人工湿地生态系统提高氮磷去除率的研究进展

介绍了人工湿地及其去除污水中氮磷的机理，并从湿地植物、基质和微生物三个方面系统地阐述了目前人工湿地系统提高氮磷去除率的研究进展情况；提出了可以通过改良湿地系统设计提高氮磷净化效果、利用培养优化菌种与调节环境条件促进湿地系统氮磷的转化及通过在基质中添加合适的附料、提高人工湿地系统植物多样性从而增加氮磷的吸附吸收的建议，为人工湿地污水净化技术的应用研究提供了有益的参考。     

固定化微生物技术在富营养化水体修复中的应用

富营养化不仅影响水环境质量,而且破坏水生态平衡,对环境和人类健康造成危害。固定化微生物技术是利用物理或化学方法将游离微生物细胞限制在一定空间区域内,既能免受流水冲刷流失,可重复循环利用,又能保持生物活性,有效去除水体中的污染物,因此该技术被认为是控制水体富营养化的有效方法。该研究介绍了固定化微生物技术的特点及其在富营养化水体处理中的应用现状,综述了传统及新型固定化载体的选择及发展、降解和去除氮磷污染物的微生物种类以及常用固定化方法(吸附、包埋、共价结合、交联等)的优缺点。最后,针对当前微生物固定化技术面临的挑战,对今后的研究和发展方向提出了建议。该综述可为固定化微生物技术应用于各类废水处理提供参考。     

水环境中尼泊金酯类防腐剂的赋存及生物降解研究进展

尼泊金酯类防腐剂(parabens)具有潜在内分泌干扰效应,近年来开始受到环境学者关注.这类化合物使用广泛且具有亲脂性,易通过污水排放进入水体/沉积物体系.本文综述了parabens在水环境中的赋存特征,以及在水环境中的生物降解转化行为,并对今后研究趋势进行了展望.国内外最新文献总结表明,parabens在水环境介质中分布广泛,检出率高,母体化合物虽然可以被生物降解,但在污水处理系统中仍不能被完全去除,尤其parabens卤代转化产物的半衰期及潜在毒性不容忽视.此外,对于parabens在水体/沉积物中好氧及厌氧降解过程中的功能微生物鉴定及群落结构分析还有待深入揭示.因此利用功能微生物开发出污水中尼泊金酯类防腐剂高效痕量去除工艺将是今后研究主要方向,后续研究工作的开展将为今后针对水体/沉积物中这类痕量污染物利用微生物群落进行污染场地原位修复提供基础科学依据.     

抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展

随着抗生素及其抗菌产品的广泛应用,自然和人工环境中的抗生素残留带来的危害引起人们关注.本文基于最新文献,综述了国内外抗生素及其抗性基因的污染水平和来源、它们之间的关系和传播机理以及这类污染物的降解和去除技术.现有研究表明,抗生素及其抗性基因的污染已遍布水、土壤、大气等介质,而在以污水处理厂和固废填埋场为代表的人工环境中,其污染水平更高.抗生素残留诱导产生抗性基因,其在环境中传播扩散与水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT)和微生物群落结构组成有关.抗生素和抗性基因在环境中自然降解过程受基质类型、光照、温度和微生物种群等因素的影响,其中光照是影响其降解的重要因子;而在人工处理系统中,紫外消毒和生化降解对抗生素及其抗性基因有较好的去除效果,但并非全部有效.建议今后加强对特定环境中抗生素和抗生素抗性基因的扩散规律和高效降解去除等方面的机理和工艺研究,进而有效控制其环境含量,降低其污染水平.     

水生美人蕉(Canna glauca)与铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)的光合特性及其对氮磷去除效果研究

为了探讨沟渠水生植物的光合特性及其氮磷去除效果,为水生植物应用于沟渠污染水体的生态修复及物种选择提供理论依据,以生态沟渠水生美人蕉与铜钱草两种水生植物为试验材料,在晴天采用便携式CID-340光合仪测定了净光合速率(Pn)等生理生态指标(光合有效辐射(PAR),气孔导度(Gs),胞间CO_2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)),并测定了沟渠水体的氮磷含量。结果表明:水生美人蕉和铜钱草在自然条件下叶片净光合速率日变化均呈双峰曲线,中午光合"午休"现象明显;水生美人蕉叶片净光合速率日均值大于铜钱草,其净光合速率受气孔导度的影响也最大,而铜钱草净光合速率则受光合有效辐射和气孔导度的影响较大;另外,水生美人蕉和铜钱草的净光合速率与沟渠总氮的去除效果呈显著正相关,而与总磷去除效果无显著正相关,因此,净光合速率可作为净化沟渠水体植物选择的重要依据之一。且由于水生美人蕉总氮的去除率与铜钱草相比有较大提高,可作为净化沟渠水体的优选植物,因此研究沟渠水生植物的光合特性对氮磷去除效果具有重要意义。     

富营养化水体生态修复技术中凤眼莲与磷素的互作机制

为进一步完善富营养水体生态修复技术体系,提升除磷效能,从磷素对水体富营养化进程的贡献展开分析,指出磷素是制约浮游藻类生长的关键因素,并分析了凤眼莲Eichhornia crassipes与磷素的互相作用机制,即磷素对凤眼莲植株生理性状具有影响,而凤眼莲对磷的吸收同化作用又促成了除磷目标。研究显示:随着水中可获取磷浓度的升高,凤眼莲吸收的磷素更多地分配在茎叶部分。水体磷浓度过高,将激发凤眼莲对磷素的超累积性;水环境中磷素缺乏,凸显出凤眼莲的根部形态可塑性。水体氮磷浓度比(N/P)为2.5~5时凤眼莲可获得最大生物产量。凤眼莲对可溶性反应磷具有极优的净化效果;在藻华爆发期间,凤眼莲能通过密集根系捕获飘移的蓝藻,并吸收利用藻细胞衰亡所释放的磷素。在工程实践中,需统筹考量磷去除效果与去除速率,在高污染负荷的情况下,应优先考虑去除速率;当水再生作为饮用水源时,应优先考虑去除效果。凤眼莲生态修复工程设计须遵循先后次序:(1)最终水质目标;(2)生物产量;(3)植株品质。最终水质目标及营养去除与营养负荷水平密切相关。在大型湖泊和水库实践应用中,须先控制外源磷负荷,再逐步削减内源磷负荷。利用凤眼莲深度净化污水处理厂尾水,或在高负荷的入河、湖口处种养凤眼莲,可减轻外源磷负荷;在蓝藻积累和衰亡的背风区域种养凤眼莲,以吸收蓝藻释放的营养,从而减轻内源磷负荷。     

分子技术在湿地微生物群落解析中的应用

人工湿地的研究和应用近年来受到了广泛重视。微生物是人工湿地系统的重要组成部分,其群落结构对于湿地的净化功能的发挥具有重要影响。与传统的微生物分析技术相比,分子生物学技术在解析人工湿地微生物群落结构时无需纯培养,具有高效、快速、简便的特点,使其广泛应用于环境微生物的研究。文章综述了近年来在聚合酶链反应技术（Polymerase Chain Reaction,PCR）基础上发展起来的几种新的分子生物技术,包括PCR-DGGE、LH-PCR、T-RFLP、PCR-SSCP和ARDRA,以及其在人工湿地微生物研究中的应用现状。通过这些分子技术,可以分析湿地处理特定废水过程中微生物的数量、丰度、多样性及优势种;鉴定湿地中特定功能菌群（如氨氧化细菌、反硝化细菌、除硫菌等）的数量、活动分布、空间变更及与污染物去除的关系;判断各种系统条件（如不同基质、植物、水力负荷等）的设置对微生物多样性和稳定性的影响。最后,对分子技术在湿地领域的未来发展进行了展望。     

生物栅净化系统生物膜微生物群落结构动态的ERIC-PCR指纹图谱分析

用ERIC-PCR指纹图谱技术分析富营养化水体生物栅处理系统中2个工况7个净化池在不同监测时期微生物群落结构动态变化与主要污染物降解效果变化的关系.结果表明,采用生物栅技术的2～7号净化池的CODCr、总氮、氨氮、总磷的去除率较对照池分别提高了13.3%～58.6%、23.6%～65.8%、15.5%～72.9%和16.8%～76.9%,表明生物栅技术在污染物去除方面起到了重要作用.随着系统的运行微生物多样性指数逐渐增大,工况1第1次和第2次生物膜样品的微生物多样性指数分别为1.77～1.91和1.96～2.35.设置凤眼莲的3个净化池填料生物膜微生物种类较未设置植物的净化池丰富.在工况2中,HRT为7.5h的3号、5号和7号反应池填料生物膜ERIC-PCR指纹图条带数比HRT为4h的2号、4号和6号要多,而根系生物膜上的微生物群落结构受HRT的影响小.研究表明,随着系统的运行,系统中微生物种群多样性指数增加,系统逐渐进入良好的稳定状态.图5表5参9     

多溴联苯醚微生物降解过程与机理的研究进展

多溴联苯醚(PBDEs)属溴代阻燃剂,曾因其优良的阻燃性能而广泛应用于电子电器、石油化工和建材纺织等工业产品中.然而,随着大量生产和使用,PBDEs已成为大气、水体、土壤和生物体等多环境介质中普遍检出且极具生态风险的有机污染物.因此,开展微生物降解研究对于典型环境中PBDEs污染风险消除和污染修复,具有重要的科学意义.本文从PBDEs环境归趋行为及其暴露风险出发,综述了PBDEs微生物厌氧降解和好氧降解的最新研究动态,比较分析了两种降解过程的降解特性与影响因素,并针对微生物,尤其是好氧微生物降解机理,阐述了bph A或etb A功能基因及其编码酶对PBDEs好氧降解过程的调控作用,同时就PBDEs微生物高效降解菌种选育、降解机理等方面的研究趋势进行了展望.     

污染水体生态治理工程中凤眼莲对水质变化的生长响应

在三级串联凤眼莲(Eichhornia crassipes)净化塘深度处理生活污水处理厂尾水的生态工程中,通过监测各级净化塘内凤眼莲的生物量、株高、根长、植株氮磷含量等指标变化,分析各指标与水体总氮(TN)和总磷(TP)质量浓度的相关性,探讨凤眼莲对水质变化的生长响应,以期为表观判断水质改善效果和明确凤眼莲在污染水体生态修复工程的适宜规模配置提供理论依据。结果表明:净化塘水体氮磷浓度显著影响凤眼莲生长,且与植株相关生长指标具有显著相关性(P0.05);一级、二级和三级净化塘内水体TN和TP质量浓度依次降低,凤眼莲生物量及茎叶生物量、生长速率、株高、叶片SPAD值、凤眼莲茎叶和根系的氮磷含量均逐级减小,而根系生物量、根冠比和根长均逐级增加;凤眼莲茎叶生物量及其所含氮磷量均高于根系,故茎叶富集水体氮磷能力强于根系;当水体TN平均质量浓度分别为7.94、4.03和2.79 mg·L~(-1),TP平均质量浓度分别为0.22、0.15和0.12 mg·L~(-1)时,凤眼莲单位面积平均生物量分别为23.09、16.73和12.87 kg·m~(-2),累积富集氮量分别为27.44、17.59和11.04 g·m~(-2),磷量分别为2.57、1.53和0.93 g·m~(-2)。综合分析,凤眼莲生物量及其分布格局、株高、根长等生长特征表现出的差异显示了其在不同水质条件下的响应策略,水体中较高的氮磷浓度更有利于促进凤眼莲生长发育及增强其富集氮磷能力。在该研究的条件下生活污水尾水的深度净化工程,仍可承载更高的尾水处理量和污染负荷量,同时通过减少生态工程的规模配置也可确保出水水质。     

生态强化法原位净化村镇污水微生物特性

为揭示生态强化法原位净化村镇污水机制与微生物特性,以常州市武进区前黄镇前桥污水治理示范工程底泥中微生物为研究考察对象,通过倒置显微镜镜检、磷脂脂肪酸(PLFA)分析手段对其进行了系统研究.镜检显示底泥中含有原生动物、轮虫以及菌藻.PLFA分析表明,底泥中饱和脂肪酸含量最为丰富,占76.97%;其次为单不饱和脂肪酸,占19.07%;最少是多不饱和脂肪酸,占3.96%.以脂肪酸生物标记量为指标,表明底泥的生态群落中是以假单胞杆菌、好氧细菌为主导.生态强化法原位净化村镇污水可能主要通过微生物的分解、水生植物的吸收以及藻类-水生动植物-细菌的协同作用实现对污染物的去除.     

数学模型在合成微生物群落构建中的应用

微生物在自然环境中分布广泛、多样性高,作为群落成员发挥着重要的生态系统功能.然而,自然微生物群落的组成和相互作用极其复杂,简单可控的合成微生物群落更易于研究微生物群落多样性与生态系统功能的关系及其相互作用机制等关键微生物生态学问题.将数学模型应用于合成微生物群落是目前合成微生物生态学研究的重要手段,有助于理解微生物群落的动态演替和生态学原理.本文综述构建合成微生物群落的数学模型,分别描述微生物个体、种群和基因组水平构建模型的基本原理和优缺点及其在合成微生物群落构建中的应用最新进展,并讨论集成微生物个体、种群与基因组水平的建模方法,指出通过"设计—构建—分析—学习"的循环能更好地实现数学模型在合成微生物群落构建中的应用,推动合成微生物生态学的研究.同时,介绍合成微生物群落在工业技术、环境修复、人类健康等方面的应用,展望数学模型在合成微生物群落构建中应用的发展方向与应用前景.未来应从完善实验数据和模型算法以及两者更好地结合等方面入手,提高数学模型在微生物群落构建中的预测性、适用性与通用性,并将这些模型应用于合成微生物生态学和微生物组工程,为相关生物技术提供理论指导,促进生物经济的发展.(图1表1参95)     

固定化藻膜去除水中氮磷的模拟研究

针对富营养化水体生物修复和污水深度处理氮磷的去除,将细颤藻、水绵、水网藻、栅裂藻固定在纤维填料上,形成固定化藻膜。用固定化藻膜处理模拟富营养化湖水、实际富营养化湖水、城市污水二级出水、低质量浓度生活污水,考察固定化藻膜去除氮磷的效果。实验结果表明,固定化藻膜具有良好的去除磷、氨氮能力,对水中有机物去除也有一定的促进作用。对TP质量浓度小于5.0mg·L-1,NH4 -N质量浓度小于34.0mg·L-1的污染水体,四种藻膜都有良好的去除氮磷能力,其中栅裂藻去除TP、NH4 -N的能力最强。综合除污能力和藻细胞的可固定性,水绵应是最佳的备选藻种。研究结果显示,固定化藻膜具有良好的除污性能,预示了悬浮载体将在水体生物修复、氧化塘污水处理方面具有重要的潜在应用价值。     

人工湿地的磷去除机理

人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化,控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地中的磷的存在形态主要有有机磷(生物态和非生物态的)、磷酸、可溶性磷酸盐和不溶性磷酸盐。文章总结了人工湿地中的磷去除机理,在防渗人工湿地系统中,主要的磷去除机理包括化学作用(如沉淀作用和吸附作用);生物作用(如植物吸收作用和微生物吸收与积累作用)和物理作用(如沉积作用)。在未防渗的人工湿地系统中,湿地系统和周围水体(如地下水)的交换量对湿地的磷去除有重要的影响。通常情况下,物理作用和化学作用是人工湿地中最主要的磷去除途径。人工湿地中微生物对磷的去除作用的大小和其所处环境中的氧状态密切相关,植物吸收对磷的去除作用的大小和收割频率与时期、进水负荷、植物物种和气候条件等有关。     

利用植物净化室内甲醛污染的研究进展

室内甲醛污染已成为我国最主要的室内空气环境问题,严重地危害着人们的生命健康。大量的植物净化甲醛研究表明,利用观赏植物净化室内甲醛污染是一种经济有效,并符合公众需要和心理的污染修复技术。文章简要综述了近年来利用植物净化甲醛污染的机理及净化效果方面的研究进展。植物可以通过茎叶的气孔和保卫细胞的开启来吸收甲醛气体,其经过植物栅栏组织和海绵组织的扩散以及维管系统进行运输和分布,最终被植物代谢和转化,而甲醛脱氢酶和甲酸脱氢酶是植物体内代谢转化甲醛的关键酶。同时,根际微生物间的协同作用,以及更换吸附能力更强的基质或在植物叶面喷洒二氧化钛溶胶等方式也能有效地强化甲醛的去除效果。总结文献的植物筛选试验可以发现,五加科、唇形科、菊科、秋海棠科及蕨类的植物具有较好的去除甲醛效果。文章认为还需进一步加强筛选高效的净化植物、植物净化甲醛的动力学、提高植物净化甲醛能力的遗传操作以及开发联合修复技术等方面的研究。     

沉水植物净化人工水源湖原水中氮磷和悬浮物的试验研究

水源湖作为城市中重要的人工饮用水水源地,其水质的维持改善至关重要。恢复和构建高等水生植物群落尤其是沉水植物是控制湖库营养盐水平、防止富营养化的重要手段。以上海市人工水源湖——金泽水库为研究对象,开展实际原水浓度下两种不同沉水植物群落净化水体中氮磷和悬浮物质的原位中试试验,研究沉水植物对水源湖体中营养物质的净化效果和影响因素,为水源湖水生植物系统构建和水质维持改善提供科学依据。结果表明,沉水植物对水体中的氮、磷营养物质和悬浮物的净化效果均明显高于对照组,且苦草(Vallisneria natans)和伊乐藻(Elodea nuttallii)组合群落的净化效果总体优于黑藻(Hydrilla verticillata)群落。沉水植物对试验水体的净化效果以PO_4~(3-)-P最高,净化率为42.3%±13.9%;其次为对SS的净化率,为28.1%±7.7%;对NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的净化率分别为17.5%±5.1%、11.0%±3.9%、8.2%±3.7%和18.1%±4.1%,植物对磷营养盐的去除效果优于对氮营养盐的去除效果。在试验期间,沉水植物生长总体经历了"快-慢-衰亡"的过程,生物量(干重)峰值为1 153.3 g·m~(-2)。生物量和进水浓度对水质净化效果影响的分析表明,植物对氮磷营养盐的去除效果主要受植物生物量大小的影响,二者表现出显著的正相关关系;同时去除率还与进水氮磷浓度有一定的相关性,进水浓度高,植物对营养物质的去除率也相对较高。     

宏基因组技术及其在环境保护和污染修复中的应用

宏基因组学是分子生物学技术应用于微生物生态学研究而形成的一个新概念,以环境中末培养微生物为研究对象,通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库,利用基因组学策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能.从1998年提出至今,该项技术已经广泛应用于工业、农业、医学等研究领域.文章在对宏基因组学的概念、研究方法、存在问题的综述基础上提出了相应的解决方法,并指出该技术在环境保护和污染修复中存在潜在的应用价值.利用该技术可以深入了解特定环境中微生物空间分布和动态变化,为环境监测、预警和评价提供理论依据.     

水葫芦修复污染水体的功能及其在工程应用中所面临的挑战

水葫芦(凤眼莲,Eichhornia crassipes(Mart)Solms)具有繁殖速度快、生物产量大、吸收氮磷能力强等特点,被广泛地用于净化污染水体,是国内外学术界公认的水体修复的优势物种。然而,目前水葫芦修复污染水体多停留在研究试验阶段,并未在水体污染治理生态工程中得到大规模应用。文章系统地总结了水葫芦修复污染水体的功能,并分析了水葫芦规模化应用于污染水体治理工程中面临的挑战。有关研究表明,水葫芦对生活污水、工业废水、畜禽养殖废水、地表径流水与富营养化河流、湖泊、水库水体中的氮、磷、重金属、有机污染物等均有较强的去除效果;规模化种养水葫芦修复污染水体面临的主要挑战包括:潜在的生态风险高,收获难度大、成本高,处置利用困难,商业化生产可行性低等。针对这些瓶颈问题,文章提出了破解的思路和今后的研究重点:(1)研究规模化安全种养的可靠技术,如种养围栏设施的研发、水葫芦适宜种养水域的选择和适宜的水面覆盖度等,以防范规模化种养的潜在生态风险;(2)加强研发快速高效、规模匹配的打捞-运输联动专用装备,优化打捞、运输技术方案,以期提高打捞效率,降低打捞成本;(3)深入研究水葫芦固、液分离技术,研发高效机械脱水装备,解决水葫芦含水量高、挤压脱水难题;(4)创新水葫芦资源化利用工艺,充分开发水葫芦经济价值,并探索政府生态补偿政策和办法,建立生态补偿机制,吸引企业参与,推动规模化种养水葫芦治污的产业化生产、企业化运行。     

微污染原水生物预处理工艺中生物膜的形态和活性

研究发现微污染原水生物流化床预处理工艺中生物膜均匀覆盖于载体颗粒表面，厚度约为60—80μm，远小于污水生物处理工艺中的生物膜厚度；膜内微生物保持一定活性和对污染物的去除效率；以S0UR法测定的该条体下的生物膜活性远小于接种污泥的活性。     

不同水生植物对滇池入湖河道污水净化效能的比较

有关水生植物净化污水的研究已有广泛报道,但现有成果多来源于静态的室内研究,所用植物多为生活型接近的物种.为了比较不同生活型植物对河道污水的原位净化效果差异,构建了由水芹菜(Oenanthe javavdnica)、马尾草(Equisetum flu-viatile)、伊乐藻(Elodea Canadensis Michx.)和狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)等4种不同生活型水生植物组成的水生植物塘系统,研究塘中不同植物对滇池入湖河道污水中氮、磷等指标去除效能的差异.结果表明:4种植物都具有一定的抗水力冲击负荷能力,能适应河道污水水质和水量均不稳定的动态变化特征,并对污水中CODCr、NH3-N、NO3-N、TN和TP等指标均有去除作用;但各种植物对不同指标的去除能力有较大差异,其中浮水植物水芹菜和沉水植物狐尾藻综合净化效能较强.整个植物塘系统对CODCr的去除率最高,达到41.4%;而对NO3-N的去除率最低,只有5.7%.研究成果对滇池人湖河流及其它类似污染水体的生态治理具有示范作用.