人工湿地微生物硝化和反硝化强度对比研究

通过对表面流和潜流人工湿地中不同填料层的微生物硝化和反硝化强度进行对比研究,探讨了人工湿地脱氮过程中硝化反硝化作用的变化,从微生物角度分析了人工湿地脱氮效果的差别.研究结果表明,人工湿地系统可以同时进行硝化和反硝化作用.表面流湿地硝化强度高于潜流湿地,2个系统中的硝化强度具有较明显的分层现象,上层硝化强度高于下层.2个系统中沿程硝化强度呈递减趋势,硝化强度反映氨氮去除率的大小,表面流湿地氨氮的去除率高于芦苇潜流湿地30%～40%.反硝化强度比较结果表明,潜流湿地上层土壤填料的反硝化强度最高,砾石填料反硝化强度最低,表面流湿地反硝化强度居中,2个系统反硝化强度上下分层不明显,沿程基本保持不变.     

构建湿地中试系统基质剖面微生物活性的研究

对稳定运行的复合垂直流构建湿地中试系统基质进行分层采样,测定微生物数量,生物量氮,酶活性,硝化作用,反硝化作用以及呼吸作用等各项指标.结果表明,上行流和下行流池0～10cm的基质层中好氧微生物数量高出30～55cm的层面1～2个数量级;反硝化细菌除下行流池0～10cm的层面外其他基质层数量都达到10⁷个/g干土以上.0～20cm的基质层中脲酶活性明显高于30～55cm的层面;而0～10cm的层面中脱氢酶活性明显高出10～55cm的层面2～5倍.硝化反硝化作用广泛存在于基质中,硝化作用表现出一定的空间规律,0～10cm的基质硝化作用强度要比40～55cm层面的高出20%;反硝化作用的空间差别很小,其作用率最低也达到85.5%.     

污水对红树林人工湿地硝化和反硝化作用研究

通过对红树林人工湿地小试系统在城市生活污水处理和自来水处理下的硝化作用和反硝化作用强度的研究,探讨污水排放对红树林人工湿地的硝化和反硝化作用的影响以及硝化和反硝化作用在不同红树植物、基质不同深度的变化规律。结果表明:红树林人工湿地可同时进行硝化和反硝化作用,硝化、反硝化作用分别与硝化、反硝化菌的数目呈显著正相关,污水排放会极显著增加基质的硝化和反硝化作用。不同深度的硝化、反硝化作用不同,基质上层(0~10 cm)的硝化作用能力极显著高于下层(10~20 cm),反硝化作用刚好相反,但差异不显著。有红树植物人工湿地的硝化、反硝化作用要强于无植物系统,不同植物人工湿地系统的硝化作用强弱依次是:秋茄桐花树海桑,差异不显著,反硝化作用强弱顺序刚好相反,但差异显著。相关性分析表明,硝化、反硝化作用与基质有机质、盐度及p H值显著相关。     

潮汐流-潜流组合人工湿地微生物群落多样性研究

为研究潮汐流-潜流人工湿地组合的微生物群落空间分布,构建了潮汐流-潜流湿地组合实验装置对人工模拟生活污水进行净化处理,采用PCR-DGGE技术对组合工艺实验装置中微生物空间分布特征进行研究.结果表明,种植植物(香蒲)的人工湿地组合NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N去除率分别为70.22%、28.42%和38.30%,未种植植物的人工湿地组合NH_4~+-N、NO_3~--N和NO_2~--N去除率分别为55.15%、65.26%和61.70%.两组湿地内优势微生物种类共有44种,潮汐流单元微生物种类空间分布差异性较小,系统内多为好氧微生物.潜流人工湿地单元微生物空间分布差异较大,上层以好氧微生物为主,中下层以缺氧和厌氧微生物为主.种植植物可以提高湿地系统中微生物量、微生物群落多样性和均匀性.潮汐流-潜流组合工艺在系统内实现了硝化-反硝化的组合,比一般的潜流和表面流人工湿地组合TN去除率提高了20%~30%.     

基于高通量测序技术的人工湿地中脱氮微生物群落结构解析

针对台州湾水平流人工湿地处理河水时脱氮能力低且不稳定的情况,采用高通量测序技术进行脱氮微生物群落的结构解析,以便从微生物的群落结构和空间分布中寻求影响脱氮能力的因素.研究结果表明,水平流湿地中存在硝化和反硝化菌群,且硝化菌属主要为Nitrospira,反硝化菌属主要为Bacillus和Paracoccus.与脱氮系统较...     

复合垂直流构建湿地基质微生物类群及酶活性的空间分布

对构建湿地基质微生物类群数目及酶活性的空间分布特点进行了研究，为进一步深入研究构建湿地净化污水的机制提供了可能，研究表明：（1）不同月份构建湿地基质的微生物类群目是不相同的。（2）基层不同层次之间其微生物类群数目不相同，上层数目较中下层多，最多几乎达三个数量级，（3）下行流池中的微生物类群数目较上行流池多。（4）下行流池中的脲酶活性较上行流池高，且上层高于中下层。（5）上行流池中的磷酸酶活性较下行流池为高。     

潮汐-复合流人工湿地系统优化及对抗生素抗性基因的去除效果

抗生素抗性基因随废水排放传播扩散,对环境生物和民众健康构成严重威胁.针对废水中抗性基因的深度去除值得重点关注.在前期研究中发现潮汐流人工湿地能有效去除废水中多种氮素.本研究通过增加隔板和种植植物等方式进一步优化潮汐流人工湿地系统,并考察了工艺优化对抗性基因去除和脱氮功能微生物的影响机制.结果表明,同时增加隔板和种植植物后的潮汐-复合流人工湿地系统能有效提高抗性基因的去除效率,在增加隔板和种植植物组对7类21种抗性基因去除率最高达到83.82%~100.0%,显著高于单一增加隔板或种植植物组.从湿地基质和植物中的抗性基因绝对丰度对比可以看出,增加隔板能促进湿地基质中抗性基因量积累,而植物对抗性基因吸附也是其去除途径之一.同时,结合氮循环功能基因测序结果显示,湿地系统优化能提高基质中硝化和反硝化功能微生物物种多样性和丰富度,这与优化系统对废水中硝化量、反硝化量和总氮的去除率相对更高结果一致.     

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果. 结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH₃-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH₃-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%. 氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg/(m3·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102mg/(m3·h). 该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.      

不同基质垂直流人工湿地对猪场污水季节性处理效果的研究

研究了3套不同基质垂直流人工湿地小试装置在不同季节处理猪场污水的运行效果.结果表明,垂直流人工湿地对有机污染物的去除效果随季节变化差异不明显,对有机物降解情况可用一级降解模型模拟;传统型湿地系统NH4 -N去除率在各季节稳定在52%,而沸石和沸石-煤渣型系统冬季NH4 -N去除效率分别从秋季的89.8%和93.4%下降至冬季的64.2%和73.5%,春、夏季回升至80%左右.冬季湿地系统中生物硝化与反硝化作用的减弱影响了垂直流人工湿地系统TN的去除;3套不同基质系统中,沸石-煤渣型系统各高度层硝化强度均为最高,沸石型和沸石-煤渣型系统的反硝化强度明显高于传统型系统,与实际运行过程TN去除率变化相吻合.采用沸石作为基质有利于系统的反硝化进程和TN的去除.垂直流系统对TP去除率随季节性变化波动不显著,但随着垂直流人工湿地系统的运行,基质层对TP的吸附逐渐饱和,去除效率明显下降.     

复合垂直流人工湿地的脱氮机理及影响因素分析

采用沸石和砾石作为填料,研究复合垂直流人工湿地处理农村生活污水的脱氮机理。试验结果表明:复合垂直流人工湿地对污水中氮的去除主要发生在下行流填料柱中,其去除机理主要是微生物对溶解态氮的硝化和反硝化作用;悬浮态氮沉积在填料孔隙中,会出现"氮释放"现象;水温、气水比、碳氮比、氮源形式等因素对湿地系统的脱氮效率有显著影响。     

人工湿地基质中酶活性和细菌生理群的时空动态特征

对复合垂直流人工湿地基质中6种酶酶活性和5种细菌生理类群数量进行了测定.结果表明各种酶酶活性在不同月份存在显著差异(p<0.05):纤维素酶、蛋白酶和磷酸酶在6月、9月和12月时都表现出较高的酶活性,并且都显著地高于3月的酶活性;β-葡萄糖苷酶在6月时酶活性显著地高于其它月;而脲酶活性在9月和12月时极显著地高于3月和6月(p<0.01);脱氢酶酶活性在6月和12月时明显高于3月和9月.相比较而言,6种酶酶活性的空间特征较为一致,下行流池酶活性显著高于上行流池活性(p<0.05),并且随着基质层深度的增加,酶活性亦相对递减.细菌生理类群数量在6月和9月达到高峰,并且所反映出来的空间规律与酶活性有一致性.     

潜流型人工湿地硝化和反硝化作用强度研究

对芦苇、美人蕉、空白潜流型人工湿地中硝化、反硝化作用强度进行了对比研究. 结果表明, 潜流型湿地硝化作用强度受温度影响显著, 且与总氮、氨氮去除率显著相关. 各湿地硝化、反硝化作用强度的空间分布具有明显分层现象, 湿地表层高于深层. 芦苇湿地表层硝化作用强度呈中间高、两端低的变化趋势; 深层则沿程递减; 反硝化作用强度沿程变化不明显. 垂直流湿地平均硝化作用强度高于水平流湿地; 有植物湿地高于空白湿地; 芦苇湿地高于美人蕉湿地. 植物根系分泌物直接影响硝化作用强度, 根际硝化作用强度由根面至非根区递减. 潜流湿地具有较强的反硝化潜力, 反硝化作用强度明显高于硝化作用强度.     

复合垂直流湿地氨氧化菌种群结构及活性的空间分布

应用复合垂直流湿地净化富营养化景观水体,测定了湿地系统不同空间层次的氮氧化菌(AOB)活性,并采用PCR-DGGE技术考察了氨氧化菌种群多样性.结果表明,在复合垂直流湿地中,由于植物根际效应、异养菌竞争、DO浓度以及氨氮浓度等环境条件的综合作用,氨氧化菌活性和种群多样性沿水流方向呈现出较为明显的空间分布差异.下行池表层氨氧化菌活性最高,为0.79 mg·(kg·h)-1(以NO-3-N计,下同).从下行池表层到上行池底层.氨氧化菌活性逐渐下降,至上行池表层略有增加,氨氧化菌活性为0.17 mg·(kg·h)-1.氨氧化菌多样性与活性的空间分布表现出大致相同的趋势,下行池氨氧化菌多样性指数(平均为1.92)高于上行池(平均为1.65).在复合垂直流湿地系统中,多数菌种为寡营养类微生物,Nitrosonwnas sp.为优势菌种,在湿地氨氮的去除过程中起着主导作用.此外还检测到Uncultured beta proteobacterium、Comamonas sp.以及Nitrosomonas oligotropha等菌种.在湿地不同位置,不同湿地环境长期选择的结果,使氨氧化菌种群结构表现出一定的空间演替变化.     

人工湿地氮转化与氧关系研究

应用N转化迁移模型分析廊道式人工湿地氮转化与氧供应的关系,验证目前湿地全程硝化反硝化脱氮机制的有效性.对各个廊道进出水NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、B₅、DO进行了测定和分析.在水力负荷5cm/d条件下,各廊道湿地有机氮矿化率为0.01～0.28g·(m²·d)^-1、氨氮硝化率0.50～1.54 g·(m²·d)^-1,反硝化率0.41～1.13 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的3.4%～35.4%)、植物净吸收氮0.07～0.26 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的7%～33%).硝化反硝化与有机质降解同时进行,在进水端最明显,这与传统认识相悖.按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量(NOD)高于实际的表面复氧和植物根系放氧.最后对在高浓度有机质存在条件下,能减少对氧需求的2种新型脱氮机制进行了讨论.     

Conversion of nitrogen and carbon in enriched paddy soil by denitrification coupled with anammox in a bioelectrochemical system

The aim of this study is to investigate conversion of nitrogen and COD in enriched paddy soil by nitrification coupled with anammox process in a dual chamber bioelectrochemical system. The paddy soil was enriched for denitrification coupled with anammox by microbial consortia and was acclimatized in the cathodic chamber of microbial fuel cells(MFCs). The bioelectrochemical systems were treated with different ammonium concentrations in the cathodic chamber: the MFC with low concentration ammonium...     

磁场强化曝气生物滤池处理高浓度氨氮废水的研究

本研究采用普通陶粒、普通陶粒外加静态磁场（50 mT）和磁性陶粒（2.5 mT和5 mT）曝气生物滤池处理高浓度氨氮废水,对比研究了不同类型和强度的磁场强化下曝气生物滤池的硝化反硝化效果,并通过分子生物学手段系统分析了磁场强化硝化反硝化的微生物学机理.结果表明,随着氨氮浓度增加,磁场强化下曝气生物滤池硝化反硝化效果显著高于普通陶粒曝气生物滤池.当氨氮浓度提高到400 mg·L^-1时,磁场强化曝气生物滤池（磁性陶粒和外加静态磁场）的氨氮去除率大于97%,高于普通陶粒曝气生物滤池的氨氮去除率（88%）;磁场强度为2.5 mT的磁性陶粒曝气生物滤池的总氮去除率达到67%,显著高于其他3个曝气生物滤池（p<0.05）（分别为55%、54%和55%）.分子生物学检测结果表明,2.5 mT磁场强度的磁性陶粒上生物膜的硝化反硝化酶活性和功能基因丰度大幅提高,硝化反硝化细菌的丰度及多样性显著增加.     

耦合短程硝化反硝化的垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理系统构建及微生物群落分析

本研究从某垃圾填埋场计划将现有的垃圾渗滤液短程硝化反硝化脱氮工艺改造为短程硝化反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的实际需求入手,以短程硝化反硝化污泥作为接种污泥,在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中完成厌氧氨氧化启动.探究反应器运行中的脱氮效能、氮容积负荷和氮去除负荷情况,并利用16S rRNA基因序列分析技术对长期运行条件下系统中微生物群落结构演替进行分析.结果表明,反应器经历了149 d后成功启动厌氧氨氧化,稳定运行后的进水总氮容积负荷达到4 000. 00 mg·(L·d)-1,总氮容积平均去除速率达到3 885. 76 mg·(L·d)-1,系统氨氮和亚硝酸盐氮的平均去除率均超过了95%.运行第250 d时,系统的生物多样性减少,门水平上厌氧氨氧化主要菌群Planctomycetes的丰度达到了54. 94%;属水平上Candidatus Kuenenia为主要菌属,其相对丰度达到了49. 66%.结果证明,在短程硝化反硝化基础上耦合厌氧氨氧化实现垃圾渗滤液深度处理的升级改造工艺具有可行性.     

水力停留时间对潜流湿地净化效果影响及脱氮途径解析

利用连续进水的垂直潜流人工湿地和水平潜流人工湿地,比较分析了4种水力停留时间对常规污染物去除效果的影响,在最佳水力停留时间下探究了两种湿地内部各基质层硝化、反硝化和氨氧化功能基因丰度以及硝化与反硝化作用强度;通过对两种湿地脱氮影响因素的冗余分析和方差分解分析,得出影响湿地氮去除的主要因素.结果表明,当水力停留时间为24 h时,两种湿地系统对常规污染物（COD、TP、TN和NH₄⁺-N）去除效果最佳,去除率均大于70%,此时湿地内部对NH₄⁺-N和TN的去除率以及硝化和反硝化强度皆表现出沿水流方向逐级递减的趋势;3种功能基因中,反硝化功能基因（nirS）丰度远高于硝化功能基因（nxrA）和氨氧化功能基因（AOB-amoA）.在本研究中,两种潜流人工湿地氮去除能力均受环境因素和微生物因素共同影响,其中,微生物因素对脱氮贡献率最高（55%和48%）.除此之外,TN和NH₄⁺-N的去除率均与DO、基质比表面积、COD浓度和硝化功能基因及反硝化功能基因丰度呈正比,与pH值成反比.因此,为提高两种系统氮去除效果,均可通过提高基质层溶解氧和碳源含量以及适当地降低pH值来实现,水平潜流人工湿地还可通过更换比表面积较大的基质层来显著提高系统脱氮效果.本研究为人工湿地的设计以及最佳水力停留时间的选择提供了理论基础,脱氮途径的定量化解析对深入理解人工湿地氮去除机制以及提高氮素去除率具有重要的指导意义.     

碳氧调控下人工湿地净化效果的协同与拮抗研究

从人工湿地脱氮效果的重要限制因子——溶解氧和碳源着手,构建了一种人工湿地碳氧联合调控脱氮系统,研究了曝气、碳源投加、碳氧联合调控下人工湿地的净化效果.结果表明,曝气促进了TSS、COD、TN、NH4+-N、TP的去除,但夏季时会导致NO3--N的积累;碳源投加提高了TN、NO3--N的去除,但冬季时会导致COD去除率的下降.碳氧联合调控下人工湿地对TN、NO3--N的去除表现出协同作用,对NH4+-N、COD的去除表现出独立作用,而对TP、TSS的去除表现出一定的拮抗作用.另外,对于以氨氮为主的“低碳高氮”污水,人工湿地碳氧联合调控系统脱氮效率达87.3%,可见该强化系统适用于“低碳高氮”污水的处理.