煤矿区地下水中溶解性有机质荧光特征Ⅰ——含水层之间垂向差异

通过检测有机质含量和三维荧光光谱研究了霍州煤矿区地下水中溶解性有机质的垂向分布特征.结果表明,硝酸盐质量浓度在地表水和第四系水中较高(＞ 37.41 mg/L),而在深部含水层(太灰和奥灰)基本未检出.地表水中TOC(总有机碳)质量浓度和UV254分别大于5.11 mg/L和0.146 cm-1;氧化还原作用下,第四系水中TOC质量浓度和UV254分别减小82.23％和97.96％,而深部含水层中TOC质量浓度也有降低.人类活动污水的大量排放导致地表水中Ⅱ区和Ⅳ区的荧光峰强度异常高,均大于等于8 245 QSU,Ⅲ区的荧光峰强度大于3 419 QSU;进入第四系含水层,Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区荧光峰强度均减少至216 QSU以下;太灰水和奥灰水中只Ⅱ区和Ⅳ区出现荧光峰,且荧光峰强度与TOC相关性不大;溶解性有机质(DOM)荧光峰强度与地下水流向呈负相关,同一煤矿区奥灰水中Ⅳ区的荧光峰强度比太灰水高.总体上,分析溶解性有机质含量和荧光特性、硝酸盐含量,可以从垂向上建立霍州矿区各含水层(体)的水化学特征.     

平顶山十矿地下水中天然有机质垂向分布特征

为了研究平顶山十矿各含水层的水化学特征差异,检测分析了地下水中天然有机质含量和荧光特性的垂向分布规律。结果表明:天然有机质含量在垂向上先急剧减少后逐渐稳定,且浅部含水体与深部含水层存在显著的有机质含量差异,深部含水层之间则难以区分;浅部含水体中有机质含量高,各荧光指纹区的荧光峰均有显现,且荧光峰强度较高,第四系水中各荧光峰强度略小于地表水;深部含水层中,荧光峰数量与含水层深度成负相关,Ⅱ区和Ⅳ区的荧光峰强度先增加后减小,其他荧光峰的强度则逐渐减小。研究表明,利用天然有机质含量和荧光特性,能够建立各含水层在垂向上的水化学特征。     

灞河溶解性有机质三维荧光光谱特征及相对分子质量分布研究

为了研究溶解有机质(DOM)与水质的相关性,联合应用三维荧光光谱(3D-EEMs)和液相-有机碳-有机氮检测(LC-OCD-OND)技术,在河流上游源区、中游城镇与下游城市河段设置16个采样点,结合人类活动及河流地貌特征对灞河流域的影响,研究了西安市灞河水体DOM。结果表明,河水DOM主要由生物大分子、腐殖质类物质、腐殖质降解产物和低分子中性物质组成,平均质量浓度分别为0. 157 mg/L、1. 746 mg/L、0. 478 mg/L、0. 361 mg/L。类腐殖荧光物质(紫外光区富里酸和类腐殖酸)主要集中在相对分子质量为1 000～20 000的腐殖质类物质中,占DOM总量的46. 5%;类蛋白荧光物质(可见光区色氨酸和酪氨酸)主要分布在相对分子质量大于20 000的生物大分子和相对分子质量小于350的低分子中性物质中,约占DOM总量的15. 1%。从源头到入灞河口,河水DOM含量水平由高到低的顺序为城市河段、城镇河段、源区河段。灞河水体总体腐殖化程度较弱,陆生源DOM贡献较小,下游城市河段DOM中自生源指数(BIX)相对较高,微生物及藻类代谢活动旺盛,新生自生源较多。下游污水处理厂出水对灞河下游水体中DOM组成及水质的变化具有关键作用,影响河水营养状态的潜在因子包括TN、EC、DO、生物大分子、腐殖质类物质和低分子中性物质。因此,3D-EEMs及LC-OCD-OND联用技术可以用来表征河流水质的空间异质性,并对污染物组分进行定量化判别和来源解析。     

臭氧氧化法深度处理养猪废水研究

采用臭氧氧化法深度处理经生化工艺处理的养猪废水,探讨反应时间、臭氧投加速率和p H值对COD、色度和UV254去除效果的影响,并采用紫外可见光谱和三维荧光光谱(3DEEM)分析了臭氧氧化前后养猪废水中溶解性有机物(DOM)的变化特征。结果表明,当臭氧投加速率为1.13g/h、反应温度为20℃、p H值为7.2时,反应40 min后养猪废水的COD、色度和UV254去除率分别约为50%、95%和75%。生化处理后的养猪废水主要含有可见腐殖质、紫外腐殖质和微生物代谢产物,臭氧氧化后微生物代谢产物的荧光峰基本消失,可见腐殖质和紫外腐殖质特征荧光峰荧光强度与原水相比也显著降低。研究表明,臭氧对养猪废水中难降解有机物的降解作用非常明显。     

重庆园博园龙景湖水体中无机硫分布特征及有机质的影响

龙景湖是一个新建的人工深水湖,夏秋季节由于H2S等产生的黑臭问题严重阻碍了园区的发展。对龙景湖沉积物、孔隙水和上覆水的无机硫、有机质进行了研究。结果表明:上覆水和孔隙水中硫酸盐(SO2-4)质量浓度分别为10.20~76.87 mg/L、7.13~20.45 mg/L,总有机碳(TOC)质量浓度分别为89.00~164.08 mg/L、12.81~116.20 mg/L,上覆水中溶解性硫化物质量浓度为16.32~64.21 mg/L;沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)质量比为100.90~311.83 mg/kg,铬还原硫化物(CRS)质量比为106.01~471.53 mg/kg,元素硫(ES)质量比为57.87~351.63 mg/kg。上覆水中SO2-4和S2-沿深度方向分别增加和减少,沉积物中3类还原态硫(AVS、CRS、ES)沿深度方向均先增加后减少,且质量比从大到小为CRS、AVS、ES。上覆水中TOC充足,SO2-4(X)与TOC(Y)的质量浓度成反比(Y=-0.637X+147.73),SO2-4是硫酸盐还原过程的控制因素;孔隙水中SO2-4与TOC的质量浓度成正比(Y=3.1385X+14.061),TOC含量和生物有效性为SO2-4还原过程的控制因素。研究表明,原龙景水库、凌云桥等位置SO2-4还原性最强,是湖水夏秋季节产生黑臭问题的潜在位置。     

碳纳米管对不同分区溶解有机物的吸附研究

选用单壁碳纳米管、多壁碳纳米管两种吸附剂,对广州市3种地表水体(城市径流、农田径流、森林径流)中不同分区溶解性有机物(DOM)进行吸附研究,并以腐殖酸溶液作为标准对照组。以UV254、荧光激发-发射矩阵光谱、溶解性有机碳质量浓度作为吸附效果的评价指标。结果表明,在UV254上,单壁碳纳米管比多壁碳纳米管平均多吸附11%的DOM。3种地表水样中均无Ⅰ区荧光峰,而有明显的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区荧光峰。水样中II区、III区、IV区、Ⅴ区荧光峰的位置分别为Ex230/Em345、Ex245/Em445、Ex275/Em320、Ex335/Em380,误差在40 nm内。多壁碳纳米管吸附溶解性有机物的动力学模式符合准二级动力学方程,决定系数高达0.994 7。Langmuir方程相对于Freundlich方程更适合描述MWNT-1030对DOM的吸附过程。     

碱处理对厨余垃圾厌氧发酵产氢的强化研究

采用碱处理对厨余物进行产氢强化研究,考察了碱处理对厨余垃圾水解的促进作用、处理后厨余垃圾产氢情况、产氢过程中代谢产物的变化及代谢产物的主要来源等.结果表明,碱处理后厨余垃圾的水解效果得到提高,其中pH=13处理后的有机质总质量浓度和溶解性化学需氧量(SCOD)为1 896.49 mg/L和5 040.2 mg/L,分别比空白提高了2.67倍和1.08倍;经pH=12和13处理后的厨余垃圾产氢量有较大幅度提高,达到79.17 mL/gVSS和105.37 mL/gVSS,分别比空白提高了1.75倍和2.66倍,而且产氢量随碱处理pH值的升高而增加;厨余垃圾发酵后的代谢产物浓度反映出本试验为丁酸型发酵;对产氢过程中有机质代谢情况的研究表明,可溶性碳水化合物是产氢过程中微生物优先利用的底物.     

E.coli和B.subtilis溶解性代谢产物对环境因子的响应

为了一步明晰环境因子对微生物溶解性产物形成的影响,选取活性污泥中典型革兰氏阴性菌(E.coli)和革兰氏阳性菌(B.subtilis)作为研究对象,以蛋白质、腐殖酸和多糖表征微生物代谢产物(Soluble Microbial Products,SMP),研究了培养时间、温度、盐度和阿莫西林对两株菌SMP形成特性的影响。结果表明:当培养时间为0~48h时,E.coli和B.subtilis溶解性代谢产物质量浓度在4 h时达到了最大,分别约为48 h的3.91倍和3.27倍。当温度下降时,E.coli溶解性代谢产物中的多糖和腐殖酸分别在25℃和15℃出现了累积,而B.subtilis产生的SMP仅在15℃出现了腐殖酸累积。当盐度为5~30 mg/L时,E.coli和B.subtilis产生的SMP质量浓度均先增加后减小,分别于盐度为5 g/L和10 g/L时达到最大,组分以腐殖酸为主。当阿莫西林质量浓度为0~3.0 mg/L时,E.coli和B.subtilis产生的SMP质量浓度均先增加后减小,分别于阿莫西林质量浓度为1.0mg/L和1.5 mg/L达到最大,组分以腐殖酸和多糖为主;然而当阿莫西林质量浓度为3.0 mg/L时,两菌株产生的SMP组分以多糖为主。可见,过短的停留时间、低温、高盐和较高质量浓度的阿莫西林都会诱导E.coli和B.subtilis产生更多的SMP,但它们之间存在一定的差异。     

Cu2+对活性污泥代谢及群落结构的影响

为探究微量Cu2+对微生物代谢产物及群落结构的影响,采用序批式反应器(SBR),以含Cu2+原水作用下活性污泥为研究对象,分析不同质量浓度Cu2对胞外聚合物(EPS)和溶解性代谢产物(SMP)的影响,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析总细菌在不同质量浓度微量Cu2+驯化前后的群落结构.结果表明,活性污泥的EPS质量浓度受Cu2+的影响呈波动下降趋势,反应中后期趋于稳定,稳定区间与Cu2+质量浓度成反比.Cu2+加入反应体系后会造成SMP质量浓度短暂下降,随后微生物释放SMP来缓解环境压力,SMP质量浓度有所回升;中后期由于Cu2+积累导致细胞自溶、释放SMP,SMP质量浓度突增,增长幅度与Cu2+质量浓度成正比.不同质量浓度Cu2+会造成特定菌群的消亡,还会促进耐受力强的微生物成为优势菌种.含Cu2+原水会使微生物量和群落多样性降低,当Cu2+质量浓度为3.5 mg/L时SDI由1.92下降至1.23,而由于新优势菌种的产生,Cu2+质量浓度为5.0 mg/L时SDI有所回升.     

铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响

以处理模拟生活污水的平板膜-生物反应器为依托,将进水铁离子质量浓度分别调配成6 mg/L、1g mg/L、40 mg/L,考察三价铁离子对膜生物反应器中污泥性质及膜污染的影响.结果表明,投加铁离子对平板膜-生物反应器的出水水质影响不大.随着铁离子投加质量浓度的增加,跨膜压差(TMP)增长趋势变小,膜污染得到缓解,其中铁离子投加质量浓度为40 mg/L时,膜污染控制效果最好.铁离子的投加强化了生物絮凝作用,造成污泥质量浓度的上升,溶解性微生物产物(SMP)和松散型胞外聚会物(LB-EPS)质量比的下降.从膜阻力分析可以看出.投加铁离子主要是降低SMP和LB-EPS等凝胶层污染物引起的外部阻力.     

碳源对微生物硝酸盐异化还原成铵过程的影响

微生物通过异化性硝酸盐还原成铵(DNRA)途径,硝态氮转化为仍可生物再利用的铵盐。以琥珀酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钾钠为碳源,研究碳源的差异对有氧条件下微生物通过DNRA途径产铵的影响。结果显示,以琥珀酸钠和柠檬酸钠为碳源,初始浓度为20 mmol/L是较佳的实验条件,此时C/N约为1.5～2.0,NH4+-N质量浓度30.0～45.0 mg/L,最高产铵率分别为29.9%和27.0%;以酒石酸钾钠为碳源则在初始浓度为30 mmol/L,C/N约为2.0,NH4+-N质量浓度为40.0～45.0 mg/L时,最高产铵率为30.7%。反硝化和DNRA过程是同时存在的,培养液中NO3--N浓度的下降伴随着中间产物NO2--N的积累和NH4+-N浓度的升高。     

污水生化处理过程中N2O的产生特征研究进展

N2O是大气中重要的温室气体之一,而污水生化处理已被报道是导致N2O产生的潜在人为源之一。大量研究表明,污水生化处理过程中N2O主要产生于微生物的硝化和反硝化代谢过程中。从微生物学和生物化学反应角度,阐述了硝化和反硝化过程中N2O的生成机理,同时给出了几种典型污水处理工艺N2O的产生量和相关影响因素,并对A/A/O工艺中不同处理单元N2O的释放情况进行重点论述。研究发现,对于几种典型的污水处理工艺,由于工艺条件和主要影响因素的不同,N2O的释放量存在较大的差异;对于同一污水处理工艺,不同处理单元N2O的释放量也存在很大差别。污水处理厂中,好氧处理单元是N2O的主要排放单元,而在好氧单元中,DO质量浓度及NO2--N质量浓度是影响N2O释放量的主要因素。在综合分析硝化和反硝化过程N2O产生机理的基础上,进一步总结了污水生化处理过程中DO质量浓度、NO3-和NO2-质量浓度、pH值、C/N比、污泥龄等对N2O释放的影响。     

低强度超声对短程硝化污泥活性的影响

为提高短程硝化反硝化脱氮效率,采用低强度超声对短程硝化反应进行强化,通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量,考察低强度超声对短程硝化污泥活性影响。首先,通过对超声能量的优化试验,发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率,且超声能量为43.20 kJ时氨氧化率和亚硝酸盐生成量最大;然后考察超声能量与污泥浓度的关系。结果表明:1)在相同超声能量(43.20 kJ)条件下,随着污泥质量浓度(0.34~1.03 g VSS/L)增加,能量密度降低,反应速率不断提高;2)保持污泥浓度恒定,增加超声能量,发现在43.20 kJ时短程硝化污泥活性最好,氨氧化速率比对照组提高25.42%,继续增加能量后去除速率开始下降,原因是适宜的能量会增加微生物细胞壁和细胞膜的通透性,加快基质传递和反应速率,提高微生物活性,但当所施加能量超出其所能承受范围,则会对微生物内部产生损害,降低其活性;3)考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响,在43.20 kJ条件下,多糖、蛋白质和胞外聚合物(EPS)浓度分别提高了18.32%、26.54%和22.05%,氨单加氧酶活性增加19.82%。研究表明,由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌,增加生物酶活性,进而促进了短程硝化污泥反应速率。