半短程亚硝化与厌氧氨氧化联合脱氮工艺微生物特征研究进展

半短程亚硝化-厌氧氨氧化脱氮技术具有良好的发展前景,该工艺的发展以及应用分子生物学技术对好氧氨氧化菌种群和厌氧氨氧化种群生态学的研究备受人们关注.本文综述了工艺原理和影响因子诸如温度、pH值、氧的可利用性、游离氨浓度等对氨氧化菌及厌氧氨氧化菌的影响,并介绍了应用分子生物学方法对氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的类别及分布的研究结果,并对该工艺提出了展望.     

自然生境中厌氧氨氧化功能微生物生态学研究进展

自然生境中发生的厌氧氨氧化过程是继反硝化和好氧氨氧化后的又一条氮损失途径,对全球生态系统氮循环具有重要意义,但不同自然生态系统中存在不同种类的厌氧氨氧化微生物.通过阐述厌氧氨氧化反应发生的生理机制,并对不同自然环境中发现的厌氧氨氧化功能微生物进行梳理,分析了厌氧氨氧化菌分布的空间异质性成因.结果表明,适量的无机氮可以促进厌氧氨氧化的发生,有机碳含量低和低氧条件更有利于厌氧氨氧化菌的生存且厌氧氨氧化的活性较高,这与厌氧氨氧化菌的化能自养代谢途径有着紧密的联系,低养分条件下反硝化菌的活性受到短暂抑制,促进了厌氧氨氧化的发生.同时,适当的高盐环境会提高厌氧氨氧化活性并促进厌氧氨氧化菌群落结构转变,高盐度环境下Scalindua属占优势,低盐度环境下Brocadia属更占优势.厌氧氨氧化菌对温度变化有很好的适应性,大部分厌氧氨氧化菌（如Scalindua属、Kuenenia属和Brocadia属）对于极端环境均有较强的环境适应性;此外,悬浮颗粒物浓度、含水量等因素也会影响厌氧氨氧化菌的分布及其代谢活性.建议今后从基因组学、蛋白组学和转录组学相结合的角度对自然环境中的厌氧氨氧化菌开展生理生态机理的研究,并探明厌氧条件下Fe3+、Mn4+、SO₄2-等电子受体与厌氧氨氧化过程的生物化学联系,以更好地应用于工程技术研究,并为生态环境修复提供理论依据.      

厌氧氨氧化影响因素分析

厌氧氨氧化是废水生物脱氮研究的新领域,厌氧氨氧化菌生长缓慢,环境条件要求高,探讨适合厌氧氨氧化菌生长的有利条件,促进厌氧氨氧化反应器快速启动和稳定运行是目前研究的重要内容.综述温度、pH值、有机物、反应器构型对厌氧氨氧化活性的影响,并对厌氧氨氧化的发展提出了建议.     

UASB反应器中厌氧氨氧化污泥的种群分析

利用变性梯度凝胶电泳、克隆和实时PCR等分子生物学技术对2个厌氧氨氧化反应器中的微生物进行了初步研究.变性梯度凝胶电泳结果表明,尽管2个反应器的接种污泥不同,但经过1年多的连续运行,二者的微生物种群结构基本相同;Planctomycete克隆结果表明,相似的15个序列(>99%)与已报道的3个属的厌氧氨氧化菌的序列均有较大距离(<92%),而与具有厌氧氨氧化功能的KSU-1序列有97%的相似,amoA基因克隆结果表明,反应器中的部分好氧氨氧化菌属于β-Proteobacteria中具有厌氧氨氧化活性的Nitrosomonas;实时PCR结果表明,厌氧氨氧化细菌占细菌总量的27%~29%,好氧氨氧化菌约为5%.     

一种新厌氧氨氧化菌的16S rRNA基因序列测试

运用序批式试验测定厌氧氨氧化污泥的氨氮和亚硝态氮消耗量,求得厌氧氨氧化活性为9.84×10-4 mg·(mg·h)-1,厌氧氨氧化菌消耗NO-2-N与NJ 4-N之比为1.311;采用分子生物学方法从EGSB反应器颗粒污泥中提取细菌总DNA,经纯化、特异引物PCR扩增、克隆、测序等过程,得到厌氧氨氧化菌部分16S rDNA序列;通过系统发育树分析可以发现,在EGSB反应器中富集得到的厌氧氨氧化菌种(anaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1)与Candidatus"Anammoxoglobus propionicus"和Candidatus"Jettenia asiatica"同属,arnaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1与其他厌氧氨氧化菌基因序列的同源性最大为93%.结果表明,前期EGSB反应器富集得到了一种新型厌氧氨氧化菌,该菌株命名为anaerobic ammonium-oxidizing Planctomycete cquenviron-1.     

温度、pH值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过厌氧氨氧化速率的测定研究了温度、pH值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响.结果表明:温度和pH值对污泥的厌氧氨氧化活性有明显影响,最佳温度为30～35℃,在20～30℃之间,厌氧氨氧化速率与温度之间的关系可以用修正的Arrhenius方程式描述;最佳pH值为7.5～8.3,在pH值为7.0～9.0之间,厌氧氨氧化速率与pH值之间的关系可以用双底物双抑制剂模型描述;厌氧氨氧化污泥中存在着异养反硝化菌,有机物的存在会导致其与厌氧氨氧化菌之间的基质竞争.     

有机碳源作用下厌氧氨氧化系统的脱氮效能

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,研究不同有机碳源及浓度变化对厌氧氨氧化菌活性与反应器脱氮性能的影响.实验结果表明,当葡萄糖浓度为200 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化活性下降84.2%;当乙酸钠浓度低于120 mg·L~(-1)时不但不会抑制厌氧氨氧化菌的活性,还在一定程度上促进了厌氧氨氧化反应的进行;蔗糖对厌氧氨氧化的促进作用与乙酸钠类似,当浓度为80mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率提高了25.0%;柠檬酸三钠对厌氧氨氧化反应几乎没有影响,当有机物浓度为80 mg·L~(-1)时,最大比厌氧氨氧化速率达到最大.有机碳源对厌氧氨氧化的促进作用由大到小为:蔗糖乙酸钠柠檬酸三钠葡萄糖.有机碳源作用下,厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的硝态氮,提高了系统总氮的去除率.     

强化厌氧氨氧化生物膜形成的研究进展

厌氧氨氧化是污水处理领域最具应用前景的生物脱氮工艺,其中生物膜是富集厌氧氨氧化菌的有效手段。但厌氧氨氧化生物膜的形成和厌氧氨氧化菌的富集长达数月甚至更长周期,阻碍了厌氧氨氧化技术的推广应用。总结了近年来强化厌氧氨氧化生物膜形成并富集厌氧氨氧化菌的系列方法,重点探讨了载体类型的选择、载体表面预处理方法、生物质固定技术、反应器类型、厌氧氨氧化菌活性和竞争性强化等措施对厌氧氨氧化生物膜形成及菌种富集的影响。在厘清强化策略的基础上,阐述了各方法的优劣性和潜在的应用场景,同时展望了未来厌氧氨氧化生物膜技术的研究方向,可为厌氧氨氧化工艺的优化与应用提供重要参考。     

膜曝气生物膜反应器运行单级自养脱氮工艺功能型菌群特性研究

基于16S rDNA基因的分子生物学方法,对运行单级自养脱氮工艺的膜曝气生物膜反应器（membrane-aerated biofilm bioreactor, MABR)内的2个主要效应菌群(氨氧化菌和厌氧氨氧化菌)之间的协同作用关系和在生物膜上可能的空间分布进行研究.荧光原位杂交结果显示,试验的曝气生物膜主要存在2个明显的功能层,一个是靠近曝气膜和生物膜交界的氨氧化菌聚集层,另一个是靠近生物膜与水体交界的厌氧氨氧化菌聚集层.氨氧化菌和厌氧氨氧化菌群为曝气生物膜上的2个主要功能菌群,它们之间的合作共生和协同作用是膜曝气生物膜实现单级自养脱氮的基础.     

浅水湖泊(阳澄湖)沉积物氨氧化菌的分子证据

选择长江三角洲中型浅水湖泊--阳澄湖,应用分子生物学方法鉴定淡水系统底质中的厌氧氨氧化细菌和好氧氨氧化细菌.试验设计三组厌氧氨氧化特异性巢式引物,对沉积物细菌的16S rRNA进行特异性扩增.其中,引物对AMX368f-AMX820r从底质中扩增出了anammox特异性序列,系统发育分析表明样品序列分别与Candidatus brocadia fulgida、Candidatus brocadia anammoxidans和Candidatus scalindua属近似.应用amoA基因特异性探针在底质中扩增出的好氧氨氧化菌序列,均属于Betaproteobacteria.本研究提供了阳澄湖中好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌共存的分子证据.     

210Pb和137Cs计年在尼罗河三角洲的应用现状与适用性分析

本文详细梳理了210Pb和137 Cs计年法在尼罗河三角洲泻湖沉积年代学研究的历史过程以及遇到的困境,并结合笔者近期研究结果,进一步论证了该手段在近百年湖泊沉积速率测定和沉积过程研究等方面仍具有较高适用性。同时,笔者从钻孔采样位置、岩性状况、采样间距、计算模式等四个方面提出了在实际应用210 Pb和137 Cs计年中应注意的细节,以期为今后该手段应用于湖泊环境污染年代测定研究取得理想效果提供一定理论帮助。     

气相中乙酸乙酯光解的光子效率:波长和催化剂的影响

采用4种不同波长的准分子光源(Xe Cl*、Kr Cl*、Xe Br*和Kr Br*)降解气相的乙酸乙酯.对比了外加3种负载型光催化剂(有机膜负载Ti O2、有机膜负载石墨烯和纱网负载Ti O2)条件下乙酸乙酯的去除率,考察了光源类型、辐射功率和气体初始浓度对去除率的影响.同时,测定了不同光源的辐射光谱和辐射功率,计算了不同反应条件下的光子效率.结果表明,乙酸乙酯去除率按Kr Br*Kr Cl*Xe Cl*Xe Br*依次降低,而Xe Cl*和Kr Br*光源降解乙酸乙酯气体可以得到较高的光子效率;有机膜负载Ti O2比不加催化剂时乙酸乙酯去除率和光子效率都有所提高,但提高幅度不大.气体流速和乙酸乙酯初始浓度升高,光子效率升高.采用Kr Br*准分子灯直接光解乙酸乙酯,实验条件为:辐射功率0.76 W,乙酸乙酯初始浓度946mg·m-3,气体流速600 m L·min-1,光子效率为5.63%.     

2011年春季日本福岛核泄漏污染输送:贵阳131I和137Cs观测示踪分析

2011年3月11日,日本本州9.0级地震引发了福岛核电站核泄漏,以及由此引起的131I和137Cs在全球大气环流传输已引起了重视.理论上也对这种输送路径进行了研究.本文报道2011年3月17日—4月28日在贵阳观风山对气溶胶中天然核素(210Pb、7Be)和人为核素(131I、137Cs)近地面空气浓度逐周采样的系统对比观测,并结合该时段贵阳离地面500m高度逐周315h的气团后向轨迹分析.结果表明:福岛核泄漏污染物通过两条显著的途径输送到贵阳地区.第一条是首波核污染通过全球大气环流传输,由西向东,几乎环绕地球一周,历经约10d至两周,最终在3月24日—31日从我国的西北地区入侵抵至贵阳;第二条途径则是福岛地区上空的核污染气团受东北天气系统的挤压南移并在低纬度地区再次先后受到东北和东南气流的影响,于4月7日—14日抵达贵阳.核污染的第一条输送路径是全球尺度,第二条是东亚区域尺度.     

Hg2+，Ni2+和Cu2+对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应

采用混合毒性指数法,研究了重金属离子Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)BF5的急性及联合毒性效应.急性毒性效应研究表明:Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫的毒性大小为Hg2 >Ni2 >Cu2 ,且3种重金属离子的,IC50值随时间的延长而变小.联合毒性效应研究表明:Hg2 与Cu2 ,Hg2 与Ni2 ,以及Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存.在毒性比为1:1时,表现为先相加后协同作用;Hg2 与Cu2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后相加作用;Hg2 与Ni2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后独立作用;Ni2 与Cu2 在毒性比为1:1时,表现为协同作用.在浓度比为1:I时表现为相加作用;Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存,在浓度比为1:1时,表现为拮抗作用.     

3H和99Tc在黄土中的迁移特性比较

³H和⁹⁹Tc是低中放废物处置中2个重要的核素,在处置场的安全评价中十分重要.由于介质对³H和⁹⁹Tc的吸附较弱,常忽略其滞留性,并用³H标定地下水的流速.野外实验表明:在包气带中,黄土对⁹⁹Tc的吸附大于³H;在含水层中,黄土对³H迁移的影响大于⁹⁹Tc.本文根据实验数据,采用非平衡吸附模式NESOR程序分别模拟了³H和⁹⁹Tc在黄土包气带和含水层中的迁移过程.模拟结果表明:⁹⁹Tc在黄土包气带中的分配系数范围为0.05～0.055mL/g;³H在黄土含水层中分配系数为0.116mL/g,该参数是黄土对³H和⁹⁹Tc综合影响的结果,其滞留机理尚待研究.     

基于210Pb和137Cs计年法的黄河下游湿地沉积速率研究初探

本文利用²¹⁰Pb和¹³⁷Cs计年方法分析探讨黄河下游湿地沉积速率演化与上游水沙变化的响应关系。结果表明，²¹⁰Pb比活度大致指数衰减趋势以及¹³⁷Cs蓄积峰的鉴出，表明放射性核素手段在黄河下游湿地的沉积学研究具有一定可行性。基于²¹⁰Pb的CIC模式和CRS模式得出的沉积速率分别为1.68 cm/a和0.67~2.76 cm/a；基于¹³⁷Cs剖面的1963年和1986年两个蓄积峰，计算自下而上沉积速率分别为2.67 cm/a、1.08 cm/a和1.21 cm/a。研究发现，近几十年黄河下游湿地沉积速率呈逐渐减小趋势，这与黄河流域气候变化、上游流域建坝、水土保持和下游水资源利用存在密切关系。此外，水库调度方式也在一定程度上影响下游沉积速率，虽然下游淤积量不变，但洪峰的"削平"导致泥沙难以淤积于湿地。     

漓江段地表水体旱季硝酸盐动态变化特征及其来源

2016年9月28日至12月28日期间对漓江段13个断面地表水进行取样,取样频率为半月1次,分析硝酸盐在旱季期间漓江段的时空变化特征,并利用¹⁵ N和¹⁸ O同位素技术分析漓江段硝酸盐的来源.结果表明：①漓江水体中硝酸盐浓度范围为0.46~18.48 mg·L^-1,平均值为6.18 mg·L^-1,对比中国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）中规定的硝酸盐浓度（10 mg·L^-1）,旱季漓江水体中硝酸盐污染程度处于较低水平.②9~12月期间漓江各断面处硝酸盐浓度呈现缓慢递增趋势,主要受旱季降雨量、径流量及人类活动强度而变化;硝酸盐浓度自漓江上游至下游表现出"增-减-增"的变化趋势,主要是污染物逐段汇入且汇入量不断增加的结果.③旱季漓江水体中硝酸盐的主要来源为土壤有机氮、人畜粪便和污水排放的混合源,主要来源于居民生活污水、人畜粪便等.④为了更好地保护漓江水质,建议加大城市排污管网的建设、修建小型污水处理设施、提高污水处理率及污水排放标准,加强旅游环境管理和环境保护宣传,提高游客环境保护意识.     

抚仙湖沉积物重金属垂向分布及潜在生态风险评价

基于环境放射性核素210Pbex和137 Cs计年法确定抚仙湖北、中和南部三个沉积物柱芯的沉积年代,分析了各个柱芯近150年的重金属(Cr、Cu、Zn、As和Pb)的垂向分布特征,并用潜在生态风险指数法进行了潜在生态风险分析。结果表明,抚仙湖不同湖区沉积物重金属的垂向分布存在明显差异,其中Zn、As和Pb呈现整体向上增加的趋势,Cr和Cu分别呈现微波动变化和下降趋势。重金属元素之间相关性表明Zn、As和Pb具有较好的同源性,而Cr和Cu来源不同。重金属元素与营养盐TP之间呈较好的相关性,与TN和TOC则相关性较差或无相关性存在。潜在生态风险指数评价显示近150年来抚仙湖不同湖区沉积物重金属污染水平差异明显,其中北部和南部As是主要的生态风险贡献因子,而中部Cu是主要的生态风险贡献因子。抚仙湖中部和南部沉积物重金属总体处于中等生态风险,而北部沉积物重金属由中等上升为较高生态风险出现在20世纪90年代末期。     

复合污染对Pb2+在固定床系统中的动态吸附过程影响及机制

针对复合污染体系对污染物处理效果的影响问题,以限氧裂解法制备的污泥基生物炭（SSB）为吸附剂,探索其在不同污染体系下的吸附性能变化.基于污泥基生物炭构建固定床系统,研究连续流条件下复合污染体系（Zn2+、NH₄+、H₂PO₄-）对Pb2+在固定床动态吸附行为的影响,对比不同体系下系统运行参数的变化.结果表明:①不同复合体系均对SSB的Pb2+吸附效果产生抑制作用,其影响大小为NH₄+ > Zn2+ > H₂PO₄-.而三元/四元复合污染体系中,H₂PO₄-的加入会减弱复杂体系对Pb2+的吸附抑制作用.②固定床系统中,不同复合体系对吸附穿透曲线参数的影响顺序为Pb2+-Zn2+-NH₄+-H₂PO₄- > Pb2+-Zn2+-H₂PO₄- > Pb2+-Zn2+-NH₄+ > Pb2+-NH₄+-H₂PO₄-.③固定床系统动态吸附量（q_d）与传质区长度（H）的变化分析均显示,复合污染体系会降低固定床吸附性能.④数据拟合结果表明,相比于Yoon-Nelson模型,Thomas模型能更好地描述Pb2+在复合体系中的动态吸附过程,但复合污染会限制动态吸附模型的应用,导致模型预测不准确.研究显示,复合污染体系会显著影响吸附剂在连续流状态下的吸附性能,有选择地处理特定污染物可以减少复合污染体系对净化效果的干扰.      

热解条件对生物炭性质和氮、磷吸附性能的影响

以橡木为原料,在不同的热解终温、升温速率和恒温时间下制备生物炭.对生物炭产率、p H、元素组分、工业组分、比表面积、红外光谱等理化特征进行分析,并考察生物炭对水溶液体系中NO-3-N、NH+4-N、PO3-4-P的吸附性能.结果表明:生物炭的产率受热解终温影响最大(极差:54.57%),恒温时间次之(极差:1.16%),升温速率最小(极差:0.42%).随热解终温、升温速率和恒温时间的增加,所得生物炭的p H和C含量增加,而H和O含量降低.热解终温对生物炭表面官能团影响较大,升温速率和恒温时间基本无影响.生物炭对氮、磷的吸附性能主要受热解终温影响.NO-3-N的吸附量最大可达2.80 mg·g-1(600℃),且随热解终温的升高呈指数增加.比表面积、表面碱性官能团和表面金属氧化物与NO-3-N吸附有关.随热解终温的增加,NH+4-N吸附量降低,最大吸附量为3.12 mg·g-1(300℃).阳离子交换量(CEC)是影响NH+4-N吸附的主要因素.PO3-4-P吸附量随热解终温的增加呈先增后减的趋势(在500℃达到最大,为9.75 mg·g-1),且吸附过程主要受生物炭表面碱性官能团和表面金属氧化物的影响.