硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复城市黑臭水体

固定化微生物技术可促进城市黑臭水体中氮磷污染物去除,但硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体研究较少。通过向改性载镧膨润土基复合微生物菌剂(La-Bt基复合菌剂)中添加经S₂O₃^2-驯化培养的硫自养反硝化菌(NR-SOB),试图引入硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体。在La-Bt基复合菌剂投加量为1.5 g/L时,向黑臭水体中分梯度投加不同浓度NR-SOB,研究NR-SOB协同La-Bt基复合菌剂去除黑臭水体污染物效果,并通过高通量测序分析底泥微生物群落结构变化。结果表明,当NR-SOB投加量为0.3 g/L时,对黑臭水体和底泥处理效果较好：上覆水氨氮、TN和TP去除率分别为87.42%、69.85%和71.11%;底泥酸可挥发性硫(AVS)去除率为34.76%,底泥TN和TP去除率分别为45.22%、45.04%;实验结束时底泥中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度从11.76%降至9.84%,硫杆菌属(Thiobacillus)相对丰度达2.82%,氮硫去除相关微生物菌属比例提升约0.95%。     

潮汐式生态滤床在平原河网地区污染河流治理中的应用

以梁塘河治理措施中的主体工程潮汐式生态滤床为研究对象,考察其对平原河网地区污染河流中的N、P及有机污染物等的去除效果,并通过高通量测序技术分析潮汐式生态滤床混合层的微生物群落组成。结果表明,以潮汐式生态滤床为主体的治理工程运行稳定,河流水质趋好,且在受到污染冲击后,水质能迅速恢复。潮汐式生态滤床对[NH₄⁺-N]有很好的去除效果,[NH₄⁺-N]去除率最高为99.42%,平均去除率为80.94%。潮汐式生态滤床对TP和I_Mn也有一定的去除效果,平均去除率为34.37%和35.65%。潮汐式生态滤床内部硝化作用明显,微生物群落分析结果表明,滤床内主要的优势菌属是norank＿f＿norank＿o＿Chloroplast (1.72%～12.61%)和硝化螺旋菌属(Nitrospiria,1.75%～8.75%)。norank＿f＿norank＿o＿Chloroplast作为第一优势菌属,其相对丰度远超其他菌属,且随着滤床的持续运行,具有硝化作用的硝化螺旋菌属相对丰度增长显著。微生...     

底泥污染物释放动力学研究

采用模拟试验方式和新型微生物数量测定方法 ,研究了沼泽化湖泊底泥和受污染河流底泥在不同扰动状态下 ,底泥耗氧速率、氮和磷污染物释放动力学过程。结果表明 :( 1)底泥耗氧速率是同样条件下上覆水耗氧速率的 48倍 ,而在扰动状态下 ,底泥耗氧速率达到上覆水耗氧速率的 5 96— 93 6倍 ,扰动底泥显著增大其耗氧速率 ,底泥污染越严重 ,其耗氧速率越大 ,对水体产生的影响也越大。 ( 2 )扰动底泥可以显著增大底泥的氮磷释放速率 ,氮的释放受有机氮的氨化、氨氮的硝化、硝酸盐氮的反硝化以及氨氮被微生物吸收转化为有机氮等的影响 ;磷的释放过程受厌氧过程和底泥颗粒吸附的影响 ,耗氧速率高的底泥具有更大的氮磷释放潜力。 ( 3 )微生物数量在底泥污染物释放动力学中起着关键性作用 ,新型方法可以快速检测微生物总量。试验结果对于水环境的管理、受污染水体的修复 ,以及底泥的处理处置等都具有重要的指导意义     

曝气深度对河道底泥特性及水质的影响

采用室内模拟实验方法对受污河道底泥和上覆水进行研究,对比分析静置状态X0和不同曝气深度条件下(分别为水体曝气泥水界面上方10 cm,底泥曝气下方5和15 cm处,依次记为X+10、X-5和X-15)河道底泥特性及水质的影响情况。结果表明:底泥曝气较水体曝气而言,能促进水体DO更快恢复;停止曝气,DO浓度也会维持在较高的状态,有利于有机物和氨氮的进一步去除。在相同曝气量下,底泥曝气比水体曝气能更好地去除底泥中污染物,并减少再次释放,且底泥曝气深度越深,处理效果越好,至实验结束时,X-15组上覆水中COD、NH_4~+-N、TN及TP浓度分别为16.25、3.03、13.39及0.09 mg/L,去除率分别为69.73%、78.36%、45.98%及84.21%;停止曝气后,经曝气处理的底泥对磷的吸附容量显著增加,并且不会再向上覆水中释放污染物,避免引起水体的二次污染。     

不同生育期美人蕉-微生物修复富营养化水体

生物修复水体富营养化,尤其是植物和微生物联合修复为目前水体富营养化治理方面的研究热点。不同生育期植物和微生物联合修复鲜见报道。研究不同生育期美人蕉和固定化微生物对富营养化水体的联合修复作用。结果表明,营养生长期和开花期美人蕉-微生物组处理前3天,富营养化水体中不同形态氮和磷浓度快速下降,用于美人蕉生长发育。从富营养化水体氮去除效果来看,营养生长期美人蕉-微生物联合处理去除效果略好于开花期,对磷的去除效果相反。美人蕉吸收氮元素为营养器官利用,其营养器官全氮增长量与生殖器官（花）形成显著差异（P<0.05）。花是美人蕉全磷含量最高、全磷增长量最高的器官,其全磷含量和全磷增长量与营养器官均形成显著差异（P<0.05）。实验结果表明,不同生育期美人蕉-微生物联合处理对氮和磷的吸收利用存在差异。     

底泥污染物释放动力学研究

采用模拟试验方式和新型微生物数量测定方法，研究了沼泽化湖泊底泥和受污染河流底泥在不同扰动状态下，底泥耗氧速率、氮和磷污染物释放动力学过程。结果表明：（1）底泥耗氧速率是同样条件下上覆水耗氧速率的48倍，而在扰动状态下，底泥氧速率达到上覆水耗氧速率的596－936倍，扰动底泥显著增大其耗氧速率，底泥污染越严重，其耗氧速率越大，对水体产生的影响也越大。（2）扰动底泥可以显著增大底泥的氮磷释放速率，氮的释放受到机氮的氨化、氨氮的硝化、硝酸盐氮的反硝化以及氨氮被微生物吸收转化为有机氮等的影响；磷的释放过程受厌氧过程和底泥颗粒吸附的影响，耗氧速率高的底泥具有更大的氨磷释放潜力。（3）微生物数量在底泥污染物释放动力学中起着关键性作用，亲型方法可以快速检测微生物总量。试验结果对于水环境的管理、受污染水体的修复，以及底泥的处理处置等都具有重要的指导意义。     

好氧-富氧曝气生物处理在黑臭河涌原位修复中的应用

近年来,反复强调治理黑臭河涌的必要性,为了修复广东南海某黑臭河涌,采用优势菌接种和多级好氧-富氧生物处理原位修复集成工艺系统修复黑臭水体。实验结果表明,通过向底泥和上覆水体里投加培养、驯化的优势菌种,辅以光合细菌、硝化细菌,上覆水体的水质显著好转,水体透明度由初始的5 cm左右,上升至35 cm左右,水体黑臭完全消除。在土著微生物的作用下,水体中的有机物得到很好的去除,上覆水体的COD、氨氮、BOD_5和总磷的浓度显著下降,其去除率分别达到68.1%~78.7%、79.8%~80.1%、84.8%~85.2%和76.4%~83.6%,河涌的自净能力得到大大提高。     

富营养化水体清淤后的微生物脱氮技术应用

景观水体清淤带来的主要负面影响是水体富营养化。为了探索清淤及微生物修复的组合应用,通过在实验室建立模型,分别研究了清淤、微生物修复及二者结合处理对富营养化水体水质的影响。结果表明,清淤能降低氨氮的释放。底泥微生物的活动会促进氨氮的释放,增加水体的富营养化风险。单纯清淤会使底泥的硝化作用增强,但同时使反硝化作用减弱,降低水体总氮的去除能力。因此,通过投加氮循环微生物可促进清淤后的反硝化作用,消减湖泊底泥及上覆水中的氮素含量,达到修复富营养化湖泊的目的。研究结果表明,清淤和微生物修复技术结合使用,可减少水体氮素积累,避免蓝藻爆发,是富营养化水体清淤防控的一种有效措施。     

湿地植物-沉积物微生物燃料电池产电及河流底泥修复

以受污染的城市河涌底泥为底质,湿地植物选用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis),构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC)及无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)共3个电极处理组,研究了P-SMFC与SMFC的产电特性,并探讨了它们与对照组中底泥及上覆水中氮磷的迁移转化规律。结果表明,产电方面,在系统启动运行的7个月内,PSM1、SM和PSM2三个电极处理组均能维持较稳定的产电,输出电压在整个运行阶段总体稳定在0.30~0.50 V,且植物的引入提升了系统的产电性能。底泥修复方面,设置的5个处理组对底泥中有机质均有一定的降解作用,表现出PSM1、SM和PSM2处理组有机质的降解要显著高于PS1和PS2处理组,P-SMFC系统对底泥有机物的去除有显著的促进作用;系统中系统运行前2个月,2个P-SMFC处理组氨氮含量显著低于其他3个处理组,之后随着运行时间的延长,各处理组之间的变化差异性不大,5个处理组底泥中氨氮去除率均达到80%以上;电极的引入对底泥中硝氮的去除没有产生显著影响;各处理组底泥中总磷去除率不同,分别为PSM1处理组8.67%、SM处理组8.89%、PSM2处理组7.33%、PS1处理组12.45%、PS2处理组8.89%,产电过程抑制了磷的迁移,有助于底泥中磷的稳定。     

水葫芦对滇池底泥氮磷营养盐释放的影响

为了探讨水葫芦对富营养湖泊底泥氮磷营养盐释放的影响,通过原位采集滇池柱状底泥,以蒸馏水为上覆水,进行了25d的室内静态模拟实验。实验比较了水葫芦处理组和空白对照组底泥氨氮（NH4-N）、硝态氮（NO3^-N）、溶解性总氮（DTN）、正磷酸盐（PO4^3--P）等的释放特征。结果表明,与对照组相比,水葫芦处理组上覆水溶解氧、pH显著性降低,而PO4^3-P浓度显著性升高;在实验前2d,水葫芦处理组上覆水NH4^＋N和DTN浓度显著性高于对照组,而在5～25d时,其显著性低于对照组。根据上覆水营养盐浓度、水葫芦植株吸收营养盐总量,推算底泥氮磷营养盐释放的平均速率,表明水葫芦加速了滇池底泥氮、磷营养盐的释放速率,处理组氮、磷释放速率分别为对照组的5．3～170．2和1．5～21．6倍。     

土壤原位覆盖对底泥的修复作用研究

在高度厌氧底泥和富营养化水体构成的模拟生态系统中,采用土壤和硅藻土进行原位覆盖,研究了覆盖技术对水．沉积物界面微环境的改善作用和不同覆盖材料对苦草生长的影响。这2种底质覆盖后,表层底泥氧化还原电位（Eh）分别提高了48．37％和46．77％,底层水体的溶解氧消耗降低,水体中的总氮（TN）和总磷（TP）含量降低;与对照箱体的苦草死亡相比,经过土壤和硅藻土覆盖的箱体中苦草正常萌发、定植和生长;硅藻土箱体苦草的生物量、叶绿素和根茎比均高于土壤覆盖箱体。因此,原位覆盖能有效改善底层水体和表层底泥的氧化还原环境,隔绝污染底泥和延缓营养盐释放,为沉水植物种子萌发和幼苗生长提供有利的生境条件。     

撒施阻控材料快速去除上覆水Cd对的室内模拟研究

湘中矿区塘、水库等灌溉水体及其底泥重金属超标问题日益凸显,研究选取石灰、水稻秸秆生物炭和人造沸石等3种环境友好型土壤重金属阻控材料,通过室内玻璃柱模拟静止水体实验探讨水面缓慢撒施阻控材料对上覆水重金属Cd去除与底泥Cd有效性影响。为期60 d的实验结果显示,1%(0~20 cm表层底泥质量分数)的单一石灰、生物炭、沸石与石灰+生物炭+人造沸石配方(质量比1∶1∶1)4种处理均可明显快速去除上覆水中水溶态Cd质量浓度,其中石灰效果最佳,沸石效果最差,石灰与3种阻控剂组配处理均可使上覆水中水溶态Cd质量浓度由20μg·L~(-1)以上降至10μg·L~(-1),符合我国灌溉水Cd的限定标准。阻控材料自然沉积在底泥表面后对5 cm处底泥水溶液Cd质量浓度具有一定的消减效应,沸石效果优于石灰、生物炭处理,其中"石灰+生物炭+沸石"的不同粒径阻控材料组配方式效果最佳。石灰、生物炭、沸石及3种阻控剂组配处理60 d后底泥pH值依然略高于对照,差异不显著,但可交换态Cd含量明显低于对照。结果可为塘库型水体上覆水及底泥Cd等重金属污染的生态风险降低及控制措施研究提供科学参考与方法指导。     

藻类打捞对水体营养循环的影响及其生态效果研究

富营养化水体中的藻华是氮磷的富集器,太湖打捞藻样中的总氮、总磷、游离磷及有机物含量分别为98.87g/kg、3.25 g/kg、0.21 g/kg和95.65%。在底泥中沉降藻类的矿质化周期随着温度的升高而缩短;且其向上覆水中释放氮、磷的强度具有随水温升高而增强的趋势。但在水层厚/底泥比不同的区域,这种营养物释放强度又存在显著的差异。实验证明,藻类的打捞是一种人工延长食物链去除氮磷等污染物的有效方法。     

黑臭底泥土著微生物促生对磷的影响

土著微生物促生是一项低成本高效率的河湖黑臭底泥原位修复技术,然而向底泥中投加药剂可能会影响上覆水水质。为探讨该技术对水环境的不利影响,实验研究了城市湖泊黑臭底泥修复过程中上覆水中磷浓度和底泥中磷含量及形态的变化。结果表明,在投药深度为泥面以下15 cm,微生物营养剂（BE）和生物解毒剂（MT）的投加量分别低于60mL/m3和70 mL/m3的条件下,上覆水总磷（TP）浓度低于地表水环境质量Ⅲ类（湖库类）标准值。投加微生物促生剂（BE和MT）导致上覆水磷含量升高,并促进了上覆水中藻类的增长。复配投加硝酸钙能减少上覆水中磷含量及藻类生物量,从而抑制微生物促生剂对上覆水磷浓度的影响。另外,投加微生物促生剂及硝酸钙到底泥中后,底泥磷含量以及磷形态组成的变化均不明显。     

底泥煤渣帽封与药剂投加联用原位稳定化技术对上覆水体及底泥pH-Eh-COD的影响

将底泥有机物原地稳定化处理技术中药剂投加法和帽封法结合,研究以煤渣为帽封材料,苏州河底泥中分别投加零价铁（Fe⁰）及硝酸钙的实验里各体系上覆水体及底泥的pH、氧化还原电位（Eh）、有机含量在60 d的变化情况。结果表明,煤渣帽封下,底泥中投加Fe⁰或硝酸钙后上覆水体pH均在8左右,Eh呈下降趋势,投加Fe⁰后对上覆水体COD的影响较硝酸钙小,但均不会对上覆水体水质产生持久、较大的影响。从底泥有机质的去除率上来看,Fe⁰-煤渣帽封体系在反应周期里有机质的去除率约55%,而硝酸钙-煤渣帽封体系底泥有机质的去除率在27%左右。以Fe⁰-煤渣帽封材料复合体系运用在底泥原地稳定化帽封技术中降解有机物更为合适。     

壳聚糖-纳米铁去除上覆水和底泥中Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的研究

利用具有较好抗氧化性和分散性的壳聚糖-纳米铁(CS-NZVI)颗粒去除上覆水-底泥系统中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),分析了Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)去除的动力学特征,考察了pH和盐度对去除效果的影响。结果表明,CS-NZVI颗粒能够有效去除上覆水及底泥中的Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+),Cr(Ⅵ)、Pb~(2+)、Cd~(2+)的去除过程满足准一级反应动力学方程;随着pH的升高,上覆水中Cr(Ⅵ)的去除率逐渐降低,而Pb~(2+)、Cd~(2+)去除率逐渐升高,底泥中Cr(Ⅵ)去除率先大幅降低后小幅上升,而Cd~(2+)、Pb~(2+)去除率总体呈降低趋势;高盐度不利于上覆水中Cr(Ⅵ)的去除,但对底泥中Cd~(2+)和Pb~(2+)的去除具有促进作用,对底泥中Cr(Ⅵ)的去除没有明显影响。     

曝气和pH对城市污染河道底泥氮形态的影响

以城市重污染河道表层沉积物为研究对象,采用模拟实验方法,探讨了不同曝气方式(水曝气和泥曝气)、上覆水初始pH(自然状态pH=7和pH=11)对城市污染河道底泥氮形态的影响。结果表明:采用水曝气+pH11方式对城市重污染河道上覆水、间隙水中总氮去除率分别为70.03%和44.66%;泥曝气+pH7方式对上覆水、间隙水、底泥中氨氮去除率分别为94.31%、84.07%和68.29%;底泥pH与上覆水总氮浓度呈正相关(p<0.05);泥曝气+pH11方式使底泥含水率、烧失率明显升高,继而影响各形态氮在泥水系统中的赋存,其中底泥吸附态氨氮含量与底泥含水率呈显著负相关(p<0.01),间隙水可溶态氨氮浓度与底泥烧失率显著正相关(p<0.01)。     

阳宗海沉积物中磷的稳定性

絮凝剂(Fe Cl3)治理阳宗海砷污染的过程中,水体中的磷被大量沉积进入底泥,弄清其是否会在环境条件变化后发生反溶形成二次污染对湖泊富营养化防治具有重要意义。通过模拟实验模拟泥-水界面p H变化、物理扰动和微生物活动的变化,旨在分析这些环境因子变化对沉积物中磷溶出的影响。结果表明,阳宗海水体在目前这种磷浓度下,底泥的磷会随时间的增加而溶出再次造成水体磷污染,当暴露在清洁水条件下时磷的释放率会增加;这种由于絮凝剂吸附沉淀到湖底的磷,在上覆水p H增加0.5时底泥磷解吸附释放速率增加;每年秋季湖泊上下层水的交换活动会造成水体磷浓度的季节性升高,形成不可忽视的磷内源。而夏季水温分层导致湖泊底部厌氧,使厌氧微生物活性增强,这将进一步促进底泥中磷的释放。     

滴水湖底泥内源营养盐释放行为与曝气运行模式的关系

以滴水湖上覆水及底泥为研究对象,探讨了不同曝气运行模式对滴水湖底泥内源营养盐释放行为的影响,为曝气原位修复滴水湖等滨海盐碱化地区富营养化人工湖泊提供技术参考。结果表明,曝气能有效降低滴水湖上覆水体NH+4-N浓度,但此类滩涂底泥中较高的盐度能促进内源NH+4-N的释放并抑制硝化作用,使其NH+4-N削减率明显低于城市重污染河道;静置组TP浓度有所升高,而间歇曝气组及连续曝气组TP削减率分别为63.6%和38.5%,说明间歇曝气能有效降低上覆水体中的TP浓度;与曝气修复城市重污染河道相比,滴水湖较高的盐度及pH不利于TN去除,其中间歇曝气组对上覆水TN的控制优于连续曝气组与静置组;间歇曝气运行模式更适合于滴水湖等滨海盐碱化地区富营养化人工湖泊的底泥修复。     

3种浮床植物系统对富营养化水体净化效果研究

研究了风车草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus calamus)和富贵竹(Dracaena sanderiana)3种浮床植物系统对富营养化水体净化效果,试验共持续35 d。结果表明,在水温24～30℃条件下,风车草和菖蒲生长良好,生物量大,而富贵竹生长较差,生物量增加少;3种植物对NH_4~+-N的去除率分别为76.8%、85.5%和53.6%,对TN的去除率分别为69.1%、66.2%和54.4%,对TP的去除率分别为76.9%、84.6%和61.5%,对PO_4~(3-)-的去除率分别为91.7%、91.7%和75%,对真实色度有明显的去除效果;3种植物对氮磷和真实色度去除效果与对照之间均达到显著差异(P0.05),自然沉淀是浊度去除的主要原因,植物吸收同化作用是NH_4~+-N去除的主要途径,植物吸收是溶解性磷去除的主要途径。试验表明,风车草和菖蒲对富营养化水体中氮磷和真实色度有较好的去除效果,可作为富营养化水体治理的优良物种而推广使用。