水力负荷与有机负荷协同作用对人工湿地微生物群落结构的影响

以单层基质结构(CW1)、3层基质结构(CW3)、6层基质结构(CW6)的水平潜流人工湿地系统为对象,考察水力负荷及有机负荷对不同人工湿地系统去除COD、总悬浮固体(TSS)效果的影响,同时利用高通量测序技术,分析高负荷条件下系统微生物群落结构。结果表明,不同水力负荷运行条件下,随着有机负荷的提高,CW1、CW3、CW6湿地系统对COD、TSS的去除率均表现出先升高后下降的趋势,总体看来,在相同运行条件下CW6湿地系统COD、TSS的去除率最高。群落结构分析表明,不同人工湿地系统微生物结构存在相似性,但湿地床体的基质结构会对微生物群落结构产生一定影响,总的来说分层填充的人工湿地系统微生物群落结构更为稳定,对污染物的去除效果更好。     

不同污泥负荷下SBR处理游泳馆污水的微生物群落的演变

污泥负荷直接影响微生物的生长模式,当污泥负荷发生变化时,短时间内微生物群落结构将发生明显变化。为了研究污泥负荷冲击对SBR系统内活性污泥微生物群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)技术,对不同污泥负荷冲击时,SBR处理游泳馆污水中的活性污泥微生物进行了考查。研究表明,在不同污泥负荷冲击的条件下,以MBR污泥为接种污泥,SBR工艺处理游泳馆污水系统内活性污泥微生物群落结构变化明显,多样性指数随着污泥负荷升高而逐渐增加并趋于稳定,但污泥冲击负荷过高多样性指数反而下降,SBR系统内微生物菌种大部分为未经培养菌种,肠杆菌属、甲苯单胞菌属以及γ-变形菌纲细菌等。微生物通过对不同负荷阶段环境条件的适应及演变,逐渐形成了适应相应污泥负荷的微生物种群。     

潜流、垂直流人工湿地污染物净化效果及耐污染负荷冲击能力研究

依托建立在新沂河河漫滩上的人工湿地中试工程进行现场试验,研究分析潜流和垂直流2种人工湿地对污染河水的净化效果及其耐污染负荷冲击能力。结果表明:在相同的进水高锰酸盐指数浓度条件下,垂直流对高锰酸盐指数的净化效果明显优于潜流;2种人工湿地对NH4+-N的去除率均比较高(平均去除率均高于80%),且没有明显差异;2种人工湿地构造不同引起的水流运行方式及截留、过滤作用的差异对高锰酸盐指数的去除影响较大,而对NH4+-N去除的影响较小;进水污染负荷变化对人工湿地污染物去除的影响显著,垂直流耐高锰酸盐指数污染负荷冲击能力明显强于潜流,而对NH4+-N污染负荷变化,两者都表现出了较强的耐受能力,差异不明显。     

修复受污染水体的潜流人工湿地微生物多样性研究

进行了潜流人工湿地修复受污染水体试验研究,并比较单一植物与单一填料系统与多种植物系统与多种填料系统的处理效果.运用PCR-DGGE技术研究3种不同类型的潜流人工湿地中微生物种群结构,结合多样性分析和聚类分析方法,分析了人工湿地微生物种群结构特征.     

植物种类与水力负荷对人工湿地去除污染物的交互作用

人工湿地去污效能不仅受水力负荷(HL)影响,还与植物种类有关。为研究这2种因素对污染物去除的交互作用,根据植物根系长度,分别构建短根型、中根型及长根型植物潜流人工湿地中试系统,在运行稳定后,考察不同植物种类在不同水力负荷(152、230、305和460 mm/d)下的去污效果。结果表明:植物种类对COD去除率的影响差别不显著,对氮磷去除率有显著影响,且去除率符合长根型中根型短根型;水力负荷对COD、TN、NH_4~+-N和TP的去除均有显著影响,随着水力负荷减小去除率均逐渐升高;植物种类与水力负荷的交互作用对各污染物去除率均有显著影响,且受水力负荷影响较大,TN、NH_4~+-N的去除在水力负荷较小时交互作用较明显,COD去除的最优HL为230 mm/d。因此,在人工湿地设计时应考虑植物种类与水力负荷的交互作用。     

曝气对潜流人工湿地中木本植物的影响

为了增加人工湿地植物的多样性,本文将花叶冬青(Ilex aquifolium)、月季(Rosa chinensis)和八角金盘(Fatsia japonica)3种木本植物引入潜流人工湿地,比较曝气前后系统对污水处理效果,植物的生物量与对TN、TP负荷减少的贡献率,根系形态与内部结构、根际微生物与基质酶活性的比较研究。结果表明,木本植物潜流人工湿地系统曝气后可以提高COD、NH+4-N、TN、TP的去除率,分别为6.99%、4.91%、10.25%、8.09%。湿地曝气有利于3种木本植物的生长,在曝气后比曝气前生物量增加了381.75、606.25和896.88 g/m2。曝气会促使木本植物长出大量须根,且曝气后的根系具有大量由薄壁细胞组成的通气组织的水生根特征。同时,曝气后增加了硝化菌数量,各处理单元中硝化菌增量分别为A:0.28 MPN×104/g,B:4.23 MPN×104/g,C:7.7 MPN×104/g。另外,曝气后植物根际基质中磷酸酶和尿酶的含量增加量大约在50%以上,这与系统中N和P的去除率提高的规律一致。     

菖蒲和空心菜在处理微污染河水潜流人工湿地中的应用

为了探讨修复微污染河水的潜流湿地中植物对污染物去除效果的影响及其生长变化,在野外条件下构建2座分别栽种菖蒲和空心菜的水平潜流人工湿地,并以未栽种植物的湿地作空白。分析了湿地中污染物的去除效果,考察了湿地中植物的生物量、根系活力和氮磷含量的变化。植物湿地中污染物净化效果优于空白湿地,菖蒲和空心菜湿地对氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)的平均去除率分别为61.1%和57.5%,31.5%和39.7%,24.7%和25.5%,20.4%和20.7%。实验结果表明,湿地中菖蒲的根系鲜重是空心菜的4.2倍,但其根系活力低于空心菜。2种植物均可在湿地中正常生长,但受湿地中营养盐浓度的限制性影响,移栽后的植物组织氮磷含量与移栽前相比下降了11.8%~20.3%。植物在净化微污染河水的潜流人工湿地中对N、P的去除起重要作用。     

种植不同植物的表面流人工湿地净化效果和微生物群落差异分析

为了解植物种类对表面流人工湿地的净化效果的影响及其与微生物群落的关系,研究了4种植物条件下表面流人工湿地的氮磷平衡以及微生物群落结构。结果表明,各组人工湿地对氨氮(45.53%～80.95%)、总氮(53.67%～80.30%)和总磷(32.97%～55.77%)都有较好的处理效果,种植植物的人工湿地比未种植的人工湿地具有更高的氨氮、总氮和总磷去除效果,其中黄菖蒲组对氮的去除效果最好,美人蕉组对磷的去除效果最好。在表面流人工湿地中,微生物作用(34.84%～45.44%)是人工湿地氮去除的主要途径,基质吸附(20.90%～23.91%)是人工湿地磷去除的主要途径,但是种植植物的人工湿地的氮磷通过微生物去除的量更高。高通量测序分析表明,相较于未种植植物的人工湿地,种植植物的人工湿地显示出更高的微生物丰富度、多样性和更高的脱氮除磷功能微生物的丰度。假单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属和硝化螺菌属是人工湿地中主要的脱氮菌属,也是种植植物的人工湿地高生物脱氮的原因。假单胞菌属和不动杆菌属丰度增加是种植植物的人工湿地高生物除磷的原因。     

污泥施用对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性的影响

为研究污泥施用对石灰性土壤细菌多样性的影响,在连续2年种植夏玉米大田系统中,施用不同量的腐熟污泥,采集根际和非根际土壤进行16S rDNA-V3-V4区高通量测序,分析污泥施用对石灰性土壤细菌丰富度、多样性指数、群落结构、功能基因在代谢途径的影响,同时对细菌群落和环境因素之间的相关性进行分析。结果表明:污泥用量分别在3.5～37.5 t·hm~(-2)和3.5～7.5 t·hm~(-2)有利于非根际和根际土壤OTU数量增加;但污泥在75 t·hm~(-2)过量施用时,根际和非根际土壤细菌的Shannon多样性指数显著降低,Simpson指数显著增加,Ace,Chao丰富度指数显著降低。主成分和门水平物种丰度分析表明:污泥施用量不同会造成根际和非根际细菌群落结构差异,并且当污泥施用量为75 t·hm~(-2)时,明显降低了非根际土壤放线菌门的丰度;污泥施用量在3.75～37.5 t·hm~(-2)时,非根际土壤中拟杆菌门丰度会明显增加。与对照相比,当污泥用量为75 t·hm~(-2)时,根际土壤拟杆菌门有明显的增加,增加丰度达1.45倍,但酸杆菌门和放线菌门丰度降低了49.74%和80.57%。冗余分析(RDA)表明,土壤TN、Cd、Cu、TP是影响土壤细菌群落最主要的因素,其中TN、Cd、Cu和细菌Shannon、Simpson多样性指数呈现显著相关性(P0.05)。由此可见,连续过量施入污泥会对根际和非根际石灰性土壤中细菌多样性造成不利影响,而且上述微生物多样性变化可作为污泥合理施用的判断依据。     

膜生物反应器中不同阶段微生物群落结构演变的研究

为了研究膜生物反应器（membrane bioreactor, 简称MBR）中微生物群落结构的演变情况,对不同阶段运行状况下(包括培养驯化阶段、初期增长阶段、污泥流失阶段和恢复成熟阶段4个阶段)污泥中的微生物进行了考察。从MBR污泥中提取细菌总基因组DNA,进行聚合酶链式反应变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)图谱的直观分析,以及总细菌的Shannon多样性指数、各污泥样品的相似性分析和聚类分析。研究表明,反应器中的微生物群落比较丰富。不同的阶段状况下,微生物的群落结构变化比较明显,能够比较好地反映MBR的运行状况和系统处理效能的关系,并且发现微生物的群落结构能够随着反应器的运行状况的变化做出调整恢复。     

复合人工湿地中低浓度有机物的去除及Monod模型模拟

以复合人工湿地工程实例为研究对象,研究了其在连续5个月内对低浓度有机污染物的深度处理效果,采用简化的Monod动力学模型对研究湿地进行模拟并验证,讨论了污染负荷与去除率的相关性以及BOD/COD比值对有机污染物降解系数的影响。研究湿地总面积为5 000 m2,进水水量为860～1 560 m3/d,水力停留时间为1.48～2.69 d,水力负荷为0.17～0.31 m/d,进水中有机污染物浓度较低(BOD53.0～25.6 mg/L;COD 22.9～89.8 mg/L)。结果表明,复合湿地组合形式对BOD5和COD的去除率分别介于37.9%～79.0%和41.0%～68.7%之间,简化的Monod模型对湿地中BOD5和COD去除的预测值与实验观测值吻合程度较好;BOD5、COD的去除率分别随着进水BOD5和COD浓度的增加而增大,而增长趋势逐渐变缓,当有机污染负荷低时,模型的K值较小;低浓度有机污染物在VSF、FWS和HSF湿地中的去除效率与有机物是否容易或者缓慢被微生物降解的性质相关性较差,这可能与人工湿地中存在的其他因素促进了有机污染物的去除有关。     

组合人工湿地处理工业园区污水厂尾水的中试研究

在巢湖流域水环境治理中,依托工业园区污水厂,进行了组合人工湿地处理工业园区污水厂尾水的中试研究。介绍了工艺流程和设计参数,运行结果表明,整个处理系统运行稳定,对COD、NH4+-N和TP的平均去除率分别为65.5%、75.5%和49.2%,其中一级潜流湿地对各污染物的去除贡献率最高。系统出水COD、氨氮、总磷基本达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅴ类水标准。此外还利用GC/MS初步对系统进出水进行了有机物组分分析,结果表明尾水中含有除草剂及农药中间体等难降解有机物,组合人工湿地对这些物质有一定去除效果。     

Use of halophytes in pilot-scale horizontal flow constructed wetland treating domestic wastewater

Recent findings encourage the use of halophytes in constructed wetlands for domestic wastewater treatment due to their special physiological characteristics as the ability to accumulate heavy metals and salts in their tissues makes them ideal candidates for constructed wetland vegetation. In this particular study, we investigated the application of halophytic plants in a horizontal flow constructed wetland for domestic wastewater treatment purposes. The pilot plant which was situated in Crete (Greece) was planted with a polyculture of halophytes (Tamarix parviflora, Juncus acutus, Sarcocornia perrenis, and Limoniastrum monopetalum). The system’s performance was monitored for a period of 11 months during which it received primary treated wastewater from the local wastewater treatment plant. Results show that halophytes developed successfully in the constructed wetland and achieved organic matter and pathogen removal efficiencies comparable to those reported for reeds in previous works (63% and 1.6 log units, respectively). In addition, boron concentration in the effluent was reduced by 40% in comparison with the influent. Salinity as expressed by electrical conductivity did not change during the treatment, indicating that the accumulation of salts in the leaves is not able to overcome electrical conductivity increasing due to evapotranspiration. The results indicate an improvement in the treatment of domestic wastewater via the use of halophyte-planted CWs.     

城市景观水体水质净化的人工湿地设计

从设计规模、水质标准、湿地平面和堤坝设计、进水方式以及防渗结构和湿地植物等方面，介绍了用于景观水体水质净化的人工湿地系统及设计方案。以西北地区某园区为例，根据天然地势设计了5级阶梯式人工湿地，确保出水水质作为景观水水源，并参与城市人工河湖系统的水循环系统的正常代谢。     

Microbial abundance and community in subsurface flow constructed wetland microcosms: role of plant presence

In this research, the role of plants in improving microorganism growth conditions in subsurface flow constructed wetland (CW) microcosms was determined. In particular, microbial abundance and community were investigated during summer and winter in Phragmites australis-planted CW microcosms (PA) and unplanted CW microcosms (control, CT). Results revealed that the removal efficiencies of pollutants and microbial community structure varied in winter with variable microbial abundance. During summer, PA comprised more dominant phyla (e.g., Proteobacteria, Actinobacteria, and Bacteroidetes), whereas CT contained more Cyanobacteria and photosynthetic bacteria. During winter, the abundance of Proteobacteria was >40 % in PA but dramatically decreased in CT. Moreover, Cyanobacteria and photosynthetic bacterial dominance in CT decreased. In both seasons, bacteria were more abundant in root surfaces than in sand. Plant presence positively affected microbial abundance and community. The potential removal ability of CT, in which Cyanobacteria and photosynthetic bacteria were abundant during summer, was more significantly affected by temperature reduction than that of PA with plant presence.     

聚合酶链反应—变性梯度凝胶电泳技术研究梯田式人工湿地微生物群落动态变化

采用聚合酶链反应(PCR)—变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对梯田式人工湿地(TTCW)和复合垂直流式人工湿地(IVCW)生活污水处理系统内的微生物群落结构的动态变化及其对生活污水处理效果的影响进行了对比研究。结果表明:(1)TTCW和IVCW对生活污水均具有较好处理效果,其COD去除率平均分别为76.2%和72.6%、TP去除率平均分别为90.7%和85.6%、NH4+-N去除率平均分别为65.2%和58.8%;TTCW增氧作用明显。(2)2种人工湿地内均存在丰富的微生物群落,并均存在共有的微生物种群;在湿地沿程不同位置均存在一定数量的优势种群。(3)TTCW强化了大气复氧能力,使得湿地内DO较相同深度的IVCW的高。TTCW具有较强的污染物去除能力,特别是具有高效的脱氮除磷能力。这种能力可能主要是TTCW中微生物群落结构的变化所致。     

Treatment of tannery wastewater in a pilot-scale hybrid constructed wetland system in Bangladesh

This paper reports the pollutant removal performances of a hybrid wetland system in Bangladesh for the treatment of a tannery wastewater. The system consisted of three treatment stages: a subsurface vertical flow (VF) wetland, followed by a horizontal flow (HF) and a VF wetland. The wetlands were planted with common reed (Phragmites australis), but employed different media, including organic coco-peat, cupola slag and pea gravel. In the first stage, experimental results demonstrated significant removal of ammonia (52%), nitrate (54%), BOD (78%), and COD (56%) under high organics loading rate (690 g COD m⁻² d⁻¹); simultaneous nitrification, denitrification, and organics degradation were attributed to the unique characteristics of the coco-peat media, which allowed greater atmospheric oxygen transfer for nitrification and organic degradation, and supply of organic carbon for denitrification. The second stage HF wetland produced an average PO₄ removal of 61%, primarily due to adsorption by the iron-rich cupola slag media. In the third treatment stage, which was filled with gravel media, further BOD removal (78%) from the tannery wastewater depleted organic carbon, causing the accumulation of NO₃ in the wastewater. Overall, the average percentage removals of NH₃-N, NO₃-N, BOD, COD, and PO₄ were 86%, 50%, 98%, 98% and 87%, respectively, across the whole hybrid system. The results provided a strong evidence to support widespread research and application of the constructed wetland as a low-cost, energy-efficient, wastewater treatment technology in Bangladesh.     

水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果的影响

基于中试系统一年的连续运行监测,研究了水深对芦苇表面流人工湿地污染河水处理系统的影响。结果表明,水深对表面流人工湿地污染河水处理系统运行效果有很大影响,在进水COD、氨氮、总氮和总磷等分别为36±4.46、0.92±0.47、6.27±2.01和0.13±0.05 mg/L条件下,水深50 cm时处理效果最好,COD、氨氮、总氮和总磷去除率分别达到42.75%、58.42%、56.94%和43.24%。综合污染物去除效果和人工湿地建设工程量,芦苇表面流人工湿地的水深宜采用50 cm。人工湿地系统中植物光合生理和溶解氧等研究表明,水深主要通过影响植物生长和溶解氧等而影响人工湿地的水质净化效果。     

李氏禾人工湿地净化Cr（Ⅵ）污染水体的性能研究

利用湿生铬超富集植物李氏禾构建的三段式波形潜流式人工湿地，研究了湿地系统对Cr（Ⅵ）污染水体的净化效果。结果显示，李氏禾湿地系统对Cr（Ⅵ）污染水体的净化效果明显好于无植物的对照。当进水Cr（Ⅵ）浓度为2．50mg／L时，李氏禾湿地系统出水Cr（Ⅵ）浓度显著低于对照，说明李氏禾在湿地系统净化Cr（Ⅵ）污染水体中发挥了重要的作用。当进水Cr（Ⅵ）浓度超标150倍（7．50mg／L）时，李氏禾湿地系统出水Cr（Ⅵ）浓度仍可达到国家地表水环境质量标准（0．05mg／L），表明李氏禾湿地系统具有很强的Cr（Ⅵ）污染净化能力。沿程Cr（Ⅵ）浓度的变化显示，湿地系统对Cr（Ⅵ）的去除效率随水流方向逐渐降低，Cr（Ⅵ）主要在湿地系统的前两个阶段被去除。     

Shaping effects of rice,wheat, maize,and soybean seedlings on their rhizosphere microbial community

The rhizosphere microbiome plays critical roles in plant growth and is an important interface for resource exchange between plants and the soil environment. Crops at various growing stages, especially the seedling stage, have strong shaping effects on the rhizosphere microbial community, and such community reconstruction will positively feed back to the plant growth. In the present study, we analyzed the variations of bacterial and fungal communities in the rhizosphere of four crop species: rice, soybean, maize, and wheat during successive cultivations (three repeats for the seedling stages) using 16S rRNA gene and internal transcribed spacer (ITS) high-throughput sequencing. We found that the relative abundances of specific microorganisms decreased after different cultivation times, e.g., Sphingomonas, Pseudomonas, Rhodanobacter, and Caulobacter, which have been reported as plant-growth beneficial bacteria. The relative abundances of potential plant pathogenic fungi Myrothecium and Ascochyta increased with the successive cultivation times. The co-occurrence network analysis showed that the bacterial and fungal communities under maize were much more stable than those under rice, soybean, and wheat. The present study explored the characteristics of bacteria and fungi in crop seedling rhizosphere and indicated that the characteristics of indigenous soil flora might determine the plant growth status. Further study will focus on the use of the critical microorganisms to control the growth and yield of specific crops.