应用生态动力学模型评价上海淀山湖富营养化控制方案

近年来,由于淀山湖入湖河流和环湖污水排放,淀山湖水质严重富营养化,夏季高温季节蓝藻水华时有发生。基于最近开展的比较系统的大规模水文、水质、生物同步监测和底质氮磷营养盐释放通量实验,进行入湖氮磷营养盐通量计算分析。通过建立淀山湖水动力一生态动力学耦合模型,利用同步实测和历史资料进行水动力模型和生态动力学模型的率定验证,模拟典型风场作用下的淀山湖三维流场特征;利用生态动力学模型系统研究淀山湖氮磷营养盐和藻类的时空变化和演替规律,初步掌握淀山湖的富营养化过程;综合评价了污染负荷削减、水力调度（水体停留时间）等措施对控制淀山湖富营养化的作用,明确磷是淀山湖藻类生长的关键营养盐限制因子。模型预测结果表明,磷负荷削减50％以上才能使淀山湖夏季蓝藻生物量开始下降;削减90％以上的营养盐负荷才能有效抑制蓝藻水华;水体停留时间的长短是藻类是否过度繁殖的重要条件,加大引水流量,减少淀山湖水体停留时间是有效控制蓝藻水华的重要途径;目前阶段,与控制营养盐负荷（50％）相比,增大引水流量可以更有效地降低蓝藻暴发时的生物量。     

碳源类型对A~2O系统脱氮除磷的影响

采用52.5 L的A2O反应器,以乙酸和丙酸分别作为进水唯一碳源,系统研究了进水碳源类型对脱氮除磷和代谢过程的影响.结果表明,在进水COD为250 mg/L左右,NH+4-N为52 mg/L左右的条件下,原水碳源类型对TN的去除影响不大,系统TN去除率均在65%左右.进水碳源类型对TP的去除及相应污泥中PHA的类型、含量和代谢及糖原的变化影响较大.乙酸为唯一碳源时,厌氧区放磷浓度较高,污泥中PHA的成分主要为PHB和PHV,两者在厌氧区的合成量差别不大,PHB在随后的反应过程中变化较大,对除磷代谢过程起主要作用,而PHV的变化较小.丙酸作为进水唯一碳源时,厌氧区的放磷浓度偏低,主要合成PHV,几乎不含PHB,PHV在随后吸磷过程中浓度变化较大,对除磷代谢起主要作用,而且出水TP浓度偏低.碳源类型对污泥中糖原的代谢也有影响,乙酸为碳源时糖原的含量高,变化范围也较大,丙酸为碳源时糖原的变化幅度较小.在同步脱氮除磷系统中,与乙酸相比,丙酸是一种更合适的碳源.     

模拟沉积磷迁移转化行为的铁盐影响机制研究

室内模拟研究了沉积物中不同形态磷在不同浓度铁盐影响下,在沉积层中的垂直迁移转化行为.结果表明,分别向模拟系统投加的10 mL和50 mL的1 mol/L FeCl_3溶液,沉积层中磷的含量降低,投加30 mL的1 mol/L FeCl_3溶液时,沉积层中磷含量增加.沉积物中适当的铁盐会阻止沉积物磷向水体释放,铁盐浓度过高或过低,在一定程度上都会促进沉积物中磷的释放,实验结果对研究内源磷释放与湖泊富营养化有重要的意义.     

底泥扰动对上覆水中磷形态分布的影响

通过室内试验模拟底泥受持续和间歇扰动的过程.探讨了扰动作用对上覆水中不同形态磷分布的影响.结果表明,持续扰动和间歇扰动显著促进了上覆水中的溶解态磷向底泥迁移.持续扰动与间歇扰动作用下,上覆水中溶解性无机磷(DIP)分别在第6h和第24h达到平衡状态,为0.014mg.L-1和0.015mg.L-1.显著低于对照试验(0.04mg.L-1);而溶解性总磷(DTP)则在第6h和第48h达到平衡状态,为0.047mg·L-1和0.045mg.L-1,显著低于对照试验(0.065mg.L-1).持续扰动促进了颗粒态磷(PC)的释放,扰动6h后,PP达到最大值(9.18mg·L-1).随后下降.第24h后,PP稳定在2.18mg·L-1左右;而间歇扰动作用下,第2h,PP达到最大值(2mg·L-1),随后下降,第96h后,PP稳定在0.093mg·L-1左右.扰动作用下,TP的变化规律与PP一致.与初始状态相比,持续扰动和间歇扰动作用下,DIP/DTP、DIP/TP、DTP/TP显著下降,而上述该值在对照试验中则基本保持不变,说明扰动导致的底泥再悬浮有利于降低上覆水中溶解态磷的含量.     

活化赤泥去除猪场废水生化处理出水中的磷和重金属

以铝矿工业废渣赤泥为原材料,采用焙烧活化方法进行活化处理,并将其用于畜禽废水生化处理出水中磷和重金属的吸附去除.同时,研究考察了吸附剂除磷、除重金属的能力以及投加量、pH值和反应时间对去除效果的影响.结果表明,赤泥和活化赤泥对磷、铜、锌、砷吸附规律符合Langmuir吸附等温方程;焙烧改性后,赤泥对磷、铜、锌、砷的去除能力显著提高,900℃焙烧活化饱和吸附量可分别由46.26、18.18 、15.45、18.83 mg·g-1提高至149.00、65.17、99.20、27.51 mg·g-1;pH显著影响除磷、除重金属的效果,高pH条件有利于磷、铜、锌、砷的去除;赤泥和活化赤泥除磷、铜、锌、砷的作用机理包含金属氧化物表面的表面络合作用机理,其对砷和磷的去除机理还包括共沉淀作用.     

侧流化学磷回收强化生物除磷的模拟预测与试验验证

为了强化污水中生物除磷作用,本研究通过模拟预测与实验室试验验证了厌氧上清液侧流化学磷沉淀与回收对强化生物除磷的促进作用.模拟预测与试验结果表明,在进水COD/P=37.5工况下,当侧流比增加至30%时,通过化学磷沉淀（调节pH＞9.0）可使出水中TP浓度从碳源抑制时的＜6.0 mg·L-1（以P计）下降至≤1.0 mg·L-1（以P计）,同时可回收进水中P负荷的64%.经验证与校正后的TUD数学模型模拟预测有着与试验结果近乎一致的效果.因此,数学模拟技术完全有可能取代中间试验过程而直接将小试结果放大至工程应用.     

生物除磷系统启动期聚磷菌的FISH原位分析与聚磷特性

应用FISH对以乙酸钠为碳源的强化生物除磷 (EBPR) SBR反应器启动期的微生物进行原位分析,考察除磷生态系统形成过程中聚磷菌种群结构、空间分布关系动态变化及其聚磷特性.结果表明,以异养菌为主的活性污泥经过厌氧/好氧驯化后,聚磷菌大量富集,在全菌中的比例由11.5%增加到40.48%.启动过程中,生物系统内菌群竞争持续进行：首先,聚磷菌淘汰异养菌,历时5 d;聚磷菌种群内选择过程历时19 d;经过优势聚磷菌群的二次增长后,共计34 d完成生物除磷系统的启动.富集过程中快速增殖的聚磷菌不能立刻行使除磷能力,要有一段“积累期”形成一定的PHA和poly-P储备.表现为污染物去除效率滞后于聚磷菌的增殖,经过4～8 d的 “积累期”后上升出现峰值.二次增长的优势聚磷菌群也经过“积累期”后才发挥作用.FISH图片显示,快速增殖期的聚磷菌菌体小,菌群结构松散.经过“积累期”之后,菌体不断增大,并开始紧密聚集形成致密的团状,此时反应器处理效率较高.     

南四湖微山湖区沉积物磷形态分布特征

为了解南四湖污染底泥磷形态分布规律,对南四湖微山湖区0～25 cm沉积物分层进行了磷形态连续提取.结果表明,湖区沉积物中Ex-P、Al-P、Fe-P、Oc-P、Ca-P、De-P和Org-P平均含量分别为5.62、 4.08、 12.25、 13.34、 116.67、 232.36和396.79 mg/kg,不同形态磷含量次序为：Al-P＜Ex-P＜Fe-P＜Oc-P＜Ca-P＜De-P＜Org-P.沉积物中各形态磷含量在垂直方向上呈现明显的规律性,易交换态磷（Ex-P）、铁结合态磷（Fe-P）、闭蓄态磷（Oc-P）、有机磷（Org-P）含量随深度增加而逐渐降低,而铝结合态磷（Al-P）、钙结合态磷（Ca-P）、碎屑磷（De-P）含量则呈逐渐增加趋势.Sum1（Ex-P、Al-P、Fe-P之和）与上覆水PO^3-₄浓度呈显著正相关,其中Fe-P与水体磷酸盐含量关系相对比较密切,其相关系数高达0.72.沉积物磷形态在空间分布上,Oc-P、Ca-P、De-P 等惰性磷的差异性小于Ex-P、Al-P、Fe-P等潜在活性磷,Org-P介于二者之间.     

氯对模拟管壁生物膜的氧化特性研究

以载片上培养的大肠杆菌生物膜为对象,研究了氯对模拟管壁生物膜中大肠杆菌的灭活效果,同时考察氯氧化生物膜后水中生物可同化有机碳(AOC)、生物可利用磷(MAP)和细菌生长潜能(BRP)的变化情况.结果表明,氯可以有效灭活悬浮态的大肠杆菌,而对生物膜中的大肠杆菌的灭活效率远低于悬浮菌;在相同CT值下,较高浓度的氯对悬浮态和生物膜中大肠杆菌的灭活效果要高于低浓度的氯.氯对生物膜的氧化作用会使生物膜中物质溶出,增加了水中AOC和MAP浓度,如当氯的浓度为1.0 mg/Ｌ(CT值为100 mg·min/L)时,水中AOC由20.78 μg/L增加到120.17 μg/L,MAP含量由0.11 μg/L增加到0.17 μg/L;氯的氧化作用会增加水的细菌生长潜能（BRP）,BRP随着CT值的增加而增加,如当氯投量为1.0 mg/Ｌ(CT值为100　mg·min/L)时,BRP可达到1.10×10⁷ CFU/mL.     

聚磷菌在不同碳源下的反硝化研究

利用SBR系统对聚磷菌进行了培养,并通过荧光原位杂交手段检测了系统中聚磷菌Candidatus Accumulibacter phosphatis的富集程度.聚磷菌也是一种普通异养菌,为了研究它的反硝化能力,排除了聚磷菌的正常释磷和吸磷过程,仅考察在不同碳源下反硝化性能.结果表明,乙酸和PHB都能成为聚磷菌反硝化的电子供体.当以乙酸为外在单一碳源时,其反硝化速率和PHB生成速率与起始硝酸盐浓度无关,但是当起始状态硝酸盐浓度越高时,消耗单位乙酸生成的PHB和硝酸盐还原量越小.以PHB为内在碳源和能源时,聚磷菌的反硝化速率呈现对于基质(硝酸盐)的零级动力学反应,比反硝化速率为0.973 3mg/(g.h),此外PHB平均比消耗速率为(以PHB计)2.462 6 mg/(g.h).