Microwave enhanced advanced oxidation process for treating dairy manure at low pH

This study investigated the treatment of dairy manure using the microwave enhanced advanced oxidation process (MW-AOP) at pH 2. An experimental design was developed based on a statistical program using response surface methodology to explore the effects of temperature, hydrogen peroxide dosage and heating time on sugar production, nutrient release and solids destruction. Temperature, hydrogen peroxide dosage and acid concentration were key factors affecting reducing sugar production. The highest reducing sugar yield of 7.4% was obtained at 160°C, 0 mL, 15 min heating time, and no H₂O₂ addition. Temperature was a dominant factor for an increase of soluble chemical oxygen demand (SCOD) in the treated dairy manure. The important factors for volatile fatty acids (VFA) production were microwave temperature and hydrogen peroxide dosage. Temperature was the most important parameter, and heating time, to a lesser extent affecting orthophosphate release. Heating time, hydrogen peroxide dosage and temperature were significant factors for ammonia release. There was a maximum of 96% and 196% increase in orthophosphate and ammonia concentration, respectively at 160°C, 0.5 mL H₂O₂ and 15 min heating time. The MW-AOP is an effective method in dairy manure treatment for sugar production, nutrient solubilisation, and solids disintegration.     

硫酸盐还原颗粒污泥对Cr的吸附机理解析

以硫酸盐还原颗粒污泥作为研究对象,进行Cr的吸附容量研究及吸附等温线拟合,测定颗粒污泥中的硫化物含量、对比实验前后颗粒污泥的表面形态和微生物组成并采用傅里叶红外变换光谱(FTIR)分析颗粒污泥的表面基团。结果表明,颗粒污泥对Cr的吸附容量为6.84 mg/g,吸附过程可用Langmuir吸附等温式描述。颗粒污泥中硫化物含量达9.868 mg/g(湿重),对应每克颗粒污泥对Cr的最大吸附量可达10.69 mg;颗粒污泥表面生长大量的微生物,以杆菌为主,颗粒污泥表面丰富的微孔结构及微生物所分泌的胞外物均可有效吸附溶液中的Cr;FTIR分析结果显示,颗粒污泥中包含大量C=O、C-N及-S等基团,这些基团均可通过与C(rⅥ)或C(rⅢ)之间的静电吸附作用吸附溶液中的Cr。研究表明化学与生物吸附作用在硫酸盐还原颗粒污泥吸附溶液中的Cr过程中起到了重要的作用。     

硅肥耦合水分管理对复合污染稻田土壤As-Cd生物有效性及稻米累积阻控

选取湖南某矿区重金属镉、砷复合污染稻田土,以泰优390号为材料,通过盆栽试验研究湿润灌溉(CK)、农艺措施淹水(WF)、速溶硅肥结合淹水措施(FYsi)、矿物硅肥结合淹水措施(FKsi)及2种硅肥结合淹水(FYK)对土壤中As、Cd生物有效性及水稻糙米中As、Cd累积效应的影响.结果表明,淹水处理土壤p H值上升幅度为0.12~0.72个单位,均呈现先升高再下降,最后趋于中性的规律.淹水后,土壤Eh显著降低,FYsi、FKsi、FYK这3种配合硅肥的淹水处理土壤Eh值显著高于WF处理,与对照相比,淹水处理糙米中Cd含量降低了38.83%~65.05%,其中,WF、FYK处理对糙米Cd累积抑制效果最佳,糙米中Cd含量为0.98 mg·kg~(-1)、0.72 mg·kg~(-1);除WF处理糙米中As含量增加了36.64%外,FYsi、FKsi、FYK处理糙米中As的含量与对照相比分别降低了23.80%、38.10%、47.62%.FYsi、FYK处理对糙米As累积抑制效果最佳,糙米中As含量为0.13 mg·kg~(-1)、0.11 mg·kg~(-1).Cd各提取态含量与其在水稻糙米中的含量均呈现出极显著的正相关关系(P0.01);可交换态、TCLP提取态As与水稻糙米中As含量无显著相关关系.因此,FYsi、FKsi、FYK这3种施硅耦合淹水处理均可有效阻控稻米镉砷复合污染,其中FYK效果最佳.     

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg-1),低磷(P1,P:15 mg·kg-1),高磷(P2,P:30 mg·kg-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2～3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.     

人类活动净氮输入时空变化特征及其影响因素——以香溪河流域为例

为了阐明人类活动对三峡库区第一大支流香溪河流域氮输入的影响程度,基于人类活动净氮输入（NANI）模型估算了2001~2015年间香溪河流域乡镇水平的人类活动净氮输入,分析了氮输入的主要来源及其动态变化.结果表明：时间尺度上,香溪河流域人类活动净氮输入（NANI）因氮素施用的变化而呈现先上升后下降最后上升的趋势,但2015年相对2001年的NANI下降了143kg N/（km²·a）;空间尺度上,香溪河流域NANI整体呈现北低南高的分布格局,其中NANI输入强度差异较大的区域主要有昭君镇、峡口镇和黄粮镇.从人类活动净氮输入的组成上来看,氮肥施用仍然是最主要的来源（40.06%）,其次为大气氮沉降（29.98%）和食品/饲料净氮输入（27.75%）,作物固氮仅占净氮输入总量的2.21%.香溪河流域的NANI与人口密度和耕地面积比例极显著相关（P<0.001）;而NANI与河流氮输出的相关性不显著,香溪河流域河流氮输出占NANI的比例仅为24.28%.因此,可以通过减少氮素施用降低流域尺度氮素净输入量,但该流域NANI与河流氮输出无直接的响应关系.     

炉渣与生物炭施加对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放影响

为了探究炉渣及生物炭施加处理对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放的影响,在福州某平原稻田中分别进行施加生物炭、炉渣、生物炭+炉渣3种处理,测定早、晚稻生长期稻田甲烷排放通量和可培养铁还原菌数量,并比较施加处理与不施加处理稻田土壤铁还原菌群落结构组成之间的差异.结果表明：废弃物施加能够改变稻田土壤铁还原菌数量,晚稻生物炭施加组的铁还原菌数量显著高于其他3组（P<0.05）;废弃物施加在一定程度上抑制了稻田土壤甲烷的排放,其中早稻混合施加组对甲烷排放的降低作用最为明显;福州平原稻田土壤中铁还原菌种类丰富,分布于10个门,其中厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为优势菌门相对丰度占比之和大于95%.共鉴定出20个属,其中相对丰度较高的菌属为芽孢杆菌属（Bacillus）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）、梭状芽孢杆菌属（Clostridium）等10个属,占样品中已知铁还原菌属的62.07%~66.58%;生物炭和炉渣主要通过改变土壤pH值及含水量影响稻田土壤铁还原菌群落结构,混合施加的影响比单一施加更为显著;芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度与稻田土壤甲烷的排放通量呈显著负相关,是稻田中抑制甲烷产生与排放的主要铁还原菌属.     

两种抗生素菌渣经SEA-CBS技术处理后的肥料特性

抗生素菌渣的环境无害化利用处置目前已成为行业和政府管理部门亟待解决的难题.为有效实现抗生素菌渣的资源化利用,开展了经SEA-CBS高效复合资源化利用技术制成的吉他霉素和螺旋霉素菌渣有机肥理化特性研究,并分析了未施肥、施加不同比例的商品肥和菌渣有机肥对苦苣生长的影响.结果表明:吉他霉素和螺旋霉素菌渣有机肥的pH分别为6.59和7.92,含水率分别为5.21%和10.60%,抗生素残留均未检出;吉他霉素菌渣有机肥中w（Cr）、w（Pb）和w（As）相对较高,分别为33.40、7.05和1.57 mg/kg,而w（Cd）（0.34 mg/kg）和w（Hg）（低于0.002 mg/kg）相对较低;两种抗生素菌渣有机肥的总养分含量均在5%以上,w（有机质）均大于80%,均符合NY 884—2012《生物有机肥》及NY 525—2012《有机肥料》中的相关限值.植株生长试验研究发现,施加1%和3%的吉他霉素菌渣有机肥时,苦苣的株高、鲜质量和干质量均优于未施肥处理,且株高均大于施入商品肥处理;施加1%螺旋霉素菌渣有机肥下苦苣生长性能优于未施肥情况.研究显示,SEA-CBS技术可有效去除菌渣中残留的抗生素,并实现抗生素菌渣的资源化利用.      

硫酸盐还原菌介导的吸附态砷的迁移转化

自然界中砷(As)主要被吸附在铁氧矿物上,吸附态砷从铁氧矿物释放至水体是水中砷污染的主要来源.在此过程中,微生物起着至关重要的作用.本研究的目的是探究加入硫酸盐还原菌Desulfovibrio vulgaris DP4对吸附态砷迁移转化的影响.结果表明,0 h两体系砷释放量均为0μmol·L~(-1).与对照组相比,前84 h DP4促进了吸附态五价砷[As(Ⅴ)]的脱附,在13 h砷的释放量达到最大值12.6μmol·L~(-1),占初始总吸附量(16μmol·L~(-1))的79%,是对照组(1.5μmol·L~(-1))的8.4倍.而在84 h之后,DP4体系的砷浓度低于非生物对照组,表明溶解态砷被再次固定.此过程中,砷的释放量与氧化还原电位(Eh)显著相关(P=0.001).XRD结果表明,在DP4作用下针铁矿的结晶度降低了50%,且结晶度越低,吸附能力越强,这可能是后期砷被再次固定的原因之一.同时SEM-EDS表明DP4使得针铁矿发生团聚,部分被转化为硫铁矿.As的XANES结果表明固相中没有硫化砷生成,这进一步证明固相中生成的主要是硫铁矿,它对砷的再吸附导致了后期DP4体系中溶解态砷的浓度低于非生物对照组.此外,在固相中检测出了19%的As(Ⅲ),而液相中并未检测出溶解态的As(Ⅲ),据此推测硫酸盐还原菌原位还原了吸附态As(Ⅴ).     

施肥对稻田甲烷排放的影响

采用自动连续测量系统，对不同施肥情况下稻田甲烷排放通量进行了监测。结果表明：施肥是影响稻田甲烷排放的重要因素。增施有机肥会导致甲烷排放量增加．应用化肥可降低甲烷排放，有机肥加倍处理，３２ｄ甲烷总排放量１６．４０ｇＣＨ＿４／ｍ￣２，是化肥加倍处理的１．５６倍；常规施肥处理介于两者之间。略高于常规加倍处理。肥料种类对甲烷排放量也有影响。全施有机肥高于有机肥加化肥（１：１）组，施沼渣肥组次之，全化肥组排放量最低，不到全有机肥处理排放量的１／５．有机肥又以施人畜粪的甲烷排放率最高，绿肥次之，沼渣肥和稻草的甲烷排放率最低。有机肥的多级利用是减少稻田甲烷排放的一条重要途径。     

厌氧水解酸化-好氧氧化A1/A2/O工艺剩余污泥减量

在碱减量印染废水A₁/A₂/O生物处理系统,通过污泥回流、把剩余污泥回流到A₁段,利用A段污泥的水解、酸化和O段微生物的好氧氧化作用可有效实现对回流剩余污泥的减量,同时O段好氧污泥的表观产率系数下降,系统产生的剩余污泥量减少.厌氧水解酸化-好氧氧化A₁/A₂/O工艺实现污泥减量由3段共同完成:A₁段实现回流剩余污泥的“液化”和惰性化;A₂段对系统污泥减量起到了强化作用;而O段微生物的合成作用在逐渐减弱.6个月连续运行的动态试验表明,在A₁段的容积负荷(COD_Cr)为2.54 kg·(m³·d)^-1、水力停留时间为7.56h条件下,A₁段利用水解酸化作用对回流剩余污泥的减量达到67.87%,系统O段好氧污泥的表观产率系数也下降到试验初始时的45.5%.在A₁/A₂/O污泥减量系统中,各段污泥性状发生了变化,A₁段污泥[MLVSS/MLSS]值从试验开始时的0.718 2下降到0.592 2,A₂段污泥[MLVSS/MLSS]值从0.667 3下降到0.526 7,剩余污泥的减量是活性污泥逐渐惰性化过程,污泥的粒度分析也证明了这一点.