生物强化方式对生物转盘处理养殖废水效果及生物多样性的影响

畜禽养殖废水污染物浓度高、生物毒性大,导致传统生物处理工艺难以满足达标排放要求.为探究高效的畜禽养殖废水处理工艺,采用生物转盘作为主体工艺,利用异养硝化-好氧反硝化菌（简称"HN-AD菌"）为生物强化菌剂,对比了强化污泥挂膜和菌剂挂膜两种不同生物强化方式下该工艺在启动时间、碳耗、能耗、真实废水处理效果及微生物多样性方面的差异,以确定最佳生物强化方式.结果表明:①模拟废水试验中,菌剂挂膜反应器启动时间（19 d）明显短于强化污泥挂膜（33 d）,参数优化后发现,在相同处理效果下,前者碳耗、能耗较后者分别低48.22%、33.33%.②真实废水处理试验中,菌剂挂膜反应器的COD_Cr、NH₄+-N、TN平均去除率较后者分别高7.11%、26.97%、29.14%.③在微生物多样性方面,菌剂挂膜体系中Comamonas（丛毛单胞菌属）相对丰度是强化污泥挂膜体系的10倍左右,推测Comamonas可能是在异养硝化好氧反硝化过程中发挥关键作用的菌属.④SEM观察发现菌剂挂膜生物转盘盘片上的生物膜更薄,但HN-AD优势菌富集程度更高.研究显示,菌剂挂膜反应器对模拟废水、真实废水的处理效果均优于强化污泥挂膜反应器,且效果更稳定.      

Clogging processes caused by biofilms growth and organic particles accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging in the subsurface flow constructed wetlands.In this study,the developing process of clogging separately caused by biofilm growth and organic particles accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs) fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent.Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of effective porosity,especially for the strong organic wastewater,whereas its influence on infiltration rate was negligible.It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging is accelerating the occurrence of clogging.In comparison with biofilm growth,particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides effective porosity and the clogging occurred in the upper 0-15 cm layer.With approximately equal amount of accumulated organic matter,the effective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems,which indicated that composition and accumulation mode of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging besides the amount.According to the results,some related methods to prevent and recover the clogging phenomenon were suggested.     

Clogging processes caused by biofilm growth and organic particle accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging separately in the subsurface flow constructed wetlands. In this study, the developing process of clogging caused by biofilm growth or organic particle accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs), which were fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent. Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of e ective porosity, especially for the strong organic wastewater, whereas its influence on infiltration rate was negligible. It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging was accelerating the occurrence of clogging. In comparison with biofilm growth, particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides e ective porosity and the clogging occurred in the upper 0–15 cm layer. With approximately equal amount of accumulated organic matter, the e ective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems, which indicated that composition and accumulation mode in addition to the amount of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging.     

不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

生物炭对非常规水源灌溉下土壤-作物病原菌的影响

采用根箱实验,基于定量PCR技术研究非常规水源（再生水和养殖废水）灌溉及生物炭添加后根际土、非根际土及玉米根部病原菌的赋存情况.结果发现,灌溉时间、土壤类型可显著影响土壤中病原菌的整体分布.相较于蒸馏水灌溉下根际土、非根际土的单个病原菌,再生水灌溉下病原菌变化为-0.74~0.17个数量级,养殖废水灌溉下为-0.14~0.60个数量级.生物炭对土壤中病原菌的影响因灌溉水源、灌溉时间而改变,可使再生水及养殖废水灌溉下病原菌检出量最高降低0.35、0.39个数量级.但再生水及养殖废水灌溉可使玉米根部病原菌检出量最高增加1.17、2.20个数量级,生物炭又使非常规水源灌溉下其检出量最高增加0.60、1.08个数量级,带来潜在的健康风险.     

北京市再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险

如何准确、客观表征再生水长期灌溉的重金属污染风险是人们关注的主要问题之一。研究通过调查不同水源灌溉条件下土壤、小麦重金属含量,结合不同输入途径对再生水灌区土壤重金属的贡献,评估再生水灌溉对土壤、农作物的重金属污染风险。结果表明,污灌区、再生水灌区土壤均呈现不同程度的重金属累积,但不同灌区小麦籽粒的重金属含量之间没有差异。北京市再生水重金属浓度远远低于农田灌溉水质标准,再生水灌渠中采集的水样重金属浓度与地下水重金属浓度之间的差异并不显著。通过再生水灌溉途径带入的重金属与地下水灌溉相当,低于大气沉降和有机肥施用等输入途径带入的重金属。当前再生水灌溉导致土壤重金属污染的风险较小,并不会导致农作物重金属超标。再生水灌区土壤重金属污染并不一定是由于再生水灌溉导致,更大程度是早期的污水灌溉或有机肥施用造成的。     

降解乙苯生物滴滤塔稳定运行期生物膜特征及微生物多样性研究

通过检测降解乙苯生物滴滤塔(BTF)长期稳定运行过程中生物量积累、塔内压降改变、生物膜显微结构特征、微生物种群分布及优势菌株分子测序,探讨BTF稳定运行期间生物膜相结构、特征及菌群多样性协作作用的规律.结果表明,生物滴滤塔运行95 d期间的降解性能稳定,降解效率保持在90%以上,最大去除负荷为62.4 g·m~(-3)·h~(-1);BTF稳定运行期间生物膜形态、颜色和厚度沿着BTF塔内废气的流向呈现不均匀分布和梯度改变的特征.生物量和生物膜的致密度沿气流方向逐步递减;塔内压降随着反应时间延长逐渐增加,但未出现堵塞现象;生物膜种群营养结构复杂,食物链长且相互交叉,高端营养级微生物种群所占比例较高;采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和分子测序技术研究降解乙苯生物滴滤塔填料表面菌群的分布特征,结果表明,在BTF不同塔层上菌群分布稍有差异,表现出明显的空间多样性,但是整个BTF生物膜具有一定的稳定性,主要的优势菌群为变形杆菌,其中优势菌包括3种伽马变形杆菌和4种贝塔变形杆菌.     

Wastewater reclamation and reuse in China: Opportunities and challenges

The growing water stress both in terms of water scarcity and quality deterioration promotes the development of reclaimed water as a new water resource use. This paper reviewed wastewater reuse practices in China, and the opportunities and challenges of expanding reclaimed water use were analyzed. Rapid urbanization with the increasing of water demand and wastewater discharge provides an opportunity for wastewater reuse. The vast amount of wastewater discharge and low reclaimed water production mean that wastewater reuse still has a great potential in China. Many environmental and economic benefits and successful reclamation technologies also provide opportunities for wastewater reuse. In addition, the overall strategy in China is also encouraging for wastewater reuse. In the beginning stage of wastewater reclamation and reuse, there are many significant challenges to expand wastewater reuse in China including slow pace in adopting urban wastewater reuse programs, the establishment of integrated water resources management framework and guidelines for wastewater reuse programs, incoherent water quality requirements, the limited commercial development of reclaimed water and the strengthening of public awareness and cooperation among stakeholders.     

不同再生水灌溉方式对土壤-辣椒系统中细菌群落多样性及病原菌丰度的影响

再生水是改善水资源布局和缓解传统水源短缺问题的一种合理且可持续的替代水源,但用于灌溉会引起土壤和作物中微生物群落结构和条件致病菌丰度变化,目前这方面的研究报道较少.本研究以辣椒为对象,设置再生水灌溉(DI)、清水和再生水混灌(MI,清水∶再生水=1∶1)、清水和再生水轮灌(RI)处理,以清水灌溉(PI)为对照,通过温室盆栽试验研究不同灌溉方式对土壤性质的影响,并基于高通量测序技术结合定量PCR方法探讨再生水灌溉下辣椒果实与根际细菌群落组成和病原菌分布丰度特征.结果表明,与清水灌溉相比,再生水直接灌溉增加了土壤EC值,而降低了pH值.16S r DNA高通量测序结果显示,在门分类水平上,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria和Firmicutes是辣椒果实和根际共有的主要类群,其优势菌属Pantoea、Pseudomonas、Sphingomonas、Sphingopyxis、Luteimonas和Mariniflexile的相对丰度受再生水灌溉方式的影响较大.再生水灌溉分别使辣椒果实和根际中Legionella spp.和Pseudomonas syringae丰度显著增加,并且对病原菌丰度的影响差异较大.综上所述,再生水适宜作为农业灌溉用水,但不同灌溉方式可能不同程度上引入微生物污染问题,其中特定条件致病菌和植物病原菌值得关注.     

再生水中阴离子表面活性剂对土壤结构与水流运动的影响

为揭示再生水回灌农田所引入的阴离子表面活性剂对土壤结构性质与水流运动特征的影响,通过室内灌水入渗试验研究了再生水中阴离子表面活性剂浓度（0、0.001、0.01和0.1倍临界胶束浓度）、灌水频率（1d1次、2d1次、3d1次）、再生水-清水交替灌溉模式（纯再生水灌溉、再生水-清水交替灌溉）条件下受灌土壤容重、非毛管孔隙比、团聚体稳定性、土壤斥水性、地表入渗性能和入渗水流运动非均匀特征的变化规律.结果表明,随着再生水中的阴离子表面活性剂浓度的增大和灌溉频率的增大,受灌土壤容重减小、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性增大、土壤斥水性增强、地表入渗能力降低、优先流运动非均匀程度增大,从而也增大了农田灌水管理难度;当再生水-清水交替灌溉中的清水淋洗频率增大时,受灌土壤容重增大、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性降低,但却降低了土壤的斥水性、增大了地表入渗能力并降低了土壤优先流运动的非均匀程度,有利于节省灌水时间、提高灌水效率.     

再生水中阴离子表面活性剂对土壤结构与水流运动的影响

为揭示再生水回灌农田所引入的阴离子表面活性剂对土壤结构性质与水流运动特征的影响,通过室内灌水入渗试验研究了再生水中阴离子表面活性剂浓度（0、0.001、0.01和0.1倍临界胶束浓度）、灌水频率（1d1次、2d1次、3d1次）、再生水-清水交替灌溉模式（纯再生水灌溉、再生水-清水交替灌溉）条件下受灌土壤容重、非毛管孔隙比、团聚体稳定性、土壤斥水性、地表入渗性能和入渗水流运动非均匀特征的变化规律.结果表明,随着再生水中的阴离子表面活性剂浓度的增大和灌溉频率的增大,受灌土壤容重减小、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性增大、土壤斥水性增强、地表入渗能力降低、优先流运动非均匀程度增大,从而也增大了农田灌水管理难度;当再生水-清水交替灌溉中的清水淋洗频率增大时,受灌土壤容重增大、非毛管孔隙比和土壤团聚体稳定性降低,但却降低了土壤的斥水性、增大了地表入渗能力并降低了土壤优先流运动的非均匀程度,有利于节省灌水时间、提高灌水效率.     

土壤微生物群落结构对生活源和工业源再生水灌溉的差异化响应

为研究不同来源再生水灌溉对土壤微生物群落结构的影响,以地下水灌溉土壤为对照,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对长期利用生活源和工业源再生水灌溉的土壤微生物群落结构进行分析,进一步探究土壤环境因子及其相互作用对微生物群落结构的影响.结果表明,与地下水灌溉相比,长期生活源再生水灌溉可显著提高土壤中TOC、 DOC、 Eh、 NH⁺₄-N和TP的含量,长期工业源再生水灌溉导致Cd、 Cr、 Cu、 Pb和Zn在表层土壤大量累积.再生水灌溉显著增加了土壤中Acidobacteria和Planctomycetes的相对丰度,降低了Firmicutes和Tectomicrobia的相对丰度,且不同来源再生水对土壤中功能微生物的影响不同,生活源再生水灌溉可显著增加Chloroflexi和Nitrospirae的相对丰度,而工业源再生水灌溉对Actinobacteria具有显著的抑制作用.db-RDA分析结果表明,生活源再生水灌溉土壤菌群主要受TN、 TP、 DOC和Eh影响(P<0.05),工业源再生水灌溉土壤菌群主要受重金属影响(P&...     

绿化带下的生态复合塘污水处理工艺设计

工程旨在探讨生态复合塘作为污水处理工艺,以实现城乡污水处理的多元化与可持续性目标。文章以蓟县毛家峪长寿度假村为例,结合混凝沉淀池、污泥浓缩池、快速渗滤湿地、潜流湿地和表面流湿地等技术,从工艺设计及其关键设计参数出发,在防治系统堵塞、冰冻、油渍及渗漏的基础上,创造性地将人工湿地同绿化带相结合,解决了生态塘占地面积大的问题。工程的预期结果:该技术工艺设计可使出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB8978-2002)一类A级水平、农田灌溉和城乡杂用水的用水标准,各类污染物去除率分别为SS(mg/L)87.5%～96.7%,BOD5(mg/L)93.3%,COD(mg/L)61.5%～84.8%,TP(mg/L)50%～91.7%,NH3-N(mg/L)最高达87.5%。该设计实现了污水处理与绿化、节地的有机统一,可根据实际情况在机关、企事业单位和住宅小区推广应用。     

不同施氮水平对再生水灌溉土壤释氮节律的影响

土壤供氮能力是影响土壤氮素利用效率的一个重要指标,再生水灌溉和施氮水平均影响着土壤供氮能力,研究不同施氮水平对长期再生水灌溉土壤氮素的转化特征可为合理施肥及农产品增产增效提供理论依据.本研究选择河南新乡洪门试验站温室大棚内长期再生水灌溉和清水灌溉土壤,试验共设8个处理:A(N200)(施氮量200 mg·kg-1)、A(N160)(施氮量160 mg·kg-1)、A(N140)(施氮量140 mg·kg-1)、A(N100)(施氮量100 mg·kg-1)、A(N0)(施氮量0 mg·kg-1)、E(清水灌溉常规施氮)、CK(清水灌溉不施氮)、Re CK(再生水灌溉不施氮),采用实验室内常温培养法,分别在培养的7、14、21、28、35、42 d测定土壤铵态氮、硝态氮及全氮含量,并分析了土壤氮素矿化量和氮素矿化速率的变化,通过Freundlich线性等温吸附模型及一级动力学方程拟合了土壤吸附参数Kd和氮素矿化势N0.结果发现,培养前期土壤氮素矿化较快,释放的氮量较高,中后期变化较慢,土壤供氮平稳,同一时段不同处理间土壤累积矿化氮量存在显著差异(p0.05),表明不同外源氮肥输入对土壤氮素的矿化能力影响显著,A(N160)处理的供氮能力最强;同时,在培养前期Re CK处理的土壤氮素矿化累积量显著高于CK处理,表明再生水灌溉较清水灌溉促进了土壤氮素的矿化,显著提高了土壤氮素活性;土壤氮素的矿化速率随着培养时间的增加而逐渐降低,但降幅依次减小并趋于平稳,且不同施氮处理再生水灌溉土壤氮素矿化速率显著高于清水灌溉;不同土壤肥力水平(B0)、外源施氮A(N160)调控,土壤氮素矿化潜势可表达为N0=B0+117.5072t-0.1062.因此,外源氮肥输入显著影响了土壤氮素释放节律,再生水灌溉辅以适宜的施氮量可促进土壤氮素矿化,提高土壤氮素活性.     

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.     

沈抚灌渠(抚顺段)水环境状况及污染减排对策研究

基于沈抚灌渠(抚顺段)高污染、高排放的特点,设计了一套生态环保型污染减排对策,在沈抚灌渠东部起点处建设东洲再生水厂及传输污水管线工程;在中西部建海城污水处理厂及污水截流工程;在西部的抚顺开发区段采用生态修复技术对出市前的污水进行综合整治和处理,采取治污、清淤、引水和两岸景观建设四项措施,使沈抚灌渠水质达到地表水Ⅳ标准.     

HN-AD菌强化3D-RBC处理养猪废水及微生物特性研究

针对现有养猪废水处理工艺中普遍存在的高氨氮（NH₄⁺-N）生物毒性大、工艺流程长、运行成本高和脱氮效果差等问题,采用耐受性强的异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘（3D-RBC）预处理养猪废水,仅需15d就完成了3D-RBC反应器的快速挂膜.采用调节盘片线速度和C/N的方式,仅65d实现了HN-AD菌在反应器中的富集及养猪废水预处理工艺的启动.采用该工艺对实际养猪废水进行处理,结果表明,HN-AD菌剂挂膜的3D-RBC工艺耐受高氨氮性能强,原水中COD、NH₄⁺-N、TN的去除率高达69.8%、87.9%和79.5%,污染物削减效果明显优于传统工艺.采用高通量测序技术研究了功能菌优势化构建过程中微生物群落结构的变化规律,结果表明,生物膜内具有HN-AD功能的优势菌由盐单胞菌属（Halomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）逐渐变为丛毛单胞菌属（Comamonas）、嗜氢菌属（Hydrogenophaga）等,且后者的相对丰度逐渐上升.扫描电子显微镜结果显示,生物膜以丝状菌为骨架,紧密附着在盘片上的生物膜层表面聚集了以杆状和球状为主的微生物,这与生物多样性分析得出的结论较一致.     

采用生物亲和聚氨酯处理污水的原理与应用

作为生物膜法的核心,生物载体在污水处理中起着关键作用. 然而,传统的商用生物载体存在生物亲和性差、挂膜困难等固有缺陷,因此,开发新型载体用以提高废水处理效率对生物膜反应器的应用与发展具有重要意义. 通过物理涂覆方法制备得到BPU(生物亲和性聚氨酯),对载体的表观特性和化学组分进行表征,并将其作为移动床生物膜反应器的填料处理模拟生活污水,初步评价BPU的生物亲和性和污水处理效果,之后通过比较生物膜生长情况差异和微生物群落结构变化对其增效机理进行分析. 结果表明:①改性增加了载体表面的粗糙度和比表面积,载体表面Zeta电位由(?31.70±1.93) mV变为(2.14±0.14) mV,接触角由44.50°±0.14°降至24.88°±1.46°. ②投入生物膜反应器使用后,BPU表面附着的生物量和胞外聚合物(EPS)分泌量增加,生物膜组成结构得到改善,TN和NH₄+-N的去除率分别增加了6.27%±0.30%和13.74%±0.68%. ③微生物分析表明,BPU丰富了微生物群落多样性,脱氮功能菌数量增加,从而促进了污染物的去除. 研究显示,BPU具有良好的生物亲和性,能够有效提高生物膜反应器的性能.      

MBBR处理油页岩干馏废水不同挂膜方式的性能比较

为实现生物膜反应器的快速启动和稳定运行,对MBBR处理油页岩干馏废水的不同挂膜驯化方法进行了优化。分别采用2种挂膜驯化方式进行:方法1先用模拟生活污水对填料进行挂膜,然后用以模拟生活污水稀释20倍的油页岩干馏废水对生物膜进行驯化;方法2直接采用模拟生活污水稀释20倍的油页岩干馏废水进行连续流挂膜驯化。实验结果表明:在相同运行阶段,方法2的生物膜量增长情况优于方法1,第35天方法1和方法2的生物膜量分别为941,1628 mg/L;从脱氮除碳情况来看,方法2启动和稳定运行所需的时间更短,处理效果也优于方法1;生物相及扫描电镜图像分析显示,与方法1相比,方法2中的生物膜结构更加紧实,微生物排列更为紧密、数量更多。因此,直接采用以模拟生活污水稀释20倍的油页岩干馏废水进行连续流挂膜驯化是MBBR处理油页岩废水的最佳启动方式。     

Impact of Drip Irrigation Method,Soil, and Virus Type on Tomato and Cucumber Contamination

The goal of this study was to better quantify the degree of viral contamination of tomato and cucumber in relationship to virus type, soil type, and irrigation method. Tomatoes and cucumbers were grown in ten-gallon (37.8 L) buckets filled with Pima clay loam or Brazito sandy loam soils. Plants were irrigated with secondary wastewater effluent using surface drip irrigation or subsurface drip irrigation. At specified time intervals irrigation water was seeded with bacteriophages MS-2 and P22, poliovirus type 1 (PV1), enteric adenovirus 40 (Ead 40), and hepatitis A virus. Surface drip irrigation always resulted in viral contamination of both the above and below ground parts of both crops. The roots showed the greatest level of contamination, followed by leaves and fruits. In contrast, with subsurface drip irrigation no viruses were detected in any of the above ground plant surfaces. It was found that under similar soil type and irrigation method, risk of crop contamination was similar for all of the viruses studied. It can be concluded that method of irrigation is the single most critical factor in the contamination trend of different parts of crop plants. Plant parts can be categorized into three groups (root, stem, and leaf/fruit) based on the risk of viral contamination from irrigation water.