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%.     

复合垂直流人工湿地污染物去除特点及微生物群落多样性PCR-TGGE分析

采用复合垂直流人工湿地系统对生活污水进行处理,研究该系统对污水中主要污染物的去除效果,并采用PCR-TGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构组成的多样性。结果表明,污染物浓度沿水流方向呈下降趋势,氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(COD)平均去除率分别为59.5%、67.5%、75.6%、62.3%。溶解氧(DO)沿程逐渐降低,但在末端略有上升,pH基本维持在7.72~8.04,污染物去除效果良好;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,系统中不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属,且微生物多样性指数从A1池至A3池沿程逐渐降低,群落结构间的相似性逐渐增大;系统中污染物去除与微生物多样性呈正相关关系。     

复合垂直流人工湿地污染物去除特征及微生物群落多样性分析

采用复合垂直流人工湿地系统对生活污水进行处理,研究该系统对污水中主要污染物的去除效果,并用PCRTGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构组成的多样性。结果表明:污染物浓度沿水流方向呈下降趋势,氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和生化需氧量(COD)平均去除率分别为59.5%、67.5%、75.6%、62.3%。溶解氧(DO)沿程逐渐降低,但在末端略有上升,pH基本维持在7.72~8.04,处于略偏碱性状态,污染物的去除效果良好;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属,且微生物多样性指数从A1池至A3池沿程逐渐降低,群落结构间的相似性逐渐增大;系统中污染物去除与微生物多样性呈正相关关系。     

人工湿地对化粪池出水净化效果的对比研究

对比了四种复合人工湿地系统对化粪池出水COD、TP、NH3-N和SS的净化效果,试验系统均采用间歇式进水,时间间隔为1d。为期7个月的运行结果表明,系统出水水质均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的二级标准,其中潜流(水平流)+垂直流(上行流)湿地系统对COD的去除效果最好;垂直流(下行流)+垂直流(上行流)湿地系统对TP、NH3-N、SS去除效果最好;选用含钙石灰石和含铁矿粉做填料、采用间歇式的运行方式可以提高湿地系统对污染物的去除率。     

人工湿地各工艺段对含氮物质的去除效果分析

文章就马料河复合人工湿地的除氮效果进行分析结果表明,整个湿地系统的TN去除率约为55.9%,TN削减量为28.87 kg/d,其中表面流湿地最高,氧化塘湿地次之,潜流湿地最差。湿地系统的最佳水力负荷为0.1~0.4 m3/(m2·d),最佳污染负荷为:TN 1.0~10 mg/L,NH3-N 0.1~1.0 mg/L。4-10月份,人工湿地中植物处于生长旺盛期,氮净化效果处于最佳状态。     

潜流人工湿地基质结构与微生物群落特征的相关性

为查明造成不同基质结构人工湿地净化性能差异的微生物因素,利用高通量测序技术,研究水平潜流人工湿地基质结构与微生物群落结构的相关性.结果表明,3个对比人工湿地系统中,从床体表层到底层渗透系数逐渐升高的六层结构人工湿地(CW6)净化性能最高,其出水中COD、TN、NO-3-N及NH_4~+-N平均浓度分别为39、11、0.35及4 mg·L~(-1),其后为三层结构人工湿地(CW3),而单层结构人工湿地(CW1)的净化效果最差,平均出水浓度分别为95、21、0.60及12 mg·L~(-1).高通量测序结果显示,多层结构人工湿地中微生物OTUs略低于单层结构湿地,但其优势菌门变形菌门(Proteobacteria)和其属水平上的硝化与反硝化细菌的相对丰度却显著高于单层湿地.PCA和丰度热图分析结果显示,CW3和CW6床体中变形菌门(Proteobacteria)属水平上的微生物存在显著的空间分布差异,从而有利于污染物的分区降解,而CW1各样点间的微生物群落结构无显著性差异.     

人工湿地构型对水产养殖废水含氮污染物和抗生素去除影响

利用水平潜流人工湿地和下行-上行复合垂直流人工湿地净化水产养殖废水,研究水流方式、水力停留时间对水产养殖废水中含氮污染物、抗生素等典型污染物净化效果的影响.结果表明,复合垂直流人工湿地对含氮污染物具有较好的去除效果,对TN、NH_4~+-N的去除率在水力停留时间为3 d时可分别达到58%、80%.采用BIOLOG微平板技术和高通量测序对两个人工湿地入流端基质微生物群落的分析发现,复合垂直流人工湿地因其内部结构有利于水流流向及溶解氧条件使得微生物活性和多样性均较高,Nitrospira属分布较多是氨氮去除效果较好的主要原因.水力停留时间对NO_3~--N、NO_2~--N的去除有较大影响,维持在3~4 d对各类含氮污染物可获得较好的去除效果.采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法对抗生素去除效果进行研究发现,人工湿地构型对抗生素的去除效果差异不大,两种人工湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲唑和氟甲砜霉素,当水力停留时间从1 d延长至3 d可提高磺胺甲唑的去除率至50%以上.     

人工芦苇湿地氨氮污染物去除及氨氧化菌群落多样性分析

对不同质量浓度的NH3-N在水平潜流人工湿地内的去除过程进行考察,并且对比分析了去除率和硝化强度,利用PCR-DGGE技术研究了ρ(NH3-N)及植物种植等因素对人工湿地中AOB(氨氧化细菌)群落结构的影响.结果表明:在水力停留时间为2.5 d的情况下,模拟低污染水ρ(NH3-N)分别为0.6~0.7和4.5~5.0 mg/L时,芦苇湿地对TN的去除率分别为81.9%和62.2%.较高的ρ(NH3-N)和种植芦苇有利于提高湿地硝化强度和AOB群落多样性.系统运行50 d时,处理高ρ(NH3-N)和低ρ(NH3-N)低污染水的芦苇湿地的硝化强度分别为0.164和0.103 mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90 d时)分别为2.32和1.75.处理高ρ(NH3-N)的低污染水时,空白湿地和芦苇湿地的硝化强度分别为0.082和0.164mg/(kg·h);AOB群落Shannon-Weaver多样性指数(系统运行90 d时)从1.95增至2.32.     

不同植物人工湿地净化效果及基质微生物状况差异分析

为研究不同植物对人工湿地污染物净化效果和基质微生物状况的影响,采用序批式运行的沙培模拟人工湿地,探讨了菖蒲、香蒲、千屈菜、芦苇和白鹤芋5种湿地植物在不同HRT(水力停留时间,分别为1,3和5 d)下对模拟废水中TP,NH₄+-N和COD_Cr去除效果的影响,比较了不同植物类型模拟人工湿地中基质微生物的数量差异. 结果表明,不同植物系统对污染物的去除随HRT延长逐渐提高,HRT为5 d时各植物系统对污染物的去除效果最佳.TP,NH₄+-N和COD_Cr的最高去除率分别达90.4%,61.7%和96.4%.相对于其他试验系统,菖蒲系统对各污染指标均具有最优的去除效果. 植物种类对基质微生物数量的影响无显著差异.研究还发现,各系统中亚硝酸细菌数量与NH₄+-N去除率之间呈显著相关.      

复合人工湿地系统对生活污水的净化效果

将垂直流人工湿地与水平流人工湿地组成复合人工湿地系统,研究了此复合系统对化粪池出水的净化效果。结果表明,当水平流人工湿地的水力停留时间为3d天时,复合系统对COD、BOD5、TP的去除率分别达到73％、66％、87％,并通过垂直流湿地的硝化作用及水平流湿地的反硝化作用,复合系统对TN的去除率达到40％以上。     

处理低污染河水的湿地内氮迁移转化过程模拟

为了明确以低污染河水为原水的人工湿地中的主要脱氮机制以及氮素的归趋形式,以洱海流域邓北桥湿地工程为研究对象,根据湿地内发生的生物反应、物理吸附以及沉淀等过程,建立了生态动力学模型,模拟湿地中氮素的迁移转化. 结果显示,所建模型能较好地模拟出水中ρ(NH₄+-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(ON)(ON为有机氮)的变化趋势,效率系数(R)分别为50.2%、67.6%、81.2%. 通过对湿地氮素迁移转化与去除量的模拟结果分析,确定了湿地除氮的主要机制为硝化、反硝化、植物吸收. 反硝化作用可以去除进水中50.0%的TN,植物吸收可以去除进水中11.0%的TN,底泥则可以吸附进水中3.5%的TN. 模拟得到硝化速率平均值、反硝化速率平均值、植物吸收氮速率平均值分别为0.234、0.438、0.050 g/(m3·d).      

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

潮汐流人工湿地的除氮效果及影响因素

为研究TF-CW(tidal flow constructed wetland,潮汐流人工湿地)的除氮效果及其主要影响因素,以连续流模拟装置(A组)为对照,设置3种潮汐进水方式〔RAT(闲置时间∶反应时间)分别为1∶1、1∶2、2∶1,依次记做B组、C组、D组〕,运行175 d,分析不同进水方式下TF-CW模拟装置对TN、NH₄+-N、NO₃--N、TOC的去除效果及其在不同处理深度上的变化. 结果表明:A、B、C、D组TN平均去除率分别为82.41%±4.84%、84.82%±5.09%、86.09%±3.99%、90.23%±3.05%. A组TN和NH₄+-N的去除效果与B、C、D组均差异显著(P<0.05),其中D组TN和NH₄+-N的去除效果均最好;A组对NO₃--N的总体去除效果较优;RAT并不影响TOC的去除率. 不同进水方式下,NH₄+-N的去除率均在0~15 cm深度内最大,ρ(TOC)处于较低水平(0~20 mg/L),二者均随处理深度的不断增加而逐渐下降;ρ(NO₃--N)在0~15 cm深度内迅速上升. 随着闲置时间的增加,ρ(DO)逐渐升高. TN和NH₄+-N的去除率随着运行时间的增加基本保持恒定,主要影响因子有ρ(DO)、RAT、ORP(oxidation reduction potential,氧化还原电位)和ρ(TOC);而NO₃--N的去除率随着运行时间的增加而逐渐降低,其主要影响因子有pH、电导率和水温等.      

Alcaligenes faecalis WT14的异养硝化-好氧反硝化特性及对高氨废水处理潜力

异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌具有同步硝化反硝化的特性,在污水生物处理方面引起了广泛关注。为探究HN-AD菌在处理高氨废水方面的应用潜力,以前期从人工湿地底泥基质中分离出的HN-AD菌Alcaligenes faecalis WT14为研究对象,在好氧条件下研究了该菌株的脱氮特性,并对其高氨废水去除潜力和环境因子交互作用对其脱氮效率影响方面进行了评估。实验结果表明,WT14表现出高效的HN-AD性能,能够同步脱氮除碳,在好氧条件下能够去除98.9%的NO₃--N和92.7%的TOC,且不含NO₂--N的积累。同时,在游离氨（FA）浓度为1084.6 mg/L的高NH₄+-N（2000 mg/L）废水中,NH₄+-N去除率约为43%,脱氮速率可达55.9 mg/（L·h）,且无NO₃--N的积累。响应面结果表明:其最佳脱氮条件为20.6 ℃, 113.5 r/min, C/N=10.8,pH=8.4。总体而言,菌株WT14具有高效处理高氨废水的应用潜力。     

养猪废水中磺胺嘧啶对湿地底泥中氮转化微生物及过程影响

为探讨养殖废水中兽用抗生素对湿地系统中氮素转化及相关微生物过程的影响,以养殖废水中常见的抗生素SD（磺胺嘧啶）为例,设置0、10、100和1 000 μg/L 4个添加浓度开展模拟试验.通过qPCR（实时荧光定量PCR）技术,测定了湿地底泥中氨氧化和反硝化功能基因丰度,结合Pearson相关分析,分析了养殖废水中不同氮素形态与底泥中氮转化功能基因丰度的关联性.结果表明:①与CK组比较,添加SD对湿地TN的最终去除效果无显著性差异,4个处理组的TN去除率为75.4%~80.5%,但在培养前期（0~14 d）,SD对水体NH₄+-N和NO₃--N转化的抑制率最高分别达53.0%和99.5%,随着SD浓度的增加,抑制作用越强,到培养后期（14~28 d）,各处理水体中不同形态的氮浓度无显著差异.②由qPCR测试结果得出,湿地底泥中AOA（氨氧化古菌）的丰度比AOB（氨氧化细菌）高出1~2个数量级,表明AOA在氨氧化过程中起主导作用,另外在培养第7天,AOB发生显著抑制现象,对SD更敏感;与CK相比,在第7天和第14天,反硝化基因narG、nirS、nirK和nosZ丰度随SD浓度的增加而逐渐降低.③相关性分析结果表明,AOA与ρ（NH₄+-N）呈极显著正相关（P < 0.01）,AOB与ρ（NO₃--N）呈极显著正相关（P < 0.01）,nirK与ρ（NO₂--N）呈极显著正相关（P < 0.01）.研究显示,SD能抑制湿地底泥中氮转化微生物及相关氮转化过程,且SD浓度越大,抑制作用也越大,但随着培养时间的增加抑制作用会减弱.      

电增强零价铁强化厌氧氨氧化处理高氮养猪废水

为解决ZVI(零价铁)电极表面的钝化问题,实现anammox(厌氧氨氧化)工艺稳定、高效地运行,采用EEZVI-UASB(电增强零价铁-升流式厌氧污泥床)技术处理养猪废水,研究了EEZVI电极电压、ρ(COD_Cr)及脱氮贡献率的相关性. 结果表明,在温度为(35±1)℃、pH为6.80～7.10、电极电压为0.60 V的条件下,EEZVI-UASB对NH₄+-N和NO₂--N的去除率均维持在较高的水平;NH₄+-N去除率＞90.00%,NO₂--N去除率＞96.00%,TN平均去除率>90.00%. 当EEZVI电极电压为0.60 V时,AAOB(厌氧氨氧化菌)的活性为91.10 mg/(g·d)(以NH₄+-N计);EEZVI-UASB中的优势功能菌主要为Pseudomonas属,其菌属16S rDNA的PCR扩增相似性达97%;系统中同时存在着反硝化、anammox、甲烷化等反应;其中anammox占主导作用,其对TN去除率的贡献率为54.10%~93.30%,反硝化及其他反应对TN去除率的贡献率为6.70%~45.90%.      

改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与微生物耦合去除地下水硝酸盐氮的研究

地下水是我国重要的饮用水源之一,国内部分地区地下水NO₃--N含量超标,对人体健康造成潜在威胁.采用模拟装置考察改性凹凸棒土/纳米铁复合材料、反硝化细菌及其耦合体系对地下水NO₃--N去除效果及脱氮产物的变化特征.结果表明,在模拟地下水溶解氧[ρ（DO）为0.3 mg/L]、温度（15℃）和黑暗环境下,50 mg改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与50 mg/L NO₃--N反应,7 d后NO₃--N去除率为43.7%,其中63.6%的还原产物转化为NH₄+-N,几乎无NO₂--N生成,TN去除率为15.9%;反硝化细菌体系中,7 d后NO₃--N去除率仅为9.7%,其中NO₂--N占4.1%,几乎无NH₄+-N生成,TN去除率为5.3%;在改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系中,7 d后NO₃--N去除率为80.6%,其中NH₄+-N占33.2%、NO₂--N占12.1%,TN去除率为35.2%.研究显示,模拟地下水环境下,改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系对NO₃--N去除效果最好,TN去除率高.      

浅滩湿地水深对氮、磷去除的影响及其在河道治理中的应用

研究了不同水深条件（5,10,15,20,25 cm）下芦苇湿地对伊通河水中氮、磷的净化能力。结果表明:浅水位条件有利于NH₄+-N的硝化作用及挥发作用。水深为5 cm时TN和NH₄+-N的去除效果最好,10 cm时NO₃--N的去除效果最好,水深25 cm时TN和NH₄+-N的去除率明显降低。NH₄+-N的吸附和转化作用对TN的衰减起着主导作用。磷的去除率与水深的相关性较小,表明磷的去除主要是化学转化与吸附作用。根据湿地水深对污染物去除的影响,研究设计了1种可自动调节深度的浮动湿地。通过浮动湿地的净化,使研究区河水中TN、NH₄+-N和TP浓度大幅降低,水质得到明显改善。     

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合, 系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(COD_Cr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(COD_Cr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;COD_Cr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3·d). 与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 　L/d,占系统COD_Cr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.      

重庆缙云山4种典型林分土壤氮素动态变化

于2012年4—10月逐月月末采集重庆缙云山4种典型林分(常绿阔叶林、毛竹林、针阔混交林和针叶林)样地中不同深度(0~15、>15~30、>30~60 cm)的土壤样品,测定土壤中w(TN)、w(NH₄+-N)和w(NO₃--N),分析土壤氮素含量的分布特征,并探讨土壤理化性质对土壤氮素含量的影响. 结果表明:①不同林分土壤中氮素含量的垂直分布规律相一致,均表现为随土壤深度的增加而不断降低,并且w(NH₄+-N)>w(NO₃--N);②不同林分0~60 cm土壤平均氮密度表现为毛竹林(1.037 kg/m2)>针阔混交林(0.783 kg/m2)≈常绿阔叶林(0.778 kg/m2)>针叶林(0.747 kg/m2);③不同林分土壤中w(TN)的季节性变化规律不明显,而w(NH₄+-N)和w(NO₃--N)的季节性变化规律相似,均表现为春季<夏季<秋季;④不同林分土壤中w(TN)、w(NH₄+-N)和w(NO₃--N)与容重、w(SOC)均呈显著线性相关(P<0.05),而且与土壤其他养分含量之间也存在一定的相关性.