曝气强化微生物功能菌修复黑臭水体

从成都市三道沟黑臭底泥中分离出一株能以底泥有机质为碳源和能源生长的土著微生物功能菌HC-1,经鉴定该菌株为不动杆菌（Acinetobacter）。在实验室条件下,以三道沟黑臭底泥为研究对象,采用微生物功能菌强化底泥有机质降解来修复黑臭水体的方法。研究了底泥曝气和上覆水曝气对黑臭水体修复效果的影响。研究表明,投加土著微生物功能菌并结合底泥曝气能够明显改善上覆水水质,加快底泥的修复。使用间歇曝气协同土著微生物功能菌作用时效果和连续曝气相近,且可降低运行成本。实验15 d后,上覆水COD、NH3-N和TP去除率分别达67.6%、71.6%和92.2%,底泥有机质的降解速率提高了30%,底泥微生物活性增加5倍。     

硝酸钙缓释颗粒原位修复黑臭底泥的作用机制及其应用

为解决水体中沉积底泥的内源污染释放问题,亟需高效底泥修复技术。硝酸盐为底泥微生物的电子受体,可通过反硝化作用氧化底泥的黑臭物质,是极具潜力的底泥修复剂。为探明硝酸盐在实际工程中的修复效果和潜在问题,结合实验室模拟和实际修复工程,分析了投加硝酸钙颗粒对黑臭底泥原位修复的环境过程。结果表明,投加硝酸钙缓释颗粒产品能显著提高底泥氧化还原势能（以Fe(II)/Fe(III)表征）,促进黑臭物质转化,实际硫化物氧化率达85.2%,使得底泥由黑转黄,最终实现修复目标。同时,硝酸钙修复底泥的过程不受上覆水水质影响,且因修复过程消耗了大量底泥耗氧物质（硫化物和易降解有机质）,使水体整体复氧能力提高。另一方面,钙离子的加入使磷素以较为稳定的钙磷形态转化,能改变水相总磷的归趋（TP_SedCaN < TP_CK,p < 0.01）。然而,由于反硝化产气增加了底泥孔隙,增加了泥水界面表面积和污染物扩散通量,故在修复初期存在底泥污染物和硝酸盐向其浓度较低的水相扩散,产生了一定风险,而实际上这也有利于泥相污染物的加速释放。因此,建议在可控工程段,联合覆盖法阻断污染物扩散或联合曝气加速水相污染物氧化,以确保在控制风险的前提下达到最优的底泥修复效果。     

曝气对生物促生剂修复城市黑臭河道水体的影响

在实验室条件下研究了曝气对生物促生剂修复城市黑臭河道水体效果的影响,并通过控制曝气时间及强度考察处理效果以确定曝气方式和曝气量。结果表明：在生物促生剂修复城市河道黑臭水体过程中使用曝气协同作用可大大增强生物促生剂的修复作用,加快修复速度。使用间歇曝气协同生物促生剂作用时效果与连续曝气相近,且可以降低运行成本。实验60d后,上覆水COD、NH3-N和TP去除率分别达46．8％、98．7％和73．3％,上覆水pH由7．61提高至7．92;底泥削减达5．49cm,底泥有机质削减率达10．5％。     

利用电动修复技术原位氧化去除黑臭底泥还原性污染物的室内模拟实验

城市河道底泥致黑臭多污染物的同步耦合去除是当前研究的热点。为实现河道底泥致黑臭污染物的同步去除,采用电动修复技术开展了氧化去除黑臭底泥硫化物、亚铁和氨氮等还原性污染物的室内模拟实验。实验结果表明:在单向通电(1.5 V·cm~(-1))10 d后,阳极区对底泥硫化物(AVS)、亚铁有明显的氧化效果,去除率分别达到59.51%和79.41%,但阴极的去除效果不明显;阳极区和阴极区均对间隙水氨氮有明显的去除效果,去除率分别为56.5%和73.9%。在氧化过程中,阳极和阴极出现明显的酸化和碱化现象,而这种两极酸碱化可以通过周期性切换电极的方式加以避免。在电极切换频率为1、2.5和5 d·次~(-1)时,对黑臭物质的氧化效果差别明显;在切换频率为5 d·次~(-1)时,对硫化物、亚铁氧化去除效果最好;在切换频率为2.5 d·次~(-1)时,对氨氮去除效果最佳。硫化物、亚铁、氨氮最大去除率可分别达到76.19%,72.48%和88.57%。由此可见,电动修复可以同步去除底泥中的致黑臭污染物质,改善水体水质,但其去除率有待进一步优化提高。     

底泥磷形态及分布特征对水体富营养化的影响

富营养化是当今中国浅水湖泊面临的重大污染问题。结合国内外的报道,通过大量湖泊水库的实地调查,对各种磷形态的性质和分布特征及转移规律作了深入研究,介绍了水体底泥中磷的物理化学性质、磷的存在形式与转化、磷的分布特征、磷在不同粒径底泥下的含量及转移趋势,为探明水体富营养化提供科学而有力的依据。最后指出了其对湖泊富营养化的影响,并对控制湖泊富营养化提出了见解。     

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%。     

原位曝气修复黑臭河道底泥内源营养盐的示范工程效能分析

以上海工业河勤丰泵站周围50 m河段为研究对象,现场探讨了原位曝气对底泥内源营养盐去除的示范工程效能,目的为曝气治理城市黑臭河道工程的优化实施提供参考。结果表明,原位曝气有利于对底泥内源氮、磷营养盐的控释,对工业河示范河段溶解性总氮（DTN）削减率为（48.4±6.0）%,上覆水DTN的平均浓度由13.4 mg·L-1降至8.7 mg·L-1;NH4+-N的削减率为（46.3±16.7）%,其上覆水浓度均低于7.6 mg·L-1;泥水界面硝化率与反硝化率分别达到46.3%和43.6%;上覆水溶解性总磷（DTP）的削减率为（35.4±2.9）%,由于示范区段没有与其他区段隔离,其实际工程效果要优于观测值。静态经济评价表明原位曝气修复黑臭河道底泥技术的环境与经济效益明显优于常规底泥疏浚技术。     

湖泊底泥磷释放及磷形态变化

为研究底泥中内源性磷释放对城市景观水体富营养化的影响,以西安市曲江南湖为对象,采用底泥磷形态标准测试方法(SMT)分析了磷的赋存形态,通过模拟实验探究了在不同环境条件(温度、pH和溶解氧)下磷形态变化的特征。结果表明:温度升高促进内源磷的释放,在夏季加剧水体富营养化程度;碱性条件有利于磷的释放,增大补给水源可减少底泥释磷量;厌氧环境下底泥释磷量是好氧时的3.96倍;Al-P 和Ca-P较稳定,在酸性条件下会加速其溶解;NH4+-P、 Fe-P 和OrgP受溶解氧、pH和温度影响较大,其吸附与释放能力有明显的差异。     

赤泥投加控制河道底泥磷释放的影响因素

通过对不同赤泥投加比例下河道底泥磷释放作用的研究,发现底泥中铁铝磷与钙磷的比值(Fe/Al-P∶Ca-P)、铁磷比(Fe∶TP)及有机质含量(OM)是赤泥能否应用于河道底泥磷释放控制中的决定性因素。实验结果表明,只有当河道底泥中Fe/Al-P∶Ca-P小于0.88,Fe∶TP小于16.1,且有机质含量低于1.87%时,投加适量赤泥才能起到抑制河道底泥内源磷释放的作用;反之,赤泥的投加则有可能促进底泥内源磷的释放。在实际工程应用中,推荐赤泥与底泥的接触时间不低于7d,从而使赤泥的效能发挥到最佳状态。     

不同水温时底泥扰动对不同形态磷分布的影响

研究了江南地区典型水温条件下,底泥扰动对上覆水中不同形态磷迁移的影响.结果表明,不同水温条件下,底泥扰动均有利于上覆水中溶解态磷(即溶解性总磷酸盐(DTP),包括溶解性正磷酸盐(DIP)和溶解性有机磷(DOP))向底泥迁移.与对照试验相比,不同水温时的扰动均导致DIP/TP和DTP/TP明显降低.与初始状态(第0天时)相比,扰动导致DIP/TP分别降低了39.61百分点(冬季水温)和17.38百分点(夏季水温),而DTP/TP则分别降低了39.16百分点(冬季水温)和19.06百分点(夏季水温).相反,对照试验中,DTP/TP分别上升了24.90百分点(冬季水温)和23.37百分点(夏季水温).这说明底泥扰动促进了溶解态磷向颗粒态磷(PP)的转化.     

基于三维荧光光谱技术解析不同微生物法净化黑臭水体的效果

应用曝气、菌剂+曝气、生物促生剂+曝气、菌剂+生物促生剂+曝气4种微生物技术净化黑臭水体,分别考察了进水中溶解性有机物(DOM)的特征和来源及出水中DOM的特征和效果,采用三维荧光(EEM)光谱技术与平行因子(PARAFAC)模型相结合的方式对进出水DOM进行了分析。结果表明,不同处理方式下进出水DOM的不同组分荧光峰强度变化存在较明显的差异,经过菌剂和生物促生剂联合处理之后,对类腐殖质等难降解物质削减效果最好。FI、HIX和BIX指数分析表明各处理水样中的DOM整体处于较强的自生源特征。利用主成分分析法(PCA)对影响黑臭水体DOM的主要因素及其贡献量研究发现：第1主成分表现为陆源类腐殖质和生物源类腐殖质共存的现象,对水体中DOM的贡献率为54.98%;第2主成分反映了以微生物代谢过程为代表的内源污染,对水体中DOM的贡献率为26.56%。因此,利用三维荧光分析能够较好的反映水中DOM的去除情况,易于实时在线监测,对黑臭水治理具有重要意义。     

Fenton试剂对富营养化湖水黑臭的氧化降解作用

通过室内实验,研究Fenton试剂对富营养化水体黑臭物质氧化降解作用。实验结果表明,在黑臭的富营养化水中投加Fenton试剂20 min后,水体臭味明显降低,90 min后水体臭味全部消除;水体浊度、色度有显著改善,水体浊度、色度去除率分别达73.73%和93.11%,显著高于对照组的53.4%和22%;水体溶解氧量显著提高;水体的pH值保持在7左右。鱼类毒理实验结果表明,最佳剂量的Fenton试剂对实验鱼类无急性毒性作用。     

底泥-苦草系统对景观水体氮磷的去除效果及其中微生物群落的结构变化

底泥-沉水植物-微生物系统在景观水体氮磷消减过程中有关键作用。为缓解底泥氮磷释放压力并探究底泥改造材料的选择与氮磷去除效果之间的联系,选用石灰石、白云石和蓬莱镇组紫色母岩作为改造材料,构建水-底泥-苦草系统,结合水体元素质量浓度和微生物群落结构进行分析。结果表明,底泥改造联合苦草 (sediment modification combined with Vallisneria natans,SMVS) 对上覆水体氮、磷的去除效果相较于未改造处理显著提高 (P<0.05) ,蓬莱镇紫色母岩组处理效果最好,对总磷、总氮的去除率分别达到87.06%、80.96%。上覆水悬浮态颗粒物中微生物群落结构发生改变,在门分类水平上, Actinobacteriota、Bacteroidota丰度在不同改造处理中存在显著差异 (P<0.05) ;在属分类水平上,norank_f_norank_o_Chloroplast、Mycobacterium为优势菌属,Mycobacterium在不同改造处理中存在显著差异 (P<0.05) 。冗余分析结果表明Ca、Mg是驱动上覆水氮磷营养盐降低的主要元素。蓬莱镇组紫色母岩作为底泥改造材料对氮、磷的去除效果优于石灰石和白云石,这与向上覆水中释放微量元素含量不同,进而改变了微生物群落结构有关。本研究结果可为景观水体污染底泥的治理提供参考。     

不同粒径泥沙理化特性对磷吸附过程的影响

以北京大兴南海子湖表层沉积物为研究对象,测试分析了0.147～0.246 mm(细砂)、0.074～0.147 mm(极细砂)、0.0385～0.0740 mm(粉粒)和<0.0385 mm(粉粒粘粒混合物)4种粒径泥沙对磷的吸附行为,并采用相关分析及逐步回归分析探讨不同粒径沉积物中有机质(OM)、Fe、Al、Ca、Mn和TP含量对磷吸附过程的影响。结果表明,二级动力学方程和Langmuir模型能较好地描述南海子不同粒径泥沙的吸附动力学及等温吸附过程(R2>0.90)。粒径对单位质量泥沙吸附磷量具有明显影响,粉粒粘粒混合物>粉粒>细砂>极细砂。总体上,泥沙有机质(OM)、TP、Fe、Al、Ca和Mn含量随粒径的减小而增大,且粘粒对其影响较大。不同粒径泥沙(OM)、Fe、Al、Ca和Mn含量之间存在极显著正相关关系(P<0.01),且均对单位质量泥沙最大吸附量(Xm)和饱和吸附量(Cse)具有正效应,其中Al含量对该参数的影响更为显著。这说明泥沙对磷的吸附行为可能受到粒径和化学成分的共同影响。     

微生物絮凝剂用于河道疏浚底泥快速脱水的研究

河道疏浚底泥含水率高、体积庞大,不便于储存、运输和资源化利用。首先需要对其进行减量化,使其快速脱水。通过筛选获得一株高效的微生物絮凝剂产生菌F22,通过试验获得其最佳培养条件:葡萄糖为碳源,酵母膏和尿素为氮源,培养时间为60h,培养温度为32℃。将F22菌株所产絮凝剂应用于底泥脱水,试验结果表明,当底泥泥浆(含水率为93%)体积为100mL时,絮凝体系最佳pH为8～10,助凝剂CaCl2最佳投加量为4～5mL,F22菌株发酵液最佳投加量为3mL;絮体在1min左右大部分沉降至底部,F22菌株所产絮凝剂能够使底泥快速脱水。F22菌株所产絮凝剂在絮凝过程中起作用的是糖类物质,其通过氢键结合力产生絮凝作用。     

赤泥在控制沉积物磷释放中的应用研究

利用烧结法赤泥中富含Ca、Fe等金属元素的氧化物而具有吸附性的特点,通过室内模拟研究赤泥投加对沉积物中各种磷形态含量及分布比例的影响,进而探讨利用赤泥控制沉积物中磷释放的可行性。对经过处理后的沉积物磷形态分析后表明,投加赤泥能促使沉积物中铁铝磷向钙磷转化（Pearson相关分析,r=-0.892,P<0.01,n=9）,且赤泥的强碱性使沉积物pH值逐渐升高。确定了赤泥最佳投加比例为5%,此时沉积物的pH为9.03,铁铝磷含量由初始的148 mg/kg降至107 mg/kg,占总磷比例也由18.1%降至13.4%,钙磷含量由486 mg/kg升至546 mg/kg,其占总磷比例则由60%增至68.7%,铁铝磷和钙磷之间的转化已基本完成,继续增加赤泥投加量对沉积物中磷形态间的相互转化影响甚微。由于铁铝磷较钙磷活性高而易释放,可见投加赤泥能降低沉积物中磷的释放风险。赤泥可以作为吸附材料被应用于沉积物磷污染控制技术中,为有效控制水体内源磷负荷提供一种新思路和廉价材料。     

水源水库沉积物磷的赋存形态及其与间隙水磷的关系

为了探明水源水库沉积物磷的赋存形态及其对水体磷的影响,采用连续提取方法,研究了周村水库沉积物中磷的赋存形态分布特征,并探讨了沉积物各形态磷与总磷、烧失量及间隙水中磷的相关性。结果表明,周村水库内源磷负荷较高,沉积物中TP表现出表层富集的现象,表层沉积物中TP空间分布存在较大差异,上游浅水区为554~563 mg·kg-1,库心附近为424~1 161 mg·kg-1,而坝前深水区高达812~2 969 mg·kg-1。无机磷（IP）是总磷（TP）的主要成分,占TP的79.26%~89.12%,IP主要由铝/铁磷（Al/Fe-P）构成。沉积物中的Al/Fe-P含量很高,具有很大的磷释放潜能。沉积物中各形态磷的浓度垂向分布随深度增加而逐渐降低,其中B、C两点变化最为明显。相关性分析结果表明,间隙水PO43--P与Fe-P存在较好的相关性,说明Fe-P对周村水库沉积物间隙水中PO43--P浓度分布有着重要的影响,周村水库水体季节性分层导致恒温层厌氧情况的发生,Fe-P在厌氧还原条件下释放进入间隙水并向上覆水扩散,进而可能对水体水质产生影响。     

热改性净水污泥对水体底泥磷的控释机制

本研究以净水污泥为原料,通过400 ℃、4 h煅烧制备了热改性净水污泥。探讨了其对水体中磷酸盐的吸附特性,以及在不同投加量 (2.5%、5%、10%) 下热改性净水污泥对底泥中磷的控释及形态影响。同时结合SEM、BET等表征手段,探究了WTS_400-4对底泥中磷的稳定机理。结果表明,WTS_400-4相比WTS具有更发达的孔隙结构及比表面积,增强了对磷酸盐的吸附能力。吸附过程符合准二级动力学模型,Freundlich模型更适用于描述WTS_400-4吸附磷酸盐的过程,其中参数n＞1,说明WTS_400-4对磷酸盐的吸附容易进行。WTS_400-4的添加会使底泥中弱吸附态磷(NH₄Cl-P)、氧化还原敏感态磷(BD-P)和有机磷(Org-P)等不稳定态磷向稳定的金属氧化物结合态磷(NaOH-rP)转变,且其转化量会随着WTS_400-4投加量的增加而增加,有助于抑制底泥磷向上覆水释放。此外,WTS_400-4的添加可降低底泥中WSP(水溶性磷)和Olsen-P (碳酸氢钠可提取磷)这2种生物有效磷含量。WTS_400-4添加入底泥,一方面可以降低底泥中潜在活性磷和生物有效磷含量,降低底泥内源磷向上覆水释放的风险,另一方面可以通过WTS_400-4的吸附作用直接去除间隙水中的磷,从而降低上覆水和间隙水之间的磷浓度梯度,进而抑制磷从间隙水向上覆水中释放。结果表明,WTS_400-4可作为底泥改良剂用以控制水体和底泥的磷含量。     

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。