利用磷脂脂肪酸表征人工湿地微生物群落结构

通过磷脂脂肪酸(PLFAs)分析,研究了复合垂直流人工湿地基质剖面的微生物群落结构及其分布特征.结果表明,湿地PLFAs组成以饱和脂肪酸、支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸为主,多不饱和脂肪酸与环丙烷脂肪酸含量较少.特征脂肪酸的比值呈垂直分布.基质中好氧原核微生物为优势类群,其次为革兰氏阳性细菌及其他厌氧细菌,真核微生物所占比例最低.统计结果显示,好氧原核微生物的特征PLFAs相对含量在上行池表层最高;革兰氏阳性细菌、SRB及其他厌氧细菌的特征PLFAs相对含量在下行池中层显著高于其他位点,指示该区域为湿地系统主要的兼性厌氧功能区.     

复合垂直流人工湿地微生物特征对典型污水的响应差异

污水性质是影响人工湿地微生物特征的重要因子,而微生物对人工湿地污染物净化功能的发挥至关重要. 运用两组IVCW(复合垂直流人工湿地)分别处理模拟生活污水和污水处理厂尾水,比较研究两组系统下行流、上行流池的基质酶活性及硝化反硝化强度,并通过脂肪酸甲酯图谱分析系统中的微生物群落结构,以解析人工湿地微生物特征对两种污水的响应差异. 结果表明:处理生活污水的IVCW下行流池中脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶及硝酸盐还原酶活性均显著高于其他单元,四者平均值分别为其他单元的2.8~4.6、7.9~10.3、19.3~41.7和4.5~10.8倍. 处理生活污水IVCW基质的硝化强度是尾水处理系统对应单元的1.4~5.3倍(下行流)和1.3~3.9倍(上行流),而两组IVCW对应单元基质的反硝化强度之间无显著差异. IVCW下行流池中特征脂肪酸比值及微生物群落结构受污水类型的影响较小,均以厌氧细菌和革兰氏阳性菌为优势菌;上行流池微生物群落结构则受到污水类型的一定影响,真菌的相对丰度较高. 两种污水对IVCW基质酶活性和硝化强度的影响高于对反硝化强度和微生物群落结构的影响.      

复合垂直流构建湿地基质微生物类群及酶活性的空间分布

对构建湿地基质微生物类群数目及酶活性的空间分布特点进行了研究，为进一步深入研究构建湿地净化污水的机制提供了可能，研究表明：（1）不同月份构建湿地基质的微生物类群目是不相同的。（2）基层不同层次之间其微生物类群数目不相同，上层数目较中下层多，最多几乎达三个数量级，（3）下行流池中的微生物类群数目较上行流池多。（4）下行流池中的脲酶活性较上行流池高，且上层高于中下层。（5）上行流池中的磷酸酶活性较下行流池为高。     

复合垂直流湿地氨氧化菌种群结构及活性的空间分布

应用复合垂直流湿地净化富营养化景观水体,测定了湿地系统不同空间层次的氮氧化菌(AOB)活性,并采用PCR-DGGE技术考察了氨氧化菌种群多样性.结果表明,在复合垂直流湿地中,由于植物根际效应、异养菌竞争、DO浓度以及氨氮浓度等环境条件的综合作用,氨氧化菌活性和种群多样性沿水流方向呈现出较为明显的空间分布差异.下行池表层氨氧化菌活性最高,为0.79 mg·(kg·h)-1(以NO-3-N计,下同).从下行池表层到上行池底层.氨氧化菌活性逐渐下降,至上行池表层略有增加,氨氧化菌活性为0.17 mg·(kg·h)-1.氨氧化菌多样性与活性的空间分布表现出大致相同的趋势,下行池氨氧化菌多样性指数(平均为1.92)高于上行池(平均为1.65).在复合垂直流湿地系统中,多数菌种为寡营养类微生物,Nitrosonwnas sp.为优势菌种,在湿地氨氮的去除过程中起着主导作用.此外还检测到Uncultured beta proteobacterium、Comamonas sp.以及Nitrosomonas oligotropha等菌种.在湿地不同位置,不同湿地环境长期选择的结果,使氨氧化菌种群结构表现出一定的空间演替变化.     

构建湿地中试系统基质剖面微生物活性的研究

对稳定运行的复合垂直流构建湿地中试系统基质进行分层采样,测定微生物数量,生物量氮,酶活性,硝化作用,反硝化作用以及呼吸作用等各项指标.结果表明,上行流和下行流池0～10cm的基质层中好氧微生物数量高出30～55cm的层面1～2个数量级;反硝化细菌除下行流池0～10cm的层面外其他基质层数量都达到10⁷个/g干土以上.0～20cm的基质层中脲酶活性明显高于30～55cm的层面;而0～10cm的层面中脱氢酶活性明显高出10～55cm的层面2～5倍.硝化反硝化作用广泛存在于基质中,硝化作用表现出一定的空间规律,0～10cm的基质硝化作用强度要比40～55cm层面的高出20%;反硝化作用的空间差别很小,其作用率最低也达到85.5%.     

复合垂直流人工湿地污染物去除及微生物群落结构的PCR-DGGE分析

采用复合垂直流人工湿地净化富营养化景观水,考察了湿地系统中ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP)和ρ(DO)以及pH的沿程变化,并采用PCR-DGGE技术分析了湿地系统中微生物群落结构垂直分布及组成的多样性. 结果表明:从下行池到上行池,ρ(COD_Cr),ρ(TN),ρ(NH₄+-N),ρ(TP),ρ(DO)和pH沿水流方向逐渐下降,上行池末端出水ρ(DO)略有回升,污染物的去除主要发生在下行池;由于湿地系统中环境条件和营养水平的变化,在湿地系统的不同位置微生物种群存在共同种属和各自的特异种属;下行池表层微生物多样性指数最高,上行池各样品间的相似性较好. 从下行池到上行池,微生物群落的多样性降低,群落结构间的相似性逐渐增大. 植物供氧、残体累积以及根际效应有助于提高湿地表层微生物的多样性.      

人工湿地基质中酶活性和细菌生理群的时空动态特征

对复合垂直流人工湿地基质中6种酶酶活性和5种细菌生理类群数量进行了测定.结果表明各种酶酶活性在不同月份存在显著差异(p<0.05):纤维素酶、蛋白酶和磷酸酶在6月、9月和12月时都表现出较高的酶活性,并且都显著地高于3月的酶活性;β-葡萄糖苷酶在6月时酶活性显著地高于其它月;而脲酶活性在9月和12月时极显著地高于3月和6月(p<0.01);脱氢酶酶活性在6月和12月时明显高于3月和9月.相比较而言,6种酶酶活性的空间特征较为一致,下行流池酶活性显著高于上行流池活性(p<0.05),并且随着基质层深度的增加,酶活性亦相对递减.细菌生理类群数量在6月和9月达到高峰,并且所反映出来的空间规律与酶活性有一致性.     

生物膜全自养脱氮过程及强化机理研究进展

在限制溶氧的条件下,生物膜表层的好氧氨氧化菌将氨氧化为亚硝酸盐,并传递到生物膜内层缺氧区,厌氧氨氧化菌将氨和亚硝酸盐同步去除。根据生物膜内好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌协作共生开发出的全自养脱氮工艺在生物转盘、SBR及填料床等反应器内实现,大大节省了碳源和曝气量。微量NO2对好氧氨氧化和厌氧氨氧化过程有明显强化作用,能显著提高基质降解速率、微生物生长速率和细胞密度。数学模型对废水处理工艺开发和运行具有重要意义,通过数学模型对微生物活性、分布以及脱氮过程的主要影响因素进行模拟研究,为全自养脱氮工艺的运行管理和优化控制打下基础。     

潜流型人工湿地硝化和反硝化作用强度研究

对芦苇、美人蕉、空白潜流型人工湿地中硝化、反硝化作用强度进行了对比研究. 结果表明, 潜流型湿地硝化作用强度受温度影响显著, 且与总氮、氨氮去除率显著相关. 各湿地硝化、反硝化作用强度的空间分布具有明显分层现象, 湿地表层高于深层. 芦苇湿地表层硝化作用强度呈中间高、两端低的变化趋势; 深层则沿程递减; 反硝化作用强度沿程变化不明显. 垂直流湿地平均硝化作用强度高于水平流湿地; 有植物湿地高于空白湿地; 芦苇湿地高于美人蕉湿地. 植物根系分泌物直接影响硝化作用强度, 根际硝化作用强度由根面至非根区递减. 潜流湿地具有较强的反硝化潜力, 反硝化作用强度明显高于硝化作用强度.     

复合垂直流构建湿地中有机质积累与基质堵塞

利用灼烧失重研究了复合垂直流构建湿地小试及中试系统中有机质的积累规律及其与湿地基质堵塞的关系,通过示踪剂实验测定了堵塞前后系统水力停留时间的变化.结果表明,有机质主要积累在基质表层和上层0～50mm处且有机质积累主要发生在下行池.有机质含量与基质深度负相关,基质表层有机质含量明显高于其他各层.湿地系统中有机质含量与基质渗透系数呈明显的负相关性,有机质含量越高,基质渗透系数越小,说明有机质积累是导致构建湿地堵塞的一个重要原因.复合垂直流构建湿地堵塞后,其水力特征发生了改变,延长了该系统的实际水力停留时间.     

Characteristics of the microbial communities in the integrated vertical-flow constructed wetlands

Microorganisms play an important role in removing pollutants from constructed wetlands. We investigated the microbial characteristics in a novel integrated vertical-flow constructed wetland (IVCW), which has been in operation in Wuhan, China since 1998. We used phospholipid fatty acid (PLFA) and amoA gene to analyze the structure and diversity of the microbial community within the IVCW. PLFA results suggested that the amount of bacterial PLFA was significantly higher than that of fungal PLFA, but the total microbial biomass represented by PLFA index was low in the system. Microbial spatial distribution showed significantly higher bacterial (both G⁺ and G⁻) and fungal biomass in the surface than in the subsurface layers. The ratios of monounsaturated to branched PLFA demonstrated that an anaerobic layer sandwiched by two aerobic layers existed in the IVCW, consistent with the redox potential results. Analysis of the amoA revealed the presence of Nitrosomonas-like sequences in the surface substrate of the downflow chamber and apparent diversities of ammonia-oxidizing bacteria in the system. These results suggest that microorganisms, despite their relatively low biomass, have inhabited the IVCW, and the results will offer some valuable information on microbe to system designers and managers.     

不同深度复合垂直流人工湿地脱氮性能比较

设计构建了4套分段式复合垂直流人工湿地(IVCW)柱状模拟系统(总程分别为145,185 cm),针对低C/N型人工污水，研究基质层高、添加活性生物质及进水中氮素组成对该系统脱氮效果的影响。结果表明：当水力停留时间为1 d时，4套系统对总氮(TN)去除率均在30%以上，半程基质层设置为95 cm,不添加活性生物质的HI组对TN去除率最高，达到42%;对NH₃-N、NO^-₃-N的平均去除率分别为20%～48%、21%～66%,而NO^-₂-N在各系统中均发生了不同程度的积累。随着进水中NO^-₃-N占比负荷的增加(从1/7到6/7),其NO^-₃-N去除率整体呈下降趋势，仅HI组去除率变化较其他组更稳定。但IVCW系统加深后，添加活性生物质反而会降低其TN去除效果。IVCW系统第1段，即下行流上层单元对脱氮贡献最大，高达80%以上；不同处理间强化脱氮效果差异虽不显著，但系统后段其脱氮途径间存在一定差...     

厌氧氨氧化过程中COD及pH与基质浓度之间的关系

分析了上向流厌氧氨氧化生物滤池中氮素化合物浓度、COD和pH变化规律以及ANAMMOX活性和生物量的分布规律,利用数理统计的方法研究了厌氧氨氧化过程中COD和pH与氮素基质浓度之间的关系.结果表明,溶解氧和氮负荷的共同作用使得ANAMMOX活性和生物量的分布沿滤层深度呈"山脊"状不均匀分布;异养反硝化的存在和H+的消耗使得厌氧氨氧化过程中COD和pH分别呈降低和升高趋势;100 mg/L以下的有机物浓度对厌氧氨氧化菌的影响不大,且COD和pH与基质NH4+-N浓度之间呈良好的线性相关关系.本试验中COD-NH4+-N和pH-NH4+-N拟合直线的斜率分别为1.113 8±0.052 2和-0.111 3±0.001 2,置信度为95%,平均相关系数R2分别为0.982 3和0.985 0.     

Degradation of phenol in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor at ambient temperature

IntroductionPhenolistherawmaterialforthecommercialproductionofawidevarietyofresins ,includingphenolicresinsasconstructionmaterialsforautomobilesandappliances,expoxyresinsasadhesives ,andpolyamideforvariousapplications.Inaddition ,phenolsareoftenfoundinwas…     

Degradation of phenol in an upflow anaerobic sludge blanket(UASB) reactor at ambient temperatureKE

A synthetic wastewater containing phenol as sole substrate was treated in a 2.8 L upflow anaerobic sludge blanket(UASB) reactor at ambient temperature. The operation conditions and phenol removal efficiency were discussed, microbial population in the UASB sludge was identified based on DNA cloning, and pathway of anaerobic phenol degradation was proposed. Phenol in wastewater was degraded in an UASB reactor at loading rate up to 18 gCOD/(L·d), With a 1:1 recycle ratio, at 26(1℃, pH 7.0-7.5. An UASB reactor was able to remove 99% of phenol up to 1226 mg/L in wastewater with 24 h of hydraulic retention time(HRT). For HRT below 24 h, phenol degradation efficiency decreased with HRT, from 95.4% at 16 h to 93.8% at 12 h. It further deteriorated to 88.5% when HRT reached 8 h. When the concentration of influent phenol of the reactor was 1260 mg/L(corresponding COD 3000 mg/L), with the HRT decreasing(from 40 h to 4 h, corresponding COD loading increasing), the biomass yields tended to increase from 0.265 to 3.08 g/(L·d). While at 12 h of HRT, the biomass yield was lower. When HRT was 12 h, the methane yield was 0.308 L/(gCOD removed), which was the highest. Throughout the study, phenol was the sole organic substrate. The effluent contained only residual phenol without any detectable intermediates, such as benzoate, 4-hydrobenzoate or volatile fatty acids(VFAs). Based on DNA cloning analysis, the sludge was composed of five groups of microorganisms. Desulfotomaculum and Clostridium were likely responsible for the conversion of phenol to benzoate, which was further degraded by Syntrophus to acetate and H2/CO2. Methanogens lastly converted acetate and H2/CO2 to methane. The role of epsilon-Proteobacteria was, however, unsure.     

构建湿地堵塞问题的研究

研究了复合垂直流构建湿地(IVCW)中与填料堵塞相关的填料粒径、渗透性能、有机质含量等因素的变化.经过颗粒分析得知填料粒径在2～5mm间,运用自制的砂样管对填料进行原位采样,渗透试验结果表明IVCW填料层的渗透系数随填料深度的增加而增加.IVCW填料各层中,渗透系数最小值存在于表层以下15～30cm处.IVCW系统运行52个月后,仅填料表面至15cm深处有少量有机质存在,15cm深度以下有机质含量极少,表明IVCW系统运行稳定,未出现堵塞现象.文中通过分析填料堵塞的影响因素提出相应的预防措施和对策.     

升流式污泥床对无机废水中氮硫转化及相互影响

采用无机含氨和硫酸盐(SO₄^2-)废水作为升流式污泥床(USB)反应器进水,研究了其对铵(NH₄⁺)和SO₄^2-的去除以及不同高度污泥层含氮、硫元素的转化途径.结果表明在反应器进水口处由于进水自含氧(外源性氧)和兼性厌氧菌受到氧化应激产生过氧化氢(内源性氧),两种“氧”共同存在下,反应器内生物脱氨量(以氮计)最高达40mg/L左右,且在USB反应器不同高度污泥层含氮化合物和含硫化合物的转化途径不同.在反应器底部污泥层,颗粒污泥表面氨氧化菌利用O₂将氨(NH₄⁺)氧化成亚硝酸盐(NO₂^-),在颗粒污泥内部厌氧氨氧化菌利用NH₄⁺和NO₂^-生成氮气(N₂)和硝酸盐(NO₃^-);同时,O₂     

氧调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究

溶解氧是人工湿地脱氮的重要限制性因子,调控湿地内氧状态分布是提高其脱氮效果的关键所在.为此,研究了夏、冬季时氧凋控下复合垂直流人工湿地(IVCW)中氧状态的变化规律、脱氮效果及净化机制.结果表明,氧调控下IVCW中氧状态改善明显,夏、冬季时好氧Ⅰ区范围(以深度表示)分别从22 cm、17 cm扩大至53 cm、44 c...