5种植物沉床系统对富营养化水体修复效果研究

以狐尾藻、马来眼子菜、金鱼藻、伊乐藻和苦草5种沉水植物为试验材料,构建以沉水植物为核心的人工沉床,探讨富营养化水体中沉水植物的生长状况和沉水植物沉床系统对氮、磷和COD_(Mn)的净化效果。结果表明:5种沉水植物在富营养水体中生长良好,生物量明显增加,以金鱼藻生物量最大。5种沉水植物沉床系统对富营养化水体中的TP、TN和NH_4~+-N去除率较高,均值分别为70.16%、79.60%、79.82%,而对COD_(Mn)的去除率较低,平均为39.74%;其中金鱼藻沉床系统对富营养化水体中的TP、TN、氨氮、COD_(Mn)去除率均最高,分别为79.76%、85.23%、85.81%和46.16%。因此,金鱼藻沉床系统对富营养化水体修复效果最好,同时金鱼藻也是该沉床系统的优选植物。     

汾河干流湿地土壤中古菌群落的演替特征及其驱动因素

古菌作为环境微生物的重要组成部分,可在河流生态系统中的碳、氮、硫等元素生物地球化学循环过程发挥重要贡献.本研究以汾河干流的渍水湿地土壤为研究对象,通过实时定量PCR及高通量测序技术分析了湿地土壤中古菌群落的丰度、结构组成及其潜在功能,揭示了汾河干流湿地土壤中古菌群落的演替特征及其主要驱动因素.结果表明：汾河干流不同区域湿地土壤中古菌的优势类群具有明显差异,上、中、下游区域的古菌群落分别以Thaumarchaeota、Euryarchaeota和Nanoarchaeota为主.PCoA及ANOSIM分析也显示,不同区域间的古菌群落存在极显著差异（p<0.01）;其中,汾河中下游湿地土壤中的古菌群落呈现出极显著的距离衰减关系（p<0.01）.汾河上游区域内的古菌群落可能主要参与了氮代谢相关过程,而中下游的古菌群落则可能以产甲烷过程为主.汾河湿地土壤中古菌群落的丰度主要受pH及氮磷有效养分的调控,而土壤有效磷和总磷是影响古菌群落结构的主要环境因子.总体上,受不同区域土壤理化性质差异的影响,汾河干流湿地土壤中的古菌群落在纬度尺度上呈现出一定的生物地理分布格局.     

沉水植物矮慈姑对重污染底泥的耐受及其中主要污染物的去除

矮慈姑(Sagittaria pygmaea Miq)是常见的稻田杂草类沉水植物,但在水污染防治中较少被研究应用.本研究利用典型黑臭河道中厌氧还原态的底泥模拟构建污染水体,考察矮慈姑在其中的生长情况和主要污染物的变化.结果表明,矮慈姑及其根系对底泥具有非常强的耐受性,经过180 d的生长,其植株数量扩增了20倍以上,生物量(干重)达到(411.09±136.19)g·m~(-2),不但地上部分形成了对底泥密集覆盖的沉水植被层,而且地下部分在底泥中也形成了发达的根系.对矮慈姑根与茎叶生物量进行对比分析发现,矮慈姑的根冠比高达0.66±0.36,远高于其它沉水植物,表明矮慈姑的根可以抵御底泥中还原态物质的胁迫作用,从而发育出较庞大的根系.矮慈姑生长使得底泥中还原性物质浓度大幅下降,相较初始底泥,矮慈姑根系到达的底泥区域中典型还原物质亚铁(Fe(Ⅱ))和酸挥发性硫化物(AVS)分别下降了92.6%和96.3%.此外,矮慈姑生长也较好地阻控了底泥中氮、磷向上覆水释放,使得上覆水氮、磷维持在较低的浓度范围.上述研究结果首次发现,矮慈姑能够很好地耐受重污染水体中厌氧还原态的底泥并可对其中的主要污染物进行去除,在黑臭河道等重污染水体的生态修复中具有很大的应用潜力,可以作为沉水植被修复的先锋种,是值得进一步开发的野生水生植物资源.     

赤铁矿对园林落叶植物生物质水解液中溶解性芳香物质的调控效果

植物生物质作为污水反硝化脱氮碳源,存在出水色度和COD升高的问题,木质素水解产生的多酚类物质等芳香化合物是导致该问题的根本原因.由于赤铁矿对木质素酚具有吸附潜力,本研究尝试采用赤铁矿调控植物生物质厌氧水解产生的溶解性芳香物质,避免其进入水解液后形成不易被反硝化利用的COD和色度.研究利用预处理园林树木黄葛榕落叶和赤铁矿形成共厌氧水解系统,以未加入赤铁矿的系统为对照,考察了赤铁矿共厌氧对水解液的UV₂₅₄、SCOD、挥发性有机酸、亚铁等影响;在此基础上进一步分析了赤铁矿对预处理黄葛榕落叶厌氧水解液中多酚类物质的吸附去除特性.结果表明,与无赤铁矿的厌氧水解系统相比,赤铁矿的共厌氧能有效地降低水解液的UV₂₅₄,并提升SCOD和乙酸产生速度和浓度,但后期会发生活跃的铁还原过程;赤铁矿能够有效地吸附去除黄葛榕木质纤维素厌氧水解液中的多酚类物质,吸附过程与准一级动力学方程拟合效果相对优于准二级.根据Langmuir方程对其吸附等温线拟合结果,赤铁矿对多酚的饱和吸附量为1.399 mg·g^-1;黄葛榕落叶厌氧水解液经赤铁矿的吸附处理后,以其配制的纤维素酶液的滤纸酶活提升了11.68%.因此,共厌氧系统中赤铁矿对多酚类物质的吸附去除,不但降低了水解液中溶解性芳香有机化合物的含量,而且也可以缓解多酚类物质对纤维素酶等水解酶活性的抑制,提升反硝化碳源乙酸生产性能.赤铁矿与落叶植物生物质共厌氧水解在调控水解液溶解性芳香类物质、提升水解液反硝化性能方面具有应用潜力.     

污泥酵制园林营养土好氧-厌氧交替法可行性分析

为研究好氧-厌氧交替法用于脱水污泥酵制园林营养土达到无害化、营养化、腐殖化(三化)目标的可行性,开展了好氧、厌氧、交替实验效果分析。结果表明:大肠菌群死亡率,酵温50℃时为80%,60℃时为95%;好氧、厌氧、交替,冬季最高酵温分别为52.5、29.5、52.2℃(夏季分别为62.5、41.8、64℃),大肠菌群达标所需时间好氧、交替均为8 d(冬)和3d(夏),厌氧28 d以上;平均碱解氮,厌氧0.859 g/kg>交替0.856 g/kg>好氧0.798 g/kg;20 d后平均有效磷,交替1.852g/kg>好氧1.692 g/kg>厌氧1.636 g/kg;20 d后平均有效钾:交替14.215 g/kg>好氧13.187 g/kg>厌氧11.945 g/kg;20d后平均腐殖质,交替10.510 g/kg>厌氧9.398 g/kg>好氧8.768 g/kg。分析可知,好氧法、交替法可使发酵污泥达到无害化,营养化、腐殖化指标交替法高于好氧法,交替法用于污泥酵制园林三化营养土可行,其控制参数需实验确定。     

pH及无机氮化合物对小浮萍生长的影响

利用浮萍科植物吸收转化污水中的无机氮磷正在成为水处理研究的热点.本研究以我国常见的小浮萍(Lemna minor L.)为研究对象,在完全培养液的基础上模拟生活污水的NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度和pH范围,研究了培养条件对小浮萍生长的影响.结果表明,低pH对小浮萍的生长具有抑制作用,小浮萍对pH耐受的低限在5～6之间,在6～9的pH范围内,能够正常生长.水中非离子态的NH3和NH+4都会对小浮萍的生长产生抑制作用,前者的抑制作用更明显.在NN₄⁺-N为唯一氮源的条件下,非离子态的NH₃浓度大于0.2mg/L时就会对小浮萍的生长产生明显的抑制作用,大于2mg/L时,小浮萍基本上不能生长.NO₃^-在本研究的浓度范围内对小浮萍的生长没有影响,NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度的增加可使小浮萍的鲜叶片的叶绿素含量增加,另外在相同氮的浓度下,由于生长受抑制,NH₄⁺-N中生长的小浮萍过氧化物酶活性高于NO₃^--N中的活性.     

再生水补给水体中丝状藻爆发成因分析:以华南某水体为例

利用再生水作为河流、湖泊补给水已成为城市水环境治理的重要措施,但是再生水的汇入也为一些水体带来了"藻华"爆发的风险。针对再生水补给水体中易出现的丝状藻"藻华"现象,以华南地区某再生水补给的河流水体为例,通过现场调研和实验室实验,分析了丝状藻的生长模式及爆发成因。研究结果表明:丝状藻生长过程分为休眠、萌发、扩增和爆发4个阶段,在前3个阶段,丝状藻底部附着在河流底泥上并不断向水中分生出丝状体,积累到一定程度后挣脱底质上浮形成爆发。水网藻是案例河段"藻华"中的优势种类,生长速率和最大密度都远远高于伴生种类单歧藻,属于丝状藻"藻华"藻;水网藻的最适生长温度在25℃左右,但在15℃的低温下也具有生物量扩增能力;丝状藻的低温生长优势、在底质上的锚定和底质表面充足的光照是案例河段丝状藻"藻华"爆发的主要原因;建议通过底质铺设砾石层、抚育耐寒型沉水植被和以丝状藻为食的水生动物及采取早期生物量监控预警等措施对丝状藻"藻华"进行控制。     

2-甲基乙酰乙酸乙酯对藻细胞膜和亚显微结构的影响

为揭示化感物质抑制藻类的机理, 研究了芦苇化感物质2-甲基乙酰乙酸乙酯(eathyl-2-methyl acetoacetate, EMA)对蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和普通小球藻细胞膜磷脂脂肪酸种类、含量以及藻细胞亚显微结构的影响,采用Bligh and dye法提取藻类细胞膜磷脂脂肪酸,GC-MS测定脂肪酸种类和含量,透射电镜法观测细胞亚显微结构. 结果表明, EMA使蛋白核小球藻细胞膜不饱和脂肪酸亚麻酸、亚油酸含量都增加了14%, 而饱和脂肪酸肉豆蔻酸、棕榈酸含量则下降了12%和11%. 加入EMA后, 铜绿微囊藻细胞膜中不饱和脂肪酸C18∶1和C18∶2含量分别增加了12%和10%, 饱和脂肪酸C18∶0和C16∶0含量则下降. EMA对普通小球藻细胞膜磷脂脂肪酸含量没有显著影响. EMA使蛋白核小球藻和铜绿微囊藻细胞壁脱落, 细胞膜破裂, 细胞内含物渗出, 细胞内片层结构解体, 细胞核和线粒体结构损坏. EMA对普通小球藻细胞亚显微结构没有显著破坏.     

LED联合玻璃纤维光催化填料对苯酚的降解研究

以钛酸四丁酯为原料,采用浸渍提拉法制备了负载TiO₂的玻璃纤维光催化填料,考察溶液初始pH值、苯酚初始浓度、UV-LED消耗功率以及曝气强度对光催化降解效果的影响.结果表明,在溶液pH=3、苯酚初始浓度为10mg/L、UV-LED输出功率为2.968W,曝气强度为1.8L/min时,光催化反应装置对苯酚的降解率可达97.05%,降解过程遵循准一级反应动力学.此外,该反应装置的能耗较低,催化剂负载的牢固性较好.     

麻疯树酰基载体蛋白的基因克隆、表达分析及原核表达

从麻疯树胚乳cDNA文库中筛选分离了一个编码酰基载体蛋白的cDNA序列,全长为806 bp,其开放读码框(ORF)长度为393 bp.编码130个氨基酸,该序列在GenBanl澄录号为EF179617,命名为JcACP.该基因编码的蛋白质相对分子质量(M)约为14.4×103,等电点为5.2,具有酰基载体蛋白的典型特征--含有4'-磷酸泛酰巯基乙胺辅基的结合位点.RT-PCR试验结果表明,该基因在麻疯树的叶、茎和种子中表达,以种子中的表达量最高,在根中不表达,种子萌发后其表达量随萌发进程递增,在96 h时表达量达到最高.结果表明,JcAcP在种子中的高度表达可能与种子萌发时的代谢活动有关.同时,将其在大肠杆菌中成功进行了原核表达.