不同基质碳源下人工湿地微生物燃料电池的电化学性能及微生物群落结构

通过设计一种下流式人工湿地微生物燃料电池(CW-MFC)系统,研究了以葡萄糖(S.G.)和乙酸钠(S.S.)为基质碳源时系统的电化学性能及其微生物群落结构,揭示了该系统在不同基质碳源下的产电特性.结果 表明,S.S.发电电压可达483 mV,最大功率密度为48.14 mW·m-2,优于S.G.(42.61 mW·m-2...     

处理高污染河水垂直流人工湿地微生物群落特性

为了研究处理高污染河水垂直流人工湿地基质和根际微生物群落特性,采用PCR-DGGE技术对其进行分析,使用通用引物（BAC 338F GC和BAC 805R）对16S rDNA V3~V5区基因片段进行扩增。结果表明,湿地系统中基质微生物群落多样性随基质深度的增加呈现先增大后减小,根际微生物群落多样性逐层递减,同一垂直深度根际微生物群落多样性均高于基质;根际微环境刺激了严格好氧菌Acinetobacter tjernbergiae（不动杆菌属的）出现,证明根系具有泌氧功能;聚类分析表明湿地系统中微生物群落相似度较高,并随深度增加依次递减;测序结果表明湿地系统中拟杆菌门和变形菌门在系统发育树中分别显示出高度序列同源性,湿地系统上、中层广泛分布着好氧菌Flavobacterium sp.（黄杆菌属）和Sporocytophaga sp.（生孢噬纤维菌属）,并出现了大量的脱硫功能菌。     

水力负荷与有机负荷协同作用对人工湿地微生物群落结构的影响

以单层基质结构(CW1)、3层基质结构(CW3)、6层基质结构(CW6)的水平潜流人工湿地系统为对象,考察水力负荷及有机负荷对不同人工湿地系统去除COD、总悬浮固体(TSS)效果的影响,同时利用高通量测序技术,分析高负荷条件下系统微生物群落结构。结果表明,不同水力负荷运行条件下,随着有机负荷的提高,CW1、CW3、CW6湿地系统对COD、TSS的去除率均表现出先升高后下降的趋势,总体看来,在相同运行条件下CW6湿地系统COD、TSS的去除率最高。群落结构分析表明,不同人工湿地系统微生物结构存在相似性,但湿地床体的基质结构会对微生物群落结构产生一定影响,总的来说分层填充的人工湿地系统微生物群落结构更为稳定,对污染物的去除效果更好。     

组合人工湿地工艺微生物群落结构及脱氮效果研究

将复合垂直流、表面流、潜流3种不同类型的人工湿地串联起来,研究每种人工湿地的脱氮微生物及其脱氮效果.结果表明,各种人工湿地池填料表面微生物数量丰富,组合人工湿地系统形成两个串联的A/O单元,脱氮效果良好,其中总氮去除率达82.61%.     

种植不同植物的表面流人工湿地净化效果和微生物群落差异分析

为了解植物种类对表面流人工湿地的净化效果的影响及其与微生物群落的关系,研究了4种植物条件下表面流人工湿地的氮磷平衡以及微生物群落结构。结果表明,各组人工湿地对氨氮(45.53%~80.95%)、总氮(53.67%~80.30%)和总磷(32.97%~55.77%)都有较好的处理效果,种植植物的人工湿地比未种植的人工湿地具有更高的氨氮、总氮和总磷去除效果,其中黄菖蒲组对氮的去除效果最好,美人蕉组对磷的去除效果最好。在表面流人工湿地中,微生物作用(34.84%~45.44%)是人工湿地氮去除的主要途径,基质吸附(20.90%~23.91%)是人工湿地磷去除的主要途径,但是种植植物的人工湿地的氮磷通过微生物去除的量更高。高通量测序分析表明,相较于未种植植物的人工湿地,种植植物的人工湿地显示出更高的微生物丰富度、多样性和更高的脱氮除磷功能微生物的丰度。假单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属和硝化螺菌属是人工湿地中主要的脱氮菌属,也是种植植物的人工湿地高生物脱氮的原因。假单胞菌属和不动杆菌属丰度增加是种植植物的人工湿地高生物除磷的原因。     

人工湿地系统微生物去除污染物的研究进展

人工湿地污水处理系统具有净化效果显著、建设和运行费用低廉、管理简便等优点,近年来越来越受到人们的重视。人工湿地是利用介质、植物和微生物构成的复合系统来处理污水。微生物在人工湿地系统净化污水过程中发挥着重要作用。介绍了人工湿地系统中微生物去除污染物的研究进展,重点讨论了人工湿地对污染物和特殊有机污染物的去除以及系统基质中微生物的种群和活性等内容,并结合我国研究现状展望了该领域的研究前景。人工湿地系统微生物对污染物去除将成为人工湿地生态系统服务功能评价、人工湿地生态系统健康与稳定的诊断的重要组成部分。     

复合人工湿地对陆基水产养殖废水中氮磷的净化及其微生物群落特征

高密度陆基水产养殖外排废水中的氮(N)、磷(P)浓度往往远高于传统的塘库养殖而对周边环境带来更大的压力。为探究复合人工湿地系统对陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果及其微生物群落特征,本文以“高效生态浮床单元-垂直流人工湿地单元-沉水植物池单元”三级不同类型湿地单元构成的复合人工湿地系统为研究对象,研究不同干湿交替时间下该系统对模拟高密度陆基水产养殖外排废水中N、P的净化效果,并揭示系统内各湿地单元植物根系和填料中微生物群落的结构特征。结果表明,复合人工湿地系统在不同干湿交替时间下对NO₃⁻-N、NO₂⁻-N、NH₄⁺-N、TN、TP的平均去除率分别为99.04%~99.43%、98.72%~100%、93.89%~95.26%、92.23%~98.60%、56.85%~77.50%。各湿地单元植物中不同类型植物分析结果表明,高效生态浮床单元中巨菌草的根系活力、POD酶活性、生物量均明显优于垂直流人工湿地单元中的美人蕉和沉水植物池单元中的狐尾藻(P<0.05),且植物中N、P含量呈现沿流向逐级减少的趋势,与各湿地单元排水中的污染物浓度所呈现的逐级降低的规律相一致。各湿地单元N、P去除途径的分析结果表明,一级单元微生物作用(74.42%)和一级、二级单元填料吸附 (13.05%和38.70%) 分别是N和P元素的主要归趋途径。各湿地单元植物根系和填料中微生物群落分析结果表明,植物根系及填料微生物的共同优势菌门主要有Proteobacteria、Chloroflexi、Actinobacteria、Bacteroidetes。属水平上各级湿地单元存在的优势菌属存在明显差异,其中生态浮床单元优势菌属相对丰度最高,主要有Chloronema、unclassified_p__Chloroflexi、Candidatus_Competibacter等。基于FAPROTAX数据库功能预测结果表明,各湿地单元植物根系和填料中化能异养型(12.43%~27.19%)和好氧化能异养型(10.11%~26.46%)细菌功能群占优势,且氮循环相关功能的发现表明细菌在复合人工湿地系统除氮过程中起着关键作用。以上结果说明,经不同类型湿地单元功能菌群与湿地植物的协同作用,可使该系统对高密度陆基水产养殖外排废水中的特征污染物N、P具有较好的生态净化效果。     

SBR中SRT对总细菌群落结构的影响研究

为了揭示序批式反应器不同污泥停留时间(SRT)下总细菌群落结构的异同及SRT变化对总细菌群落结构的影响,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)进行研究。通过克隆测序发现,不同的SRT条件下生物多样性和种群结构会有所差异,既存在各SRT条件下相同的优势菌群(Escherichia coli和Aeromonas sp.),也存在某些SRT下特有的优势菌群(Uncultured Peptostreptococcaceae),SRT为40 d时检测到以降解硫酸盐获得能源的优势微生物。研究还表明,SRT为40 d时多样性指数取得最大值,各SRT条件下微生物的种群相似性差别较大。     

产甲烷厌氧污泥降解含氮杂环化合物动力学与微生物种群的分析

研究了以焦化废水中典型的含氮杂环化合物吡啶、吲哚作为单一受试物质下,厌氧污泥的降解动力学。并通过应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分析对比降解上述2种受试物质的厌氧污泥微生物多样性的差异,从分子生物学水平上阐明厌氧污泥微生物多样性的差异以及不同专性菌群的产生是导致不同受试物质下厌氧污泥降解速率快慢的主要原因之一。结果表明,在2种受试物质下厌氧污泥体系中均出现了Methanogenic prokaryote,说明上述系统中的厌氧污泥产甲烷活性良好,是产甲烷厌氧污泥。厌氧污泥对2种受试物质降解的容易程度为吡啶>吲哚。     

植物群落对湿地净化生活污水的影响

为解决植物配置对水质净化影响问题,研究了不同植物群落对生活污水的净化效果及其响应机理,并探索了人工湿地植物的最佳组合。结合景观生态学,运用7种湿地植物构建4种植物群落的人工湿地CW-G1、CW-G2、CW-G3、CW-G4,HRT为4 d,水力负荷为0.125 m³·(m²·d)⁻¹,分析了各人工湿地对污染物的去除率,通过对植物酶活性变化、渗透调节能力和根际微生物演替情况探究了其净化机理。结果表明：CW-G1装置内群落对污染物去除效果最佳;CW-G1装置内植物的SOD、POD、CAT酶活性较单种显著提高,MDA含量显著降低;CW-G1装置内植物群落根际微生物Alpha多样性最高,门水平上各类菌丰度较为均匀。CW-G1装置内植物相互协作,提高抗氧化酶含量,增强了植物群落抗干扰能力,增加了根际微生物群落多样性、丰度和均匀度,植物-微生物协同高效净化污水。以上结果可为湿地植物的配置与运用提供参考。     

间歇曝气生物炭湿地中污染物的去除特征及微生物种群结构

生物炭作为一种疏松多孔的吸附材料,近年来被广泛应用于受污染水体净化。通过构建生物炭投加比为0、10%、30%和40%的间歇曝气湿地系统(分别命名为CW、BW1、BW2和BW3),探究了生物炭投加比例对间歇曝气湿地中污染物去除及微生物群落结构的影响。结果表明,投加生物炭可提高湿地系统曝气段水体中平均溶解氧(DO)浓度。其中,BW3曝气段平均DO浓度为2.5 mg·L−1,相较于CW提高了13.6%,但添加生物炭对非曝气段DO浓度影响不显著(P>0.05)。所有湿地系统水体中化学需氧量(COD)去除率均高于90%,生物炭添加对耗氧有机物去除的影响并不显著。当生物炭投加比例由0增加至40%时,氨氮的去除率由80.76%提高至99.43%。生物炭可以显著提升湿地系统总氮的去除效果,BW3的总氮去除率相较于空白对照提高了18.5%,且在各反应器出水中均未检测到硝态氮(${{\rm{NO}}_3^ -} $-N)和亚硝态氮(${{\rm{NO}}_2^ -} $-N)。高通量测序结果显示,在门类水平,生物炭增加了拟杆菌门(Bacteroidetess)和变形菌门(Proteobacteria)数量,降低了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和螺旋体菌门(Saccharibacteria)的相对丰度。各湿地系统中已检出与脱氮相关的菌属共13种,生物炭投加可提升Nitrospira、Thauera、Rhodobacter和Pseudomonas等10余种与脱氮相关的菌落丰度。在间歇曝气湿地系统中,生物炭可以通过增加脱氮相关菌属,提高对氮素污染物的净化效果。     

人工湿地技术用于污泥的脱水与稳定的研究

在国内首次提出将人工湿地技术用于污水厂剩余污泥的脱水与稳定,进行了实验研究。考察人工湿地的性能,确定最佳工艺。经处理后TN去除率为57．85％;TP去除率为44．03％;COD去除率为78．09％;污泥的体积降低了92．6％。研究结果表明,该技术有效地对剩余污泥进行脱水,从而达到污泥稳定的目的。     

复合植物床式人工湿地研究

本实验研究针对应用于面源污染控制的人工湿地中水生植物的选择和布置问题进行研究,通过对人工湿地动态运行实验的研究考察,发现床体中COD、TN降解规律,通过人工湿地栽种不同水生植物的各床体的COD去除效果比较实验和不同水生植物复氧性能比较实验,得出复氧性能最好的水生植物为芦苇,然后综合这三个实验,在传统的植物床系统基础上,提出更加有利于提高系统污水处理效率的改进形式:复合植物床式人工湿地。     

修复受污染水体的潜流人工湿地微生物多样性研究

进行了潜流人工湿地修复受污染水体试验研究,并比较单一植物与单一填料系统与多种植物系统与多种填料系统的处理效果.运用PCR-DGGE技术研究3种不同类型的潜流人工湿地中微生物种群结构,结合多样性分析和聚类分析方法,分析了人工湿地微生物种群结构特征.     

北方滨海人工湿地水生生物群落重建效果评估——以天津临港湿地二期生态重建工程为例

为准确评估滨海人工湿地生态重建成效,科学指导工程改进方案,以重建近1年的天津临港湿地二期生态重建工程为例,通过调查重建前(2020年)和重建后(2021年)湿地水生生物群落组成变化,评价湿地生物群落重建效果。结果表明：经过近1年的生态重建,鱼类群落和底栖动物群落均得到不同程度恢复;鱼类的种类由重建前的未检出增加到10种,除泥鳅、梭鱼等增殖先锋物种未得以恢复外,其他增殖鱼类均长势良好;随着物理生境改善和先锋物种的直接投加,底栖动物数量由重建前的11种提高到重建后的28种,生物多样性明显提高;在类群组成上,底栖动物群落以自然恢复的摇蚊幼虫为主,人工投放的大型底栖物种恢复进程相对缓慢;鱼类增殖放流加剧了对浮游动物的捕食压力,造成浮游动物生物量降低和个体减小,进而导致浮游植物群落的快速响应和结构变化。基于上述研究结果,提出了水生生物群落重建优化调控建议。本研究成果可为北方滨海人工湿地重建提供借鉴。     

潮汐流-垂直潜流人工湿地对城市径流污染物净化效果

人工湿地(CW)在城市径流污染源头控制中发挥重要的作用。采用潮汐流(TFCW)-垂直潜流(VFCW)串联的复合人工湿地工艺(TF-VFCW),以砾石为填料构建人工湿地模型,探究TF-VFCW长期运行下COD_cr、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、TN和Cu²⁺的去除效果以及微生物群落变化对污染物去除效果的影响。结果表明：在80 d的运行中,TF-VFCW对COD、NH₄⁺-N、TN的去除效率逐渐下降,平均去除率分别为62.92%、65.54%、80.83%;系统对NO₃⁻-N的去除率先保持稳定,随后在波动中略有下降,平均去除率为95.27%;对TP的去除效果相对较为稳定,平均去除率为87.64%;对Cu²⁺的去除率虽有较大波动但总体上呈现上升的趋势,平均去除率为40.22%。TFCW单元的去污能力明显优于VFCW单元。随着时间的推移,TFCW单元在门水平上的优势菌种由Proteobacteria(变形菌门)变为Firmicutes(厚壁菌门);在属水平上,TF-VFCW中主要除氮微生物为Thauera(索氏菌属)、Thiobacillus(硫杆菌属)、Hydrogenophaga(噬氢菌属)、Nitrosospira(亚硝化螺菌属),主要除磷微生物为Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯菌属)、Bacillus(芽孢杆菌)等。TFCW的除氮、除磷功能微生物的多样性要明显优于VFCW。温度对除氮、除磷功能微生物的多样性和群落结构影响较大,NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、 TN的去除效果明显受到温度的影响,而磷的去除受温度影响较小,其主要通过基质吸附和植物吸收。     

人工湿地脱氮除磷特性研究

针对流域水体富营养化加剧和二级处理水氮磷指标较高的问题,提出以人工湿地对二级出水继续低耗、理想地脱氮除磷。研究中通过对照不同进水水质条件下,不同结构人工湿地的脱氮除磷效能,探讨了人工湿地内的主要脱氮除磷途径。研究表明,表面流湿地内植物对氨氮吸收／吸附和硝化过程为主要氮转化途径,潜流湿地内直接反硝化过程为主要脱氮途径,脱氮效率30％～40％;磷在人工湿地内主要依赖除磷填料床的物化吸附、共沉淀去除,除磷效率达80％以上。