山水林田湖草沙一体化保护和系统治理面临的机遇与挑战——第二届环境与生态系统工程发展论坛主题沙龙

<正>在2023年7月17—18日召开的全国生态环境保护大会上,习近平总书记提出要全面推进美丽中国建设,加快推进人与自然和谐共生的现代化步伐,近5年要着重处理好五大关系——高质量发展和高水平保护的关系、重点攻坚和协同治理的关系、自然恢复和人工修复的关系、外部约束和内生动力的关系、以及“双碳”承诺和自主行动的关系,其中的两大关系指出要坚持系统观念,坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理,构建从山顶到海洋的保护治理大格局（综合运用自然恢复和人工修复两种手段,努力找到生态保护修复的最佳解决方案）。     

酸性冲击对微生物电解产氢阳极菌群影响及功能基因变化解析

微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运行1个月获得反应器稳定产氢和伴随产甲烷效能.初始稳定时采用pH为7的磷酸盐缓冲液可以获得稳定的产气量,平行反应器表现出不同的氢气和甲烷产量.最高产氢反应器的氢气转化率为32.2%,氢气产率为(3.9±0.6)mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的H2量(mol)计,下同);相同条件下最低产氢效率反应器的甲烷转化率则可达到48.4%.通过48 h阳极生物膜的酸性冲击试验对阳极菌群功能恢复效果进行分析,发现消除冲击10~15 d反应器的电子传递效率得到恢复,但功能菌群多样性增加,氢气与甲烷比例发生变化.最高产氢反应器氢气产率降低1.8 mol·mol-1,而甲烷增量为0.4 mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的CH4量(mol)计,下同).通过关键功能基因分析发现,初始产氢效能高的反应器功能菌群中电子传递功能菌优势较大;阳极功能菌群受到短暂酸性冲击后,基于细胞色素C基因的相关菌群能够较快恢复,其电子传递能力恢复更快;与碳源降解和产甲烷相关基因群落受酸性冲击后变化较为显著,甲烷增量与氢气减少量基本符合反应计量关系.     

污泥厌氧消化过程中产氢产乙酸/同型产乙酸协同产酸研究

应用产甲烷菌抑制剂溴乙烷磺酸盐(BES)阻断产甲烷过程,并添加丁酸盐以强化产氢产乙酸过程,研究不同条件下乙酸和气体的累积,借助于热力学分析推断污泥产酸发酵过程中的乙酸累积机制.结果表明,在抑制产甲烷体系中,反应吉布斯自由能降低至临界值(-15 kJ·mol<'-1>)时,乙酸累积浓度达6 g/L,协同作用中产氢产乙酸菌...     

鸡粪有机肥对土壤中抗生素抗性基因和整合酶基因的影响

为探究施用有机肥对土壤中抗性基因和整合酶基因分布的影响及其与土壤环境因子的相关关系,利用高通量PCR技术监测了鸡粪有机肥施用120 d后土壤中四环素类抗性基因、大环内酯类抗性基因、整合酶基因和土壤理化性质的变化情况。研究结果表明,施肥土壤的电导率、pH、有机质含量均明显增加,而土壤氧化还原电位由217.27 mV降低到154.47 mV。施肥土壤中钾、氮、磷、铅、铜和锌含量均上升。施加鸡粪有机肥120 d后,土壤中tetM、tetQ、tetW、tetG和tetX 5种四环素类抗性基因相对丰度分别增加了2.90、0.97、6.80、0.98和0.94倍,而erm35、ermB、ermT、ermX和ermF 5种大环内酯类抗性基因相对丰度分别增加了0.98、136.68、0.95、2.89和2.89倍;但erm36相对丰度降低了0.75倍,其中施肥后土壤中ermB丰度最高而erm36丰度最低。施用鸡粪有机肥后,土壤中intI1和intI3的丰度分别降低了4.71×10-5和2.57×10-7,而intI2的丰度增加了3.74×10~(-6)。Network分析发现intI3与除ermB外的基因均呈显著负相关关系(R=-1.00,P0.05)。     

我国智慧水务发展现状及趋势

在数字和数据经济时代，智慧水务成为行业共同关注的发展方向。结合行业调研和实际案例，阐述了智慧水务的发展现状，深入分析了智慧水务发展的内部和外部驱动力、科研水平和数字化产品，尤其是人工智能、数字孪生和智能硬件产品等方面取得的重要进展。最后，总结和提炼了该领域发展的问题和挑战，并展望了智慧水务的未来发展趋势。     

自养反硝化脱氮耦合沼气同步脱硫效能研究

污水深度脱氮问题日益突出,在实现污水深度脱氮的过程中尽可能降低运行成本更是符合目前我国的发展目标,因此,开发经济绿色的污水脱氮技术对可持续发展具有重大意义.本试验提出自养反硝化脱氮耦合沼气同步脱硫工艺,具有成本低,资源利用率高等优势.以沼气中的硫化氢作为电子供体,实现了污水中同步脱氮及沼气脱硫净化的耦合,并探究了上升流速、硫氮比对该工艺运行效能的影响.实验结果显示,以硫化氢代替硫化物作为电子供体参与反硝化,对工艺脱氮效能无明显影响,在低硝酸盐负荷条件下运行时,污水脱氮效能不受气体上升流速及硫氮比的影响,均能达到100%.而本工艺的脱硫效能受上升流速影响较小,受硫氮比影响较大.在不同上升流速下,硫化氢去除率均为100%.在硫氮比为5∶8时,硫化氢100%转化为硫酸盐;硫氮比为5∶5时,硫化氢去除率为99.1%,单质硫产率约为30%;硫氮比为5∶2,回流比为1∶1时,硫化氢去除率最高可达91%,单质硫产率为77%.本试验可为后续自养反硝脱氮同步沼气脱硫工艺参数优化及应用的拓展提供理论依据和参考.     

产酸相稳定发酵类型微生物生态学研究

通过产酸发酵反应器的动态试验 ,考察生态因子 (pH、ORP)等制约的不同发酵类型顶极群落的结构、优势种群的组成和生态演替的规律 ,阐明不同发酵类型代谢及其顶极群落的典型特征 ,揭示产酸发酵过程中顶极群落内平衡与反馈调节的生理代谢机制 ,并以 pH值、ORP来表征生态演替过程中优势种群的生态位图     

电气石负载聚氨酯泡沫作为生物载体强化2,4,6-三氯酚还原

2,4,6-三氯酚在环境中广泛分布,是典型的持久性有机污染物.脱卤呼吸菌能还原分解氯酚,使其毒性大大降低,继而被其他微生物氧化分解并矿化.然而脱卤呼吸菌在自然环境中丰度较低,代谢速率慢,对电子利用能力较差,因此传统的生物添加或生物激活等原位修复方法往往导致效能受限,可应用性差.本研究驯化富集了具有稳定厌氧还原脱氯2,4,6-三氯酚能力的混合菌群,在添加乙酸钠（5 mmol·L^-1）和氢气（10 mL）的情况下,在6 d内将2,4,6-三氯酚还原脱卤为4-氯酚.研究采用聚氨酯泡沫作为生物载体材料,在聚氨酯泡沫表面负载电气石,发现在无氢气额外添加的情况下,2,4,6-三氯酚的还原脱氯速率提高了6倍,且脱卤性能稳定.对强化后混菌的群落结构及潜在核心脱氯功能菌属进行分析,16S rRNA测序鉴定结果表明假单胞菌属（Pseudomonas sp.）在混合菌群中的占比超过90%,为体系中的核心脱氯功能菌.本研究为地下水中还原脱卤菌群的应用提供了理论技术.     

复合型生物絮凝剂成分分析及其絮凝机理的研究

蒽酮反应、考马斯亮蓝、紫外扫描等测定结果表明,絮凝剂CBF的主要成分为多糖类物质．红外光谱扫描分析CBF中含有羧基,分别以-COO^-和COOH的形式存在．用凝胶色谱柱测其相对分子量为10^5-10^6．Zeta（ζ）电位测定及氢键和离子键检验结果表明,CBF与高岭土等无机颗粒之间的作用力为离子键,絮凝过程中存在架桥作用．利用原子力显微镜观察其絮凝形态发现絮体结构密实,有利于絮体沉降．其絮凝机理为絮凝剂和高岭土以离子键的形式结合,之后通过架桥作用絮凝沉淀．