稻田NO3-还原耦合As(III)氧化过程及微生物群落特征

以华南稻田土壤为研究对象通过构建微宇宙体系,研究了淹水稻田自养硝酸盐还原耦合As（III）氧化过程及其微生物群落结构组成.结果表明,NO₃^-的添加促进了稻田土壤中As（III）的氧化,在未添加NO₃^-的处理（Soil+As（III））以及灭菌处理（Sterilized soil+As（III）+NO₃^-）中As（III）未发生明显的氧化;在Soil+As（III）+NO₃^-处理中,NO₃^-有少量被还原,而在Soil+NO₃^-处理中,NO₃^-没有被还原.通过16S rRNA高通量分析在NO₃^-还原耦合As（III）氧化体系中微生物群落结构特征,在Soil+As（III）+NO₃^-处理中shannon指数相对较低为8.19,土壤微生物群落多样性降低,其中在门水平上主要优势菌群为变形菌门Proteobacteria（33%）、绿弯菌门Chloroflexi（11%）、浮霉菌门Planctomycetes（12%）;在属水平上主要的优势菌属为Gemmatimonas（7.4%）以及少量的Singulisphaera、Thermomonas、Bacillus.NO₃^-的添加能够促进稻田土壤中自养As（III）氧化,并且影响着稻田土壤中微生物群落组成.     

石墨烯/聚苯胺修饰阴极对反硝化MFC性能影响

反硝化生物阴极微生物燃料电池（MFC）以电极为电子供体,在自养条件下完成硝酸盐去除过程.本研究以碳布（CC）为基底材料,分别制备获得还原氧化石墨烯修饰（rGO-CC）,聚苯胺修饰（PANI-CC）及二者复合修饰的CC电极（rGO/PANI-CC）,并考察其作为阴极材料对反硝化生物阴极MFC产电脱氮性能的影响.扫描电镜结果显示,rGO-CC和PANI-CC的碳纤维分别被片层状rGO和网状PANI覆盖,而rGO/PANI-CC表面呈现PANI在附着rGO的碳纤维上团聚的形貌,均增大了碳布的比表面积.循环伏安测试显示,rGO/PANI-CC具有最高的电化学活性.以rGO-CC,PANI-CC和rGO/PANI-CC为阴极构建MFC的产电能力分别提高了82%,24%和41%,其阴极对NO₃^--N的去除能力增强了23%,9%和13%.16S rDNA测序结果揭示修饰后电极表面微生物的多样性下降,Stappia和Pacacoccus属微生物的丰度增加.     

基于野外原位抽注试验和同位素技术的含水层反硝化速率研究

反硝化作用是地下水硝酸盐污染去除最重要的过程.由于水文地质条件和水文地球化学环境的复杂性和不确定性,精准测定含水层反硝化速率是反硝化过程的研究难点.选取潮白河冲洪积扇中部中国环境科学研究院地下水创新野外基地作为研究区,基于野外原位试验和15N同位素示踪法提出一种含水层反硝化速率的测定方法.该方法综合体现了研究区实际水文地质条件和水文地球化学环境对反硝化作用的影响,并充分考虑了硝酸盐在含水层中稀释弥散作用对计算结果的影响.结果表明:①潮白河冲洪积扇中部某地地下26~28 m处于还原环境,含水介质以粉细砂为主,ρ（NO₃-N）平均值为2.77 mg/L.②地下26~28 m反硝化速率在349.52~562.99 μg/（kg·d）（以N计,下同）之间,平均值为450.31 μg/（kg·d）.通过与研究区含水介质、采样深度和硝酸盐背景值相似的国内外案例对比研究,初步评估结果处于合理区间.③测试结果具有一定不确定性,主要来自忽略中间产物NO₂-和NO的计算方法、扰动采样方法、N₂O的操作规范程度及采样频率等方面.研究方法为测定含水层硝酸盐速率研究提供了新的思路,研究结果可为地下水中硝酸盐转化过程机理研究、地下水硝酸盐污染修复及风险管控提供关键的理论支撑数据.      

闽江河口养虾塘养殖期和非养殖期CO2通量变化特征

为揭示河口区陆基养虾塘从养殖期到非养殖期一年间的CO₂通量变化,以福建省闽江河口鳝鱼滩陆基养虾塘为研究对象,于2016年5月-2017年3月采用悬浮箱/静态箱-气相色谱法对养虾塘养殖期水-大气界面和非养殖期沉积物-大气界面白天CO₂垂直通量进行原位观测.结果表明:①养虾塘在整个研究期间CO₂通量变化范围为-62.87~162.81 mg/（m2·h）,平均值为（42.66±18.12）mg/（m2·h）,总体上表现为大气CO₂的释放源,且呈非养殖期CO₂通量平均值[（78.51±16.61）mg/（m2·h）]显著高于养殖期[（17.98±18.26）mg/（m2·h）]的特征.②养殖期间,养虾塘CO₂通量呈"排放-吸收"交替变化的特征,而非养殖期养虾塘一直是大气CO₂的净排放源.③养虾塘养殖期CO₂通量时间变化特征主要受到ρ（DOC）（DOC为总溶解有机碳）、ρ（SO₄2-）、ρ（Cl-）、盐度、pH、ρ（Chla）（Chla为叶绿素a）的影响,其中,pH和ρ（SO₄2-）是其主要影响因子,而ρ（TDN）（TDN为总溶解氮）、ρ（TDP）（TDP为总溶解磷）、ρ（SO₄2-）对非养殖期CO₂通量时间变化影响较大.研究显示,滨海陆基养殖塘是大气CO₂的重要来源,其排放通量多低于河流、水库等水生生态系统,但高于湖泊生态系统;养殖塘CO₂通量受人为影响明显,其较高的变异性与养殖生物、饲料投放以及浮游藻类有关.      

一株高效嗜碱反硝化菌的分离鉴定及其脱氮特性研究

为了应对日趋严苛的废水TN排放标准要求,试验采用溴百里酚蓝（BTB）培养基,从某煤化工废水处理厂反硝化缺氧池活性污泥中,经多次分离、纯化获得了一株高效兼性厌氧反硝化菌株HK13.通过形态观察及16S rRNA基因序列分析,菌株HK13被鉴定为施氏假单胞菌属（Pseudomonas stutzeri）.在此基础上,利用含硝酸盐模拟废水,探讨了碳源类型、C/N（碳氮比）、初始pH、溶解氧（以不同摇床转速表征不同浓度的溶解氧）和培养温度对菌株HK13反硝化脱氮能力的影响,确定了该菌株的最优生长条件和最大脱氮效率.结果表明:①菌株HK13最适反硝化脱氮条件为以柠檬酸钠碳源,C/N 8,培养温度35℃,初始pH 8~10,摇床转速100 r/min.②初始ρ（NO₃--N）为106.67 mg/L下,反应12 h后菌株HK13对TN的去除率可达92.62%;反应9~12 h时,该菌株的脱氮速率最高,可达20.03 mg/（L·h）,其16 h的脱氮率在98%以上,且无亚硝酸盐积累.③菌株HK13适宜生长的温度和pH范围广泛,分别为20~40℃和7~10.研究显示,菌株HK13具有快速高效的脱氮能力及嗜碱特性,拓宽了生物脱氮工艺对环境条件的适用范围,在废水脱氮领域具有广泛的应用前景.      

德州市采暖季环境空气含氮/硫物质的污染及气-粒分配特征

为探究德州市采暖季环境空气中含氮/硫物质的污染特征、气-粒分配规律及影响因素,对2017年11月10日—2018年3月15日德州市市区环境空气监测站在线离子色谱分析仪监测的水溶性离子及气态前体物质量浓度的小时数据进行了分析.结果表明:①德州市环境空气监测站ρ（NO₃-）、ρ（SO₄2-）和ρ（NH₄+）平均值分别为（18.36±18.55）（12.74±10.92）（9.60±8.75）μg/m3,在2018年1月三者均达到最高值;对比PM_2.5及气态含氮/硫物质的质量浓度发现,ρ（PM_2.5）和ρ（SO₂）在2017年12月、2018年1月和2018年2月的月均值均较高,而ρ（SO₂）与ρ（SO₄2-）、ρ（NH₃）与ρ（NH₄+）均在日间（08:00—17:00）出现波峰.②对颗粒态和气态含氮/硫物质质量浓度日均值进行双变量相关分析发现,ρ（SO₄2-）、ρ（NO₃-）、ρ（NH₄+）两两之间的相关系数均高于0.75,表明二次离子的形成机制相似;而ρ（NH₃）、ρ（NO₂）、ρ（NO）、ρ（SO₂）两两之间均不存在显著相关,说明这些气态前体物来自不同的局部排放源.③过剩NH₃指数（F_N）平均值为0.49±0.16,说明采样时段大气处于富氨环境,过剩的NH₃会与气态HNO₃生成NH₄NO₃,因此NO₃-气溶胶的形成主要受HNO₃的影响或限制.④相对湿度是影响ρ（PM_2.5）最重要的气象因素,高湿环境会促进二次离子的转化.研究显示,冬季采暖排放会增加环境空气中含氮/硫物质的质量浓度,气象因素（尤其是相对湿度）对含氮/硫物质的气-粒分配也有一定影响.      

纤维填料SBBR处理制药废水深度脱氮的启动与实现

针对制药废水总氮去除难的问题,采用纤维填料SBBR工艺处理实际制药废水。启动和驯化实验共进行了99 d,在制药废水NH₃-N浓度（200±20） mg/L的条件下,最终系统的TN去除率稳定在97%以上,且未添加任何碳源。废水C/N是影响深度脱氮的关键条件,在进水C/N为3的条件下,系统无法实现废水的深度脱氮。通过提高废水的C/N,可以提高废水的脱氮效率。当废水C/N为5时,系统实现了深度脱氮。得益于纤维填料上大量的生物膜,SBBR在曝气结束后即实现了深度脱氮,脱氮的途径由同步硝化反硝化+内源反硝化逐渐转变成同步硝化反硝化。操作模式也最终确定为进水-搅拌-曝气-沉淀-排水。     

化学氧化法修复TPH污染土壤的效果比较及工艺研究

以TPH污染土壤为研究对象,研究了不同化学氧化体系对TPH污染土壤的修复效果及影响因素。研究表明:Fenton、类Fenton及碱活化过硫酸盐3个体系都对TPH污染土壤有较好的修复效果。柠檬酸的加入改善了Fenton体系的催化作用,类Fenton体系降解效果最佳。TPH在类Fenton及碱活化过硫酸盐体系中的降解符合准一级反应动力学,提高H₂O₂、柠檬酸和过硫酸盐的浓度均有利于TPH的降解。强化混合、分次投加氧化剂及减小土壤粒径均可以提高TPH的降解效率,节约氧化剂用量。类Fenton体系中有效成分主要为·OH,碱活化过硫酸盐体系中除了·OH外,还存在SO₄-·或O₂-·等的作用,因此氧化剂利用率较高。     

大气压纳秒负脉冲放电对水中大肠杆菌的灭活

采用自行研制的喷嘴-板-筒式反应器,研究了大气压纳秒负脉冲空气放电对水中大肠杆菌（Escherichia coli, E.coli）灭菌率的影响因素及规律。实验中空气自放电喷嘴电极进入反应器,气流带动放电生成的活性粒子流到达并作用于水中大肠杆菌。研究结果表明:本实验装置可有效实现对水中大肠杆菌的灭活,灭菌率随着放电电压和脉冲重复频率的增加、放电处理时间的延长而升高;随着鼓气速率的增大先增大后减小;随着喷嘴电极直径的增加先减小后增大。当采用1.30 mm喷嘴电极,在脉冲峰值电压为-32 kV、重复频率80 Hz,鼓气速率为80 mL/min时,连续放电处理12 min,灭菌率达到91%。     

OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验

针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒（OPCRP）-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温（6.5±1）℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR （R1）的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR （R2）的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%;R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种总相对丰度分别为7.37%、10.47%,优势硝化反硝化菌种总相对丰度分别为28.65%、43.32%,为低温污水中生物脱氮提供了良好的细菌环境。