生物检测和群落分析中的应用进行了系统总结,重点对应用较多的PCR技术、FLSH技术进行了介绍并对其优缺点进行了探讨.通过对生物处理系统中微生物检测和生态学研究,可以分析确定系统中功能微生物的数量,群体结构和活性,从而实现构建人工强化生态系统,提高废水生物处理效率的目的.分析认为,以DNA序列和相关的结构基因为基础的分子生物学技术已经在污水生物处理系统的种群分析方面得到了广泛和成功的应用,而且必将会对深入认识和优化污水生物处理过程,加快新工艺的开发和应用以及强化处理工艺的过程控制方面起到更大的作用.     

地下水回补引发含水层氟释放次生风险的模拟研究

地下水回补过程中,含水层沉积物中部分微量组分（As、F等）可能因为环境条件改变释放进入地下水中造成次生污染.为探究回补入渗后含水层F-释放的次生风险,依托潮白河南水北调回补区及我国北方8个具有高F地下水的典型区域,应用PHREEQC软件模拟回补入渗对含水层萤石矿物溶解平衡及地下水F-浓度的影响.研究含水层沉积物典型矿物组分、回补水源与地下水水质差异对F-释放次生风险的控制作用.结果表明:①由于回补水源水质、地下水水质及含水层矿物差异,回补后不同地区地下水中F-浓度的呈现趋势有显著差异,部分地区由于地下水水质差异大,F-浓度存在上升及下降两种趋势.②地下水Ca2+浓度相对较低的区域回补后F-浓度呈下降趋势,增大回补量有利于降低F-释放风险,而对于Ca2+浓度高、甚至萤石饱和的区域,增大回补量会增加F-释放风险.③地下水中F-浓度同时受到萤石及其他含钙矿物的控制,当含水层存在萤石矿物且其他含钙矿物较少时,回补后F-释放的风险增大.因此在具有F背景的区域,对地下水Ca2+浓度较高的含水层或除萤石外含钙矿物含量有限的含水层进行回补时,可能导致地下水F-浓度升高引发回补次生风险.对于回补水源、地下水与含水层矿物组分相互作用的深入研究是保证地下水安全回补的关键,回补后F-释放反应动力学的进一步研究将加深F-释放次生环境风险的认识.      

Uptake of copper ion by activated sludge and its bacterial community variation analyzed by 16S rDNA

The effect and uptake of copper ion on SBR(sequence batch reactor)biological treatment system was studied.special nutrient and powder activated carbon(PAC)additive were tested as uptake stimulation technique.Results showed that copper ion had higher effect on unacclimated activated sludge system than on acelimated one.The special nutrient adding could enhance the uptake of copper significantly,while PAC adding could improve the sludge settling and decrease the turbidity of effluent.The variation of bacterial community analyzed by 16S rDNA method showed the acclimation of copper could increase copper resistance species,and excess accumulation could cause some species diminish.It was confirmed that acclimation could improve the resistance and uptake ability of microorganism to heavy metal.     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.     

厌氧/好氧SNEDPR系统处理低C/N污水的优化运行

为实现同步硝化内源反硝化除磷（SNEDPR）系统的优化运行,以实际生活污水为处理对象,采用厌氧（180min）/好氧运行的SBR反应器,并通过联合调控好氧段溶解氧（DO）浓度（0.3～1.0mg/L）和好氧时间（150～240min）,考察了该系统脱氮除磷特性.并结合荧光原位杂交（FISH）技术对系统优化过程中各功能菌群的结构变化情况进行了分析.试验结果表明,当系统好氧段DO浓度由约1.0mg/L逐渐降至0.3mg/L,且好氧时间由150min逐渐延长至240min后,出水PO₄^3--P浓度稳定在0.4mg/L左右,但出水TN浓度由14.3mg/L降至8.7mg/L,TN去除率由75%提高至84%.此外,随着好氧段DO浓度的降低,SNED现象愈加明显,SNED率由34.7%逐渐升高至63.8%.SNED的加强,降低了出水NO₃^--N浓度,并提高了系统的脱氮性能和厌氧段的内碳源储存量.FISH结果表明：经127d的优化运行,系统内PAOs,GAOs和AOB（氨氧化菌）仍保持在较高水平（分别全菌的29%±3%,20%±3%和13%±3%）,其保证了系统除磷、硝化和反硝化脱氮性能;但NOB（亚硝酸盐氧化菌）含量减少了50%,为系统内实现短程硝化内源反硝化提供了可能.     

SBR工艺交替硝化反硝化运行方式的可行性研究

将交替好氧、缺氧运行方式应用于间歇式污水处理系统(SBR工艺),分别在原水碱度充足和碱度不足情况下考察该运行方式的可行性．结果表明：原水碱度充足时,交替硝化反硝化的运行方式在处理效率上并没有体现出优势;原水碱度不足时,交替硝化反硝化与传统硝化反硝化相比,处理效率与出水水质明显提高,出水氨氮可以达到检测水平．当原水碱度的不足量低于所需碱度理论值的1／3时,采取交替硝化反硝化,无需额外补充碱度就可以达到原水碱度充足情况下的处理效率．如果原水碱度的不足量已超过1／3,采取交替硝化反硝化可最大限度节省额外投加碱度的量,降低处理成本,是一种理想的运行方式．     

生物除磷系统中聚磷菌检测常用技术

作为生物除磷系统中的主要功能菌,对聚磷菌菌群进行定性、定量分析是深入理解生物除磷系统、提高除磷效率的必然趋势。目前常用于检测聚磷菌的方法主要有生物化学法和分子生物学法,文章主要阐述了荧光原位杂交技术、聚合酶链反应技术、变性梯度凝胶电泳技术以及多技术结合使用的特点及应用情况,并在此基础上提出了改进措施以及聚磷菌检测技术的发展方向。     

反硝化聚磷菌快速富集、培养及其荧光原位杂交技术鉴别

以污水处理厂A2/O厌氧段污泥为种泥,采用膜生物反应器(membrane bio-reactor,MBR)对反硝化聚磷菌(denitrifyingphosphate-removal bacteria,DPB)进行快速富集及培养,并提供一种鉴别方法.试验中以乙酸钠为碳源,并在缺氧段投加一定浓度的硝酸盐,结果表明,在膜组件的高效截留作用下,经过厌氧-好氧和厌氧-缺氧2个阶段的富集培养,35 d内反硝化聚磷菌占全部聚磷菌(phosphate-accumulating organisms)的比例从24%上升到93%.此时系统的脱氮、除磷效率均可保持在90%以上.通过荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization,FISH)并结合常规测定手段对活性污泥进行鉴别,确定Pseudomonas sp.和Rhodocyclus sp.为主要的优势菌.