甲烷氧化菌在填埋场覆盖层中的工程应用(Ⅱ):基质选择性及长效性

针对已筛选获得的甲烷氧化混合菌,选取填埋场覆盖土(LCS)、矿化垃圾(AR)和塘渣(TZ)3种填埋场周边易得的材料为供试生存基质,从基质选择性及长效性角度进行了甲烷减排应用条件的探究及使用效能评估.结果表明,在TZ、LCS、AR、TZ-AR和LCS-AR这5种生存基质中,TZ-AR最适合甲烷氧化混合菌的生长,且TZ与AR的复配比例以5∶5为最佳.甲烷氧化混合菌在TZ-AR的粒径≤4 mm和含水率为20%时具有最高甲烷氧化能力.一次性接种甲烷氧化混合菌在静态体系中的最佳使用有效期为31 d.其在接种量为0.08、0.16、0.20 m L·g-1和0.25m L·g-1时甲烷氧化速率无明显差异,从工程应用角度而言,8%的接种量为最佳.     

岷江上游高山森林冬季河流中凋落叶碳、氮和磷元素动态特征

高山森林河流中凋落叶元素释放动态不仅是生态系统物质循环和能量流动的重要组成部分,而且是森林养分流失的主要过程,并可能与冬季雪被和冻融导致的水环境变化密切相关.以岷江上游高山森林4种代表性植物康定柳(Salix paraplesia)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)、方枝柏(Sabina saltuaria)和四川红杉(Larix mastersiana)凋落叶为对象,采用凋落叶分解袋法,研究冬季不同冻融时期(冻结初期、冻结期、融化期)河流中凋落叶碳(C)、氮(N)和磷(P)元素动态特征.康定柳、方枝柏和四川红杉凋落叶C(14.6%-47.7%)、N(22.3%-58.5%)和P(4.8%-20.5%)元素在整个冬季均表现为明显的释放现象,而高山杜鹃凋落叶C(-7.3%)和N(-62.7%)表现为明显的负释放(富集)现象,P(0.7%)表现为微量的释放现象.整体而言,凋落叶分解过程中C、N和P元素在冬季的冻结初期、冻结期和融化期整体表现为释放—富集—释放的模式,但康定柳和方枝柏凋落叶N表现为富集—富集—释放模式,方枝柏凋落叶P表现为释放—富集—富集模式.同时,凋落叶C、N和P元素的释放率受河流水温、p H、电导率和C、N、P营养元素等水体环境因子的显著影响.这些结果表明高山森林河流水环境特征显著影响了凋落叶分解过程中元素动态及其相关的物质循环过程,但影响程度受到凋落叶种类和基质质量的控制.     

不同基质组合对氮磷吸附能力的研究

就地利用菜地改建小型湿地系统可能是实现农村生活污水消纳和资源化利用的一种有效途径,其中菜园土与吸附基质的组合直接关系水体污染物中氮磷的净化效果. 选取沸石、谷壳、活性炭、陶粒和菜园土作为试验基质,使用BET比表面积孔径分析仪、扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪(EDX)对其进行表征,通过等温吸附试验分别筛选出对氮磷吸附效果较好的沸石和陶粒,设置菜园土∶陶粒∶沸石质量占比基质组合:F1(10∶0∶0)、F2(6∶2∶2)、F3(8∶1∶1)、F4(8∶2∶0)、F5(8∶0∶2)、F6(6∶1∶3)和F7(6∶3∶1). 在低、中、高3种氮磷浓度下,通过吸附动力学试验筛选出去除效果最好的基质组合. 结果表明:①5种单一基质中,活性炭、陶粒的比表面积(35.72、33.23 m2/g)和微孔体积(2.20×10?1、8.25×10?2 cm2/g)均较大;沸石和陶粒表面呈粗糙多孔结构. ②Freundlich和Langmuir等温吸附模型均能较好地拟合5种单一基质对氮磷的吸附,各基质对氮的饱和吸附量表现为沸石(2.00 mg/g)>陶粒(1.47 mg/g)>菜园土(1.17 mg/g)>活性炭(0.99 mg/g)>谷壳(0.21 mg/g),对磷的饱和吸附量表现为陶粒(1.28 mg/g)>活性炭(1.25 mg/g)>沸石(1.16 mg/g)>谷壳(0.80 mg/g)>菜园土(0.50 mg/g). ③7种基质组合对氮磷吸附具有相似的动力学特征,Elovich模型、双常数速率模型和一级反应动力学模型均能较好地模拟基质组合对不同污染负荷条件下氮磷的吸附规律. ④7种基质组合对氮磷的吸附速率均呈现先快后慢的趋势,最终于12~48 h趋于稳定. 研究显示,F2、F4和F7基质组合对氮磷的去除效果均较好,但考虑菜地改造的简易性和可操作性,F4为最佳基质组合,其在3种不同氮磷浓度下对氮、磷的吸附量分别为0.36~0.68和0.10~0.39 mg/g.      

锰氧化物改性生物炭基质材料对典型喹诺酮类抗生素的吸附及其在人工湿地的应用

以废弃花生壳为原料,制备锰氧化物改性生物炭球（MBCB）用于去除水中的环丙沙星（CIP）和恩诺沙星（ENR）,探究MBCB对CIP和ENR的吸附特性及在人工湿地中的应用效果.结果表明,负载锰氧化物的MBCB对CIP和ENR的吸附过程分别符合准一级和准二级动力学模型,混合吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir和Freundlich等温模型都可以较好地拟合MBCB对CIP和ENR的吸附过程,在25℃条件下,通过Langmuir模型拟合出的对CIP和ENR的最大吸附量分别为3.84 mg·g^-1和2.01 mg·g^-1.MBCB对CIP和ENR的吸附过程主要受到内扩散和边界层扩散的控制,是自发的吸热过程,氢键和静电相互作用参与到吸附过程当中.添加MBCB作为基质的人工湿地对CIP和ENR的平均去除率达70.7%和62.9%,分别为对照组的1.625倍和1.719倍.同时,添加MBCB的湿地微生物丰度和多样性所受影响相对较小,这说明MBCB能缓解人工湿地中CIP和ENR的毒性,保证人工湿地对抗生素的去除效果.     

常温低基质厌氧氨氧化反应器启动及其稳定性

以上向流生物滤池为反应器,以实验室内氧化沟回流污泥为接种污泥,采用先培育好氧生物膜,后转为厌氧环境培育厌氧氨氧化生物膜的方式,成功实现了常温低基质浓度下厌氧氨氧化反应器的启动。控制反应器进水pH为7.50～7.80,NH4+-N为30～40 mg/L,NO2--N为35～50 mg/L,温度为20～25℃。224 d以后,反应器启动成功。在稳定运行阶段,出水亚硝氮和氨氮的平均浓度分别为1.4 mg/L和4.6 mg/L,平均去除率分别为95.3%和90.1%,去除比例为1～1.8∶1,主要集中在1.4～1.5∶1,亚硝氮和氨氮去除的容积负荷分别为104.2 mg/(L.d)和146.0 mg/(L.d)。     

富镉基质的部分农作物利用与选择

将粉煤灰和污泥(基质1)、粉煤灰和酒糟(基质2)均按照4:1的质量比配制,由于2种基质中重金属镉含量较高.为研究基质中可食用作物的种植.选取绿豆、大豆、马铃薯在组配基质中进行试验.结果表明,基质1在第1季不适合种植绿豆、大豆和马铃薯;绿豆在基质2中不能正常生长,大豆产量也较低,但马铃薯生长良好.同时,马铃薯食用部分中重金属镉含量不超标.保证了富镉基质中马铃薯的食品安全,而且马铃薯秸秆中镉含量也未超出一般食用蔬菜标准,不会对环境造成污染.马铃薯秸秆乍物量大,吸收镉较多,能起到植物修复作用.研究表明.基质2适宜在废弃地大面积复垦与推广应用.     

4种人工湿地基质对马拉硫磷的吸附特性

通过基质对马拉硫磷的等温吸附和吸附动力学实验,研究天然土壤、煤渣、沸石、砾石对马拉硫磷的吸附特性,为人工湿地处理含马拉硫磷废水提供理论依据.结果表明:马拉硫磷浓度为2.25 ～ 90 mg/L条件下,Langmuir和Freundlich方程均能较好地拟合4种基质对马拉硫磷的等温吸附过程,并且Freundlich方程的拟合效果要好于Langmuir方程.马拉硫磷的理论饱和吸附量大小依次为天然土壤(9.9304 mg/g)＞煤渣(1.6173 mg/g)＞沸石(0.6039 mg/g)＞砾石(0.3965 mg/g).4种基质对马拉硫磷的缓冲能力大小依次为天然土壤＞煤渣＞沸石＞砾石,即当进水马拉硫磷浓度波动较大时,作为湿地基质天然土壤使人工湿地系统维持稳定出水水质的能力最强.马拉硫磷浓度为4.5 mg/L条件下,吸附动力学模型Elovich方程能较好地拟合4种基质对马拉硫磷的吸附动力学特征,说明4种基质对马拉硫磷的吸附是表面吸附和内部扩散吸附共同作用的结果.因此,天然土壤和煤渣适宜作为处理含马拉硫磷废水的人工湿地基质.     

粉煤灰基质滤料生物过滤处理生活污水研究

将粉煤灰基质滤料用于曝气生物滤池,该滤料具有较高的比表面积和孔隙率,吸附性能良好,挂膜后生物相丰富。对于中等浓度的生活污水,当水力负荷和COD有机物负荷分别控制在1.53 m3/(m2.h)、3.68 kg/(m3.d)以下时,该曝气生物滤池COD和NH3-N去除率能稳定在85%以上,出水COD和NH3-N达到排放标准要求。该曝气生物滤池对进水水质水量的变动具有较强的抗冲击负荷能力。     

一株Acinetobacter johnsonii的部分反硝化特性及动力学研究

从实验室A²/O小试设备中分离纯化出一株具有高亚硝酸盐氮（NO₂^--N）积累率的反硝化菌株ZY04,经过16SrDNA鉴定和基因比对后,初步鉴定为Acinetobacter johnsonii.使用Logistic模型可以很理想地拟合菌株ZY04的生长特性曲线,得到生长方程常数a=0.6588,b=24.08,k=0.2413.在维持初始基质中硝酸盐氮（NO₃^--N）浓度为100mg/L的条件下,改变碳源乙酸钠的浓度,使碳氮比（TOC/TN）为3.5,4.5,5.5,6.5,研究菌株ZY04部分反硝化性能,发现该菌株在不同碳氮比条件下均能够保持95%以上的NO₃^--N降解率,在碳氮比为3.5和4.5时,17h后NO₂^--N积累率达到70%以上;在碳氮比为5.5和6.5时,NO₂^--N积累率在更快的11h后达到85%以上,碳氮比为5.5时达到最高NO₂^--N积累率91%.使用Aiba,Edwards和Andrews模型对菌株的基质抑制动力学进行拟合,结果表明,3种模型均可以很好的拟合NO₃^--N和乙酸钠对菌株的单基质抑制动力学,在双基质抑制的9种组合中,有6种模型成功拟合了NO₃^--N和乙酸钠对菌株的双基质抑制动力学,得到了相关半饱和参数和基质抑制参数,相关系数（R²）可以达到98%.     

基质冲击对ANAMMOX颗粒释放AHLs及颗粒特性的影响

从群体感应角度考察基质冲击对ANAMMOX颗粒特性的影响,以期为提高ANAMMOX颗粒抗基质冲击能力提供理论指导与借鉴.结果表明,24h 1500mg/L总氮冲击刺激颗粒AHLs释放量由4.3大幅增加至10.0,同时颗粒结合性胞外聚合物（B-EPS）过量释放（增加了107.3mg/g VSS）,导致颗粒沉降性能下降（密度和沉速分别降低了53%和33%）.但基质浓度恢复至稳定期水平后,AHLs释放量逐渐恢复至稳定期水平,同时B-EPS产量和颗粒性状也逐渐恢复至稳定期水平,推测基质冲击导致AHLs释放量的变化进而引起B-EPS产量的变化.批次试验结果进一步证实了基质浓度显著影响AHLs释放量,B-EPS产量与AHLs释放量密切相关.总氮浓度为1000mg/L时,AHLs释放量高达11.7,导致B-EPS中的松散结合性EPS（LB-EPS）相比总氮浓度为200mg/L时增加了69mg/g VSS,颗粒沉降性能下降.然而紧密结合性EPS（TB-EPS）含量不受基质浓度影响,认为LB-EPS是决定颗粒沉降能力的关键因素.低浓度抑制剂可有效抑制高基质浓度引起的AHLs过量释放,使LB-EPS产量降低36%,颗粒沉降性能和活性得以提高.