垃圾渗滤液污染羽在地下环境中的分带现象研究

通过土柱实验研究垃圾渗滤液污染物在地下环境中降解的生物地球化学作用和分带现象,并对污染前后土壤中的Fe³⁺、Fe²⁺、氧化容量(OXC)和还原容量(RDC)等的变化进行分析.结果表明,垃圾渗滤液污染羽中出现了4个顺序氧化还原带,微生物在每个带所利用的最终电子受体是不同的,分别为CO₂、Fe³⁺、NO₃^-和O₂,相应地依次称为产甲烷带、铁还原带、NO相似文献   

渗滤液污染羽中氧化还原带的动态发展演化研究

通过砂箱模拟实验研究了垃圾渗滤液污染羽中氧化还原带的动态发展和演化过程.结果表明,随着时间的推移和污染程度的加重,各氧化还原带不断向前推移,产甲烷带/硫酸盐还原带的范围不断扩大,随后出现惰性区.在氧化还原带的整个演化过程中,各带中TOC、硫化物、NH 4 -N、HC03-3、CO2和Fe2 等物质的浓度随时间的推移而升高,随离污染源距离的增加而降低;NO-3和DO等物质的浓度随时间的推移而减小,随离污染源距离的增加而升高;SO2-4的浓度则随时间的推移先减小而后增加,随离污染源距离的增加而降低.而且,随着污染程度的加重,沉积物中Fe3 含量降低, TOC含量升高.在氧还原带、硝酸盐还原带、铁还原带和产甲烷带/硫酸盐还原带沉积物中, Fe3 由占OXC的70.5%分别减小为56.3%、41%、28.3%和15%;TOC由占RDC的98.7%分别升高为102.0%、107.0%、142.9%和162.1%;Fe2 主要以PeS和FeCO3,沉淀形式沉积下来,分别占总Fe2 的80.6%、175.6%、377.7%和555.1%.     

周丛生物存在下不同水层氧化还原带的分布及其与微生物的关联

目前人工水草、弹性填料等多种载体广泛用于地表水体净化,通过载体表面富集的周丛生物去除污染物达到净化效果.尤其在周丛生物存在情况下,不同水层的氧化还原带分布情况与污染物的去除有着直接或间接的关系,因此,研究周丛生物存在下不同水层氧化还原带的分布及其微生物特征具有重要的实际意义.在模拟的水柱装置中,加入玄武湖采集的富营养化水,再悬挂弹性填料富集周丛生物,待周丛生物生长达到稳定期之后,监测不同水层氧化还原因子及其微生物.结果表明,周丛生物作用下,水柱中不同水层自上而下依次出现5条氧化还原带,周丛生物在每个带所利用的最终电子受体分别为O2、NO-3、Fe3+、CO2和SO2-4,依次称为氧还原带、NO-3还原带、铁还原带、产甲烷带和SO2-4还原带;各带的标志性物质DO、NO-2、Fe2+、HCO-3和硫化物的最高值分别为11.290、4.950、38.326、120.000和12.180 mg·L-1.通过Biolog技术监测微生物特征显示:不同水层对应的周丛生物其组成、代谢活性、碳源利用能力存在显著差异,由此造成了不同水层氧化还原带的分布.不同水层氧化还原带分布及其微生物特征的研究,为揭示周丛生物净化不同深度水体水质提供了科学解释,也为发展高效的基于周丛生物净化水质的技术提供了理论依据.     

厌氧氨氧化污泥中氨氧化的潜在电子受体

通过接种亚硝酸盐型厌氧氨氧化污泥,投加潜在电子受体(亚硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐)研究了厌氧条件下氨氮氧化的潜在电子受体.结果表明,亚硝酸盐是厌氧氨氧化最适合的电子受体,能够与氨氮在短暂的时间内完全反应;在亚硝酸盐缺乏的情况下,厌氧氨氧化污泥中微生物利用自身细胞有机物将产物硝酸盐转化为亚硝酸盐参与氨氮转化;Fe~(3+)与硫酸盐在氨氮氧化后期出现转化,但是直接还是间接参与还需进一步研究.厌氧氨氧化污泥对氨氮产生过量氧化之前必须以亚硝酸盐为电子受体进行微生物活性激活,并且好氧氨氧化菌和亚硝化菌出现增长,推测微生物产生了H_2O_2.该现象并不可长久持续.虽然其氧化速率较慢,但是过量氧化现象较为明显.因此厌氧氨氧化污泥中肯定存在氨氮过量氧化的现象.厌氧氨氧化污泥对电子的利用顺序是亚硝酸盐、硝酸盐、Fe~(3+)和硫酸盐.     

细菌还原U(VI)分子生物学机理的研究进展

铀（U）污染对生态环境和人类健康的潜在危害受到越来越多的关注.U（VI）还原细菌可将U（VI）还原至U（IV）,从而降低铀在水中的溶解性和移动性,达到污染修复的目的.目前发现的U（VI）还原细菌主要包括但不限于铁还原菌和硫酸盐还原菌.本文综述了细菌还原U（VI）的分子生物学机理,重点阐述了U（VI）还原细菌的胞外电子转移方式,包括希瓦氏菌的金属还原方式、土杆菌的孔蛋白介导方式和微生物纳米线方式.竞争性电子受体和共存离子对细菌还原U（VI）有重要影响.目前细菌还原U（VI）过程中胞外电子转移的机理仍需更多实证,土杆菌利用微生物纳米线和细胞色素协作调控电子转移的机制尚不明确.今后可将研究聚焦于细菌还原U（VI）机理的验证和完善,并开发和优化基于微生物还原的铀污染修复技术,进而提高铀污染生物修复效率和稳定性.     

微生物电解系统生物阴极的硫酸盐还原特性研究

针对传统硫酸盐生物还原方法中供氢体系能耗大和氢气利用率低的特点,构建双极室微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES),研究了微生物利用阴极作为电子供体去除废水中硫酸盐及电子利用的特性.外加电压为0.8 V时,MES生物阴极在36 h内SO2-4平均去除量为109.8 mg·L-1,平均还原速率可达73.2 mg·(L·d)-1.运行时MES的最高电流密度为50~60 A·m-3,电子回收率为(43.3±10.7)%,约90%的电子被用于还原SO2-4.微生物利用MES阴极产生的H2作为电子供体还原SO2-4,主要还原产物为溶解态的S2-和气态的H2S,还原过程主要发生在前12 h.对MES施加不同外加电压的实验显示,外加电压为0.8 V时的SO2-4去除率和电荷量都比0.4 V时高;但0.4 V情形下MES的电子回收率可达到70%,且周期结束时阴极H2低于检出限,推测微生物可以直接利用阴极的电子从而提高了能量效率.实验结果最终表明,微生物可利用MES的阴极进行代谢去除废水中的SO2-4,阳极微生物产生电子降低了系统能耗,这为含硫酸盐废水的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

细菌还原U(Ⅵ)分子生物学机理的研究进展

铀(U)污染对生态环境和人类健康的潜在危害受到越来越多的关注.U(Ⅵ)还原细菌可将U(Ⅵ)还原至U(Ⅳ),从而降低铀在水中的溶解性和移动性,达到污染修复的目的.目前发现的U(Ⅵ)还原细菌主要包括但不限于铁还原菌和硫酸盐还原菌.本文综述了细菌还原U(Ⅵ)的分子生物学机理,重点阐述了U(Ⅵ)还原细菌的胞外电子转移方式,包括希瓦氏菌的金属还原方式、土杆菌的孔蛋白介导方式和微生物纳米线方式.竞争性电子受体和共存离子对细菌还原U(Ⅵ)有重要影响.目前细菌还原U(Ⅵ)过程中胞外电子转移的机理仍需更多实证,土杆菌利用微生物纳米线和细胞色素协作调控电子转移的机制尚不明确.今后可将研究聚焦于细菌还原U(Ⅵ)机理的验证和完善,并开发和优化基于微生物还原的铀污染修复技术,进而提高铀污染生物修复效率和稳定性.     

不同电子受体对无分子氧环境中苯微生物降解的影响

为了考察提供氧分子以外的其它电子受体时微生物对石油污染的修复效果,在缺氧和厌氧条件下,采用批式试验方法研究了活性污泥在供给硝酸盐、亚硝酸盐、EDTA铁盐或硝酸盐+EDTA铁盐条件下对苯的降解效果,探讨了这些电子受体对缺氧和厌氧微生物降解苯的影响以及这些电子受体之间的相互作用.结果表明:①在供给硝酸盐时,苯的生物降解作用、硝酸盐还原和亚硝酸盐暂时累积现象同时出现;②当供给亚硝酸盐时,苯的生物降解作用不明显;③在供给EDTA铁盐为电子受体时,苯的生物降解作用明显,亚铁盐浓度逐渐升高;④当同时供给硝酸盐和EDTA铁盐时,苯的生物降解作用明显.并且没有出现明显的亚硝酸盐和亚铁盐累积现象.这表明,同时供给硝酸盐和EDTA铁盐时,伴随苯的降解首先硝酸盐和铁盐还原产生亚硝酸盐和亚铁盐,随后亚硝酸盐将亚铁盐氧化为铁盐.氧化产生的铁盐又继续作为苯降解的电子受体来降解苯;铁离子和亚铁离子之间构成的氧化还原循环,从而促进了苯的缺氧降解和硝酸盐还原.     

三八河河口潮滩有机碳、油类、硫化物及微生物分布特征

为了评价烟台市牟平区三八河河口潮滩中主要污染物的分布及土著微生物的修复潜力,研究了潮滩沉积物中w(TOC),w(油类),w(硫化物)和微生物的水平及垂直分布规律. 利用单因子污染指数法对污染状况进行了分析. 结果表明:各因子污染指数由大到小为有机碳(TOC)>硫化物>油类,河口区域w(TOC),w(油类)和w(硫化物)明显高于对照点,越靠近河口表层(0～≤20 cm)沉积物污染越重,说明潮滩污染主要由河流排污引起. 垂直深度上污染物主要集中在亚表层(5～≤20 cm),0～≤50 cm深度范围内w(TOC),w(油类)和w(硫化物)随深度的增加呈先增大后减小的趋势. 微生物分布规律显示,外源有机物的输入可提高沉积物中异养菌总数和呼吸强度,潮滩微生物可通过呼吸过程实现有机碳的矿化和输出,具有一定的修复潜力.      

氢基质自养微生物还原降解水中溴酸盐的可行性

BrO₃-（溴酸盐）作为饮用水中存在的2B级潜在致癌物已引起社会公众的广泛关注.微生物还原降解是一种净化水中BrO₃-的有效途径.基于序批式试验,研究了厌氧条件下微生物利用氢气作为电子供体还原降解水中BrO₃-的可行性及关键影响因素.结果表明,氢自养微生物能利用氢气为电子供体、BrO₃-为电子受体,将BrO₃-完全还原成一种稳定的无毒的终产物Br-.在120 h的反应期内,ρ（BrO₃-）从初始时的1.02 mg/L降至0.56 mg/L（去除率为44.5%）,最高去除速率达0.26 mg/（L·d）,出水ρ（Br-）相应地升至0.29 mg/L.对照处理中,ρ（BrO₃-）和ρ（Br-）均没有明显的降低和升高趋势.影响因素试验表明,NO₃--N和SO₄2-作为常规氧化性污染物（电子受体）,反硝化和SO₄2-还原对BrO₃-还原耗氢产生了竞争,致使BrO₃-生物还原过程受到电子供体的竞争性抑制.反硝化对BrO₃-还原效率的影响程度比SO₄2-还原更加强烈.初始ρ（BrO₃-）对氢自养微生物还原降解BrO₃-效率有较大影响.氢自养微生物还原降解BrO₃-最适宜的pH范围处于7.0~7.5之间.研究显示,利用氢气作为电子供体的氢自养微生物将BrO₃-还原成无毒的Br-是一种较为可行的生物处理技术或手段.      

城市绿地削减降雨地表径流污染效应的试验研究

针对城市降雨地表径流造成的非点源污染已成为城市收纳水体水质恶化和生态退化的主要因素这一现状,利用室内土壤柱模拟城市绿地对典型降雨地表径流污染的削减效应,研究土地覆被、径流污染物浓度、土层厚度以及水力负荷与停留时间对污染削减率的影响.结果表明,在低、中和高3种典型降雨地表径流污染浓度水平(COD为44.5、144.3、487.2 mg.L-1;NH4+-N为4.27、11.44、36.61 mg.L-1;TP为0.98、2.85、9.66 mg.L-1),8.15、7.13和6.12 cm.h-1的进水负荷持续1 h条件下,城市绿地的污染削减能力良好、稳定,对照组对COD、NH4+-N和TP的平均削减率分别达到33.41%~37.14%、58.74%~61.49%和63.65%~67.08%;受复氧能力和水力停留时间的限制,绿地覆被植物对污染物削减率的影响不明显;随着降雨地表径流污染浓度水平的增加,绿地的污染综合削减率保持在50%~60%左右,略有增大趋势;绿地对降雨地表径流污染的削减主要发生在深度50~70 cm的土层之上.     

渗滤液污染羽中沉积物氧化还原缓冲能力研究

通过土柱模拟实验研究含水层沉积物的氧化还原缓冲能力及其在不同氧化还原带中的变化.结果表明,随着污染的加重,沉积物的氧化容量(OXC)减小,而还原容量(RDC)升高.在未受污染的沉积物中,Fe³⁺是OXC的主要组成,约占OXC的70.5%;TOC是RDC的主要组成,约占RDC的98.7%.在厌氧环境中大部分无定型态和部分晶体态Fe³⁺被还原,还原产物主要以FeCO₃和FeS形式沉淀;在产甲烷带/硫酸盐还原带和铁还原带中,Fe²⁺的沉积使得可离子交换态Fe²⁺含量由原样中的0.5%分别升高至3%和1.84%.因此Fe³⁺是含水层中主要的氧化还原缓冲剂,Fe³⁺还原、Fe²⁺沉淀和Fe2+的离子交换等作用大大减小了厌氧渗滤液污染羽的扩展,对进入含水层的还原性污染物有重要的缓冲作用.     

土地利用/覆盖对华南地区感潮河流碳分布格局的影响

河流是陆海碳输送的主要通道,在全球碳循环中发挥着重要作用. 随着城市化进程的加快,河流碳分布格局将会改变. 本研究于2019年11月(枯水期)和2020年7月(丰水期)对珠江三角洲地区潭江流域干支流开展有机碳、无机碳等水质指标监测,基于土地利用数据划定流域分区和沿河岸不同距离(500、1 000、1 500、2 000和2 500 m)缓冲区,采用差异性分析、Spearman相关性分析、冗余分析(RDA)等手段,分析土地利用格局对华南地区感潮河流碳浓度分布格局的影响. 结果表明:①水体TOC(总有机碳)、TIC(总无机碳)平均值分别为(3.50±0.92)(2.61±2.10) mg/L,区域TOC、TIC浓度存在时空分布差异,丰水期TOC、TIC浓度均显著高于枯水期,感潮区TOC浓度显著高于非感潮区,建设用地占比高、林地占比低的核心城市生态区河流的TOC浓度较高. ②1 500 m缓冲区是流域内景观格局对碳浓度变化作用最强的河岸带宽度,对碳的总解释率为20.03%;城市区域的排放对有机物浓度影响严重,耕地、林地的拦截吸附作用使得河流中的有机碳浓度相对较低,连片坑塘、养殖池等对河流中营养盐浓度的影响较大. ③水体中碳、氮、磷等的正相关关系表明,水体污染与生活污水排放、养殖生产活动和农业面源污染等有关. 因此,加强缓冲区坑塘、养殖池等的污染控制以及建成区与河流间绿化建设,是控制潭江等华南地区感潮河流中碳浓度以及入海碳通量的关键管理手段.      

不同电子受体对反硝化除磷菌缺氧吸磷的影响

利用厌氧/缺氧/好氧交替运行模式培养和富集反硝化除磷污泥,通过在缺氧段分别投加不同浓度的硝酸盐和亚硝酸盐,进行了反硝化除磷菌（DPB）在不同电子受体条件下的缺氧吸磷试验.结果表明,在保证有足够的硝酸盐电子受体的情况下,DPB的缺氧吸磷速率几乎不受硝酸盐浓度的影响,在试验条件下,缺氧阶段每消耗1 mg NO^-₃-N吸收约1 mg PO^３－_４-P;在一定浓度条件下,亚硝酸盐能够作为电子受体参与DPB反硝化吸磷,DPB在较低亚硝酸盐浓度（NO^-₂-N在5～20 mg/L范围）下的缺氧吸磷速率高于以硝酸盐为电子受体时的缺氧吸磷速率,并且缺氧吸磷速率在这个范围内随NO^-₂-N浓度的升高而降低;亚硝酸盐对DPB缺氧吸磷的抑制程度随其浓度的增加而增强,当NO^-₂-N≥35 mg/L时,DPB的缺氧吸磷反应几乎完全停止.     

下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应

以现场7次降雨14组径流污染监测数据为基础,探讨了下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应,分析了径流污染负荷、绿地土壤与覆被植物、降雨历时等因素对污染削减率的影响.结果表明,当COD,NH4+-N和TP的浓度分别为56.0~216.0,0.27~2.97,0.20~0.95mg/L时,下凹式绿地对COD,NH4+-N和TP的平均削减率为52.21%,48.98%和47.35%.下凹式绿地对径流污染的削减过程可分为2个阶段:初期1h的径流污染削减率符合一级动力学模式,后期径流污染削减规律可用二级动力学模式表示.降雨历时增加可提高污染物削减率,当降雨历时约从3h增加到20h时,径流污染的综合削减率可从40%上升到65%.     

2-羟基-1,4-萘醌介导Fe2+-STPP厌氧还原对硝基酚

通过投加Fe²⁺、三聚磷酸钠（STPP）、2-羟基-1,4-萘醌（LQ）,研究了厌氧水体环境中三者对对硝基酚（PNP）还原转化的作用规律,探究了不同因素对LQ介导Fe²⁺-STPP还原PNP的影响.结果表明,该实验体系在初始pH值为3~9时对PNP均有一定的还原效果;改变STPP浓度对还原PNP几乎无影响;随着LQ浓度或Fe²⁺浓度的增加,PNP的还原效果增强.机理研究表明,10min内Fe²⁺迅速将电子转移给LQ,58.4%的LQ接受电子后生成非醌类副产物,其余部分LQ接受电子变成半醌自由基中间体再将电子转移给PNP.Fe²⁺提供的电子仅有小部分用于PNP的还原,实验体系总体的电子利用率较低.     

玉米和小麦对城市污泥施用土壤中多氯联苯的吸收和传输特征

城市污泥施用农田能够改善土壤性状及促进作物生长,但也会使农田存在重金属和有机污染物等污染风险. 多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)作为一类持久性有机污染物,被作物吸收、累积后经食物链传递,潜在威胁着人体健康. 为探究城市污泥施用农田后PCBs在土壤和作物(玉米和小麦)中的分布特征,解析玉米和小麦对土壤PCBs的吸收和传输规律与差异,以关中地区城市污泥施用土壤为研究对象,设置不同植物种属、污泥施用量和污泥类型的土壤盆栽培养试验. 结果表明:①城市污泥施用后造成土壤、玉米和小麦的PCBs污染,土壤、植物根和地上部分以低氯代PCBs〔一氯代PCBs(mono-PCBs)~五氯代PCBs(penta-PCBs)〕为主,且百分含量呈依次增加趋势. ②与种植前相比,种植植物后土壤中更低氯代的PCBs占主导;且土壤∑PCBs消减了20.00%~79.30%,各处理对∑PCBs的消减差异表现为玉米高于小麦、单倍污泥施用量高于双倍污泥施用量、有机质含量最高的污泥施用处理∑PCBs的消减率最高. ③植物根可以吸收土壤PCBs并向地上部分传输,且吸收和传输能力与植物种属、污泥施用量和污泥类型有关,小麦对污染土壤∑PCBs及各PCBs同系物的吸收能力均强于玉米,而传输能力较弱;双倍污泥量施用下植物根对∑PCBs、一氯代PCBs(mono-PCBs)~四氯代PCBs(tetra-PCBs)和六氯代PCBs(hexa-PCBs)的吸收减弱;有机质含量最低的污泥施用下植物根对∑PCBs的吸收能力最强. 研究显示,城市污泥施用会引起土壤和作物PCBs污染,种植作物能消减污染土壤PCBs,而小麦和玉米对土壤∑PCBs及各PCBs同系物的消减和吸收传输存在种属差异.