垂直流人工湿地启动期基质酶的时空变化

为了解垂直流人工湿地系统中基质酶在去污效果中的作用及其随基质深度和运行时间的变化规律,设置3个垂直流人工湿地系统:种植皇竹草的A系统,种植象草的B系统,以及不种植物的C系统。分别监测3个系统不同基质深度与不同运行时间条件下脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、转化酶和纤维素酶的变化规律,以及这几种酶与TN、TP、COD、NH+4-N和NO-3-N污染物之间的相关性。实验结果表明,上述5种酶都表现出随着基质深度增加而减少的趋势,且上层0~30cm处的基质酶活性极显著高于中层和底层的酶活性,此外,种植能源植物的A、B系统基质酶活性都高于不种植物C系统,说明湿地中污染物的去除主要集中在上层基质,种植能源植物能够有效促进微生物的活性,增加胞外酶的分泌,提高人工湿地对污染物的去除效果,可为优化人工湿地除污效果以及湿地植物的选择提供理论依据。     

重金属Cd污染对土壤微生物活性影响的研究

重金属污染影响微生物活性,土壤中微生物活性的变化反映着土壤质量。通过实验模拟,研究不同浓度的外源重金属Cd对土壤微生物活性的影响,选择山林土和田园土为研究对象,测定土壤呼吸强度、脲酶活性、过氧化氢酶活性来表征土壤中微生物活性。结果表明,田园土中土壤呼吸强度、过氧化氢酶活性及脲酶活性均高于山林土。Cd对微生物活性具有明显的抑制作用,表现为随着Cd浓度的升高,土壤呼吸强度、过氧化氢酶活性及脲酶活性均总体呈现下降趋势;当Cd质量浓度为1.0mg/kg时,土壤脲酶活性增强,说明低浓度Cd对一些微生物活性有促进作用;当Cd质量浓度为10.0mg/kg时,土壤呼吸强度和过氧化氢酶活性增强,说明土壤呼吸强度和过氧化氢酶活性对逆境有强烈的反应机制。土壤中的有效态Cd随培养时间的延长会减少,使其对微生物活性的抑制作用减弱。     

不同锌浓度有机肥对土壤酶活性及微生物数量的影响

采用室内培养方法,探究了含不同质量浓度(600、1 200、1 800mg/kg)锌的有机肥对土壤酶活性及微生物的影响。结果表明:(1)在整个培养阶段,含锌的有机肥总体显著抑制土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性,对碱性磷酸酶活性影响不显著;随着有机肥中锌浓度的增大,脲酶、脱氢酶、蔗糖酶活性总体显著降低。(2)整个培养阶段,含1 800mg/kg锌的有机肥促进土壤中真菌增长;对土壤中细菌总体也有促进作用;对土壤中放线菌呈先抑制后激活的作用,最后趋于稳定。     

强化循环厌氧反应器(SCAR)处理碱减量废水的启动特性

强化循环厌氧反应器(SCAR)接种厌氧颗粒污泥后启动,在固定外回流比R=0.5、HRT=24 h条件下,研究SCAR处理碱减量废水的运行特性。经过6阶段60 d的启动运行,反应器对COD的去除率稳定在42%左右,反应器出水VFA浓度基本维持在约300 mg·L~(-1),反应器沿高度方向对污染物降解出现了较明显的功能区划。反应器2号取样口污泥脱氢酶活性最高、3号取样口浓度最低,脱氢酶活性最高为5.16 mg·(g·h)-1(以VSS计),系统污泥辅酶F420浓度基本为逐渐增加趋势,启动完成时辅酶F420浓度最高稳定在0.016 7μmol·g-1(以VSS计)。SCAR对碱减量废水中不同分子量有机物贡献的COD和UV254表现出不同的去除规律,实验条件下SCAR无法实现对苯系物的彻底降解。     

人工湿地中基质与植物对污染物去除效率的影响

针对太湖五里湖富营养化水体,采用中试规模的人工湿地现场实验开展了不同基质、不同植物的污染物去除效果研究。基质采用炉渣和沸石2种,在一个湿地池种植单一植物茭白,另一个湿地池种植鸢尾＋菖蒲混合植物,同时构建了无植物的对照组湿地。研究表明：（1）在运行初期,沸石和炉渣2种基质对TN、TP的去除率差异为12.5%和12.6%,吸附饱和后,2种基质对TN和TP的去除率差异缩小为3.2%和6.1%,从长期运行来看,炉渣和沸石2种基质在人工湿地中的去除效率差异将减小;（2）茭白单一植物湿地对污染物的去除率与鸢尾＋菖蒲混合植物湿地对污染物的去除率两者之间差异不大;（3）人工湿地种植植物后对TN、TP的去除率比无植物状态时分别高出13.6%和19.5%,植物在人工湿地中对污染物的去除发挥了重要作用;（4）在本试验条件下,茭白吸收所去除的氮数量为湿地氮总去除量的8.95%,茭白吸收去除磷的数量为湿地磷总去除量的20.16%,在人工湿地中,茭白吸收对磷的去除效率比对氮的去除效率高。     

孟矿尾渣污染土壤商陆根际和非根际土壤酶活性

对湘潭锰矿尾渣库地区商陆根际和非根际土壤酶的活性特征进行了研究,结果表明,商陆根际土壤各种酶的活性显著大于非根际土壤。商陆根际环境对土壤酶活性的影响表现为：蔗糖酶〉脲酶〉脱氢酶〉酸性磷酸酶〉过氧化氢酶,根际效应值（R／S）分别为：1．622、1．598、1．586、1．485和1．328。除过氧化氢酶活性外,土壤各种酶活性与重金属复合污染程度显著负相关,表现出重金属复合污染对土壤酶活性的抑制效应。商陆可有效改善土壤环境,提高土壤各种酶的活性,是锰污染土壤植物修复的理想植物。     

锰矿尾渣污染土壤商陆根际和非根际土壤酶活性

对湘潭锰矿尾渣库地区商陆根际和非根际土壤酶的活性特征进行了研究,结果表明,商陆根际土壤各种酶的活性显著大于非根际土壤。商陆根际环境对土壤酶活性的影响表现为：蔗糖酶>脲酶>脱氢酶>酸性磷酸酶>过氧化氢酶,根际效应值（R/S）分别为：1.622、1.598、1.586、1.485和1.328。除过氧化氢酶活性外,土壤各种酶活性与重金属复合污染程度显著负相关,表现出重金属复合污染对土壤酶活性的抑制效应。商陆可有效改善土壤环境,提高土壤各种酶的活性,是锰污染土壤植物修复的理想植物。     

四氯乙烯污染对小麦幼苗抗氧化酶系的影响

通过室内模拟试验,采用愈创木酚法、高锰酸钾滴定法、氮蓝四唑法分别测定了四氯乙烯(PCE)污染小麦幼苗的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物岐化酶(SOD)等抗氧化物酶系,研究了PCE污染对植物生物学指标的影响,以评价土壤PCE污染的生态毒性效应,为土壤性质的变化趋势提供依据.结果表明,PCE浓度较低时,POD、SOD活性被激活,表现出明显的抗氧化能力,但PCE浓度过高时则抑制POD和SOD的活性诱导作用;小麦幼苗中CAT活性只有在PCE为0.10mg/kg时被激活,其他浓度时CAT活性均受到抑制;随着时间的延长,POD、CAT的活性均呈激活态势,而SOD活性在PCE浓度较低时呈降低趋势,在PCE浓度较高时,SOD活性升高.     

土壤辛硫磷污染对蚯蚓的生态毒理效应研究

采用经济合作与发展组织(OECD)标准法配置的人工土壤研究了不同初始质量浓度(25、50、100 mg/kg)辛硫磷对蚯蚓的生态毒理效应,测定了不同老化时间(7、14、21、28 d)下蚯蚓体内及土壤中辛硫磷含量及各项生态毒理指标。结果表明:28 d内辛硫磷在蚯蚓体内及土壤中的含量持续降低;蚯蚓体内蛋白质随老化时间的延长逐渐降低;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性随辛硫磷初始浓度增加总体呈先升后降的趋势,随老化时间的延长,SOD活性总体降低,而CAT活性先降后升;28 d时丙二醛(MDA)含量达到最高,且随辛硫磷初始浓度增加而总体显著提高(P0.05);土壤酸性磷酸酶(ACP)活性随辛硫磷初始浓度增加而总体提高,而土壤脲酶(UE)活性随老化时间的延长总体增加。综合而言,SOD活性、CAT活性、MDA含量及土壤ACP活性可作为评价辛硫磷生态毒理效应的生物标志物,在有机磷农药的环境安全性评价过程中应给予考虑。     

儿茶酚胁迫下铜绿微囊藻的生理生化响应

根据儿茶酚抑藻的剂量效应关系,研究了铜绿微囊藻在不同的投加剂量下,藻细胞的生理变化特征,采用扫描电子显微镜(SEM)观察细胞形貌,并测定了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、胞内磷酸酶(AKP)和还原型谷胱甘肽酶(GSH)活性以及还原型抗坏血酸(As A)和丙二醛(MDA)浓度的变化。结果显示,儿茶酚使细胞表面出现凹陷或者孔洞,致使丙二醛(MDA)相对浓度增加,生物膜受损明显。儿茶酚剂量≤EC50(0.80 mg/L)时,SOD、CAT和AKP酶活性在1~2 d增加,随后下降,接近于对照样。儿茶酚剂量≥EC60(1.20 mg/L)时,SOD、CAT和AKP酶活性被显著抑制,直到完全低于对照样水平。GSH和As A也表现出类似规律。     

重金属离子Cd^2＋、Pb^2＋污染对土壤酶活性的影响

通过对土壤中比较重要的两种酶（过氧化氢酶、脲酶）活性的测定,研究了重金属离子（Cd^2＋、Pb^2＋）单因素污染、复合污染对两种酶活性的影响,进而找出重金属污染程度与土壤酶活性的关系,为建立土壤中的酶活性可以表征重金属污染程度的生化指标平台提供试验依据。结果表明,在Cd^2＋、Pb^2＋单因素污染影响中,在一定浓度下的重金属离子对土壤酶活性会有激活效应,但大多表现为抑制效应;Cd^2＋、Pb^2＋复合污染对两种土壤酶活性的影响存在着明显差异,其复合污染对脲酶表现出协同抑制负效应的特征;对过氧化氢酶表现出一定的屏蔽作用。通过重金属离子形态对土壤酶有效性影响的研究,脲酶活性可以作为土壤重金属离子（Cd^2＋、Pb^2＋）单因素和复合污染程度的主要生化指标。     

垂直流人工湿地中基质组合对污水的处理效果及模型模拟

选择石砾、粗砂、细砂作为垂直流人工湿地的基质在实验室内研究不同粒径的基质在不同的水力负荷和对不同浓度污水对污染物的去除效果,根据实验结果选取基质应用于示范基地,利用人工湿地模型Subwet2.0对人工湿地示范基地进行模型模拟,为农村生活污水人工湿地系统的处理设计及模拟出水水质提供参考。研究结果表明:石砾、粗砂、细砂为基质对污染物去除率较好的水力负荷分别为小于0.9、0.6和0.3 m/d时;石砾基质对COD的最佳污染负荷为970 mg/L,粗砂、细砂基质为468~970 mg/L;粗砂和细砂基质对NH_4~+-N去除效果相似;在北方地区垂直流人工湿地主体基质建议使用粗砂或石砾以减少堵塞的风险;利用Subwet2.0模型模拟人工湿地示范基地的出水水质,根据当地条件在反应参数的取值范围内调整了相应的参数值,模拟的结果符合性很高。     

腐熟蓝藻与厌氧污泥混合厌氧发酵特性

采用批次小试实验对不同腐熟程度的蓝藻进行厌氧发酵产沼气实验研究。结果表明,新鲜蓝藻在30-35℃时腐熟7 d后,可在35℃的厌氧温度下获得最高的产气速率和246 mL/g COD的产气量,产气潜力为354 mL/g（VS）。厌氧反应15 d后,累计产气量、COD和VFA浓度趋于稳定。淀粉酶和脱氢酶的活性在厌氧反应初期受到抑制,蛋白酶活性和辅酶F420浓度在厌氧系统中逐渐增加,分别在第6天达到27.66μmol/（g VS·min）和第15天达到0.62μmol/g（VS）。15-18d是腐熟蓝藻适宜的中温厌氧发酵时间,少于以新鲜蓝藻为基质的厌氧消化时间。蓝藻腐熟过程促进了厌氧反应,腐熟7 d的蓝藻厌氧系统具有更高的微生物活性和产甲烷能力。     

人工湿地处理城市污水启动期运行特性

选取4种植物(鸢尾、香蒲、麦冬和美人蕉)和3种基质(炉渣、沸石和砾石),通过植物和基质的不同组合构建了7组潜流型人工湿地,研究不同植物、相同基质及不同基质、相同植物条件下,湿地处理城市污水的启动期运行特性。结果表明,对COD去除率,砾石>炉渣>沸石,美人蕉>鸢尾>香蒲>麦冬;对TN去除率,沸石>砾石>炉渣,美人蕉>香蒲>麦冬>鸢尾;对NH4+-N去除率,沸石>砾石>炉渣,香蒲>美人蕉>麦冬>鸢尾;对TP去除率,炉渣>砾石>沸石,香蒲>美人蕉>鸢尾>麦冬。植物种植前,炉渣、沸石和砾石不同基质湿地的COD去除率没有明显差异;在TN和NH4+-N的去除上,沸石远优于炉渣和砾石。植物种植后,3种基质的TP去除率在10.75%左右。鸢尾、麦冬和美人蕉3种植物湿地的COD去除率随运行历程呈上升趋势,而香蒲由于生长状况不佳,去除率呈下降趋势。美人蕉湿地TN去除率较其它3种植物湿地高,各植物湿地NH4+-N去除率差异不显著。4种植物湿地TP去除率在9.24%左右。     

不同水力负荷率对潜流人工湿地内部污染物迁移转化的影响

为深入研究污染物在潜流人工湿地各填料层内的迁移转化规律,提高潜流人工湿地污染物降解效率,考察了4种进水水力负荷率(HLR,0.15、0.35、0.55、0.80 m~3/(m~2·d))下潜流湿地填料层内部不同区域DO、COD和氨氮浓度分布。结果表明:HLR为0.35m~3/(m~2·d)时,湿地内部DO浓度水平最高,湿地系统污染物处理效果最好,COD、氨氮去除率分别为93.32%、90.16%,COD及氨氮的主要降解区域分别为湿地0~60、0~40cm深度处,60cm深度以下DO水平较低,为污染物降解低效区,可研发新技术提高湿地底层DO水平以提高COD及氨氮去除效果。     

不同基质复合垂直流人工湿地对富营养化景观水的净化效果

研究了两套不同基质复合垂直流人工湿地小试装置在不同季节对富营养化景观水的净化效果,分析了温度变化对污染物去除效果的影响,考察了微生物的硝化强度和反硝化强度以及基质理化性质对植物生长状况的影响,并探讨了氮、磷的去除途径.结果表明:不同基质复合垂直流人工湿地随季节变化对浊度、COD和磷的去除效果差异不明显;温度降低对脱氮效果影响显著,对磷的去除影响不大.沸石-页岩湿地硝化强度和反硝化强度优于砾石湿地.采用沸石作为基质可以提高系统对氮的去除效率,促进湿地植物的生长.对氮、磷去除途径的分析表明:微生物的硝化反硝化作用以及基质对磷的吸附沉淀作用是复合垂直流人工湿地去除氮、磷的主要途径;植物吸收分别占湿地TN、TP去除量的16%和35%左右,也是个重要途径.     

彩云湖湿地公园7种湿地植物吸氮纳磷能力在不同季节的比较研究

通过对7种湿地植物种植单元的进出口水质指标(TN、TP)、单位面积植物生物量、不同部位氮磷浓度及贮存量进行了测定,分析比较了各湿地植物在不同季节的吸氮纳磷能力。实验结果表明:7种植物种植单元氮平均去除率范围在44.00%~70.29%,磷的去除率范围在49.98%~70.85%;植物株高和生物量增长在不同季节存在明显差异,春夏季节植物株高和地上部分生物量增长速率最快;7种湿地植物相同部位的氮磷浓度存在差异,且同种植物的地上地下部分氮磷浓度也存在差异性。运用Two-way ANOVA分析表明,植物体内氮磷浓度受季节影响差异大于植物种间的差异;单位面积的地上部分氮磷贮存量显著高于地下部分,且不同植物间的氮磷贮存量也有显著差异。因此,根据植物的不同季节的氮磷贮存量可以明确适当的收割时期,并选择搭配不同组合模式,保证植物吸收在整个季节对人工湿地的较高贡献。     

高基质浓度下厌氧氨氧化反应器的启动过程

采用3套厌氧序批式生物膜反应器,研究了高基质浓度对厌氧氨氧化反应器启动过程的影响。经过50 d左右培养,3个反应器氮容积去除负荷均达到0.23 kg N/(m3.d)。但是随着氮容积负荷的提高,反应器内pH也随之升高,最终超过了厌氧氨氧化菌最适生长条件,3个反应器脱氮效果逐渐下降。然后分别通过降低浓度、延长水力停留时间的方式对其脱氮效能进行恢复性研究。结果表明高基质浓度不利于厌氧氨氧化反应器脱氮能力的增强。采用低基质浓度的方式提高反应器氮容积去除负荷时,脱氮效能不仅得到了恢复,而且能够提高到0.45 kg N/(m3.d)。说明低基质难度比高基质浓度更有利于厌氧氨氧化脱氮效能的提高。     

外源Cd对不同利用方式红壤脲酶活性的影响

采用室内培养实验,通过将外源Cd添加到同一母质、全镉含量相近的不同利用方式的红壤中(林地、水稻土和菜园土),研究了外源Cd污染对不同利用方式红壤脲酶活性的影响。结果表明:整个培养过程中,Cd污染对3种红壤脲酶活性都有抑制作用,且随重金属浓度的增强而增强。同剂量Cd污染对3种红壤脲酶活性的抑制效应不同,大小为林地>水稻土>菜园土。实验设定的Cd处理水平下,对林地、水稻土和菜园土脲酶活性产生显著抑制作用(p<0.05)的Cd浓度分别为5、30和50 mg/kg土。     

利用逐级提高进料浓度的方法启动完全混合反应器处理鸡粪

为了改进完全混合反应器(continuous stirring tank reactor,CSTR)厌氧消化处理鸡粪的启动效果,通过逐级提高进料鸡粪浓度的方法在CSTR中进行中温(36?C)厌氧消化的启动实验,实验分为2个步骤:污泥适应性驯化和消化能力提升,即通过间歇添加2%浓度鸡粪的方法驯化活性污泥;利用逐级提高进料鸡粪浓度(2.1%、3.2%和5.2%)的方法提高污泥消化能力。结果表明:通过逐级提升进料鸡粪浓度的方法能够驯化出处理一定浓度鸡粪的活性污泥,当进料鸡粪浓度达到5.2%时,CSTR进料有机负荷(organic loading rate,OLR)、总固体含量(total solid,TS)去除率和产沼气量分别达到1.5 g·(L·d)~(-1)、60%和1 L·(L·d)~(-1),甲烷体积分数稳定在(65±3)%左右,总氨氮浓度最高达到1 200 mg·L~(-1),没有出现氨抑制的现象,污泥活性随进料鸡粪浓度提升而逐步得到驯化,从而成功启动反应器正常运行。为CSTR厌氧消化处理高氮基质启动提供了新的方法,具有重要的理论和实践意义。