温度对FBAR反应器的运行特性及古菌微生物群落影响

为探讨固定床厌氧反应器（FBAR）在不同温度下的运行特性及微生物群落变化,比较了高温（50℃）、中温（35℃）、低温（4℃）3个温度阶段反应器产甲烷特性及古菌群落变化.结果表明;绝对产气量由大至小依次为高（50℃）、中（35℃）、低温（4℃）,单位负荷产气量依次为中温（2.84L/OLR）,低温（2.5L/OLR）,高温（1.8L/OLR）;甲烷含量依次为低温（74.5%）、中温（63.5%）,高温（57.3%）,不同温度阶段对挥发性有机酸含量变化有一定的影响.克隆文库分析表明：不同温度条件下固定床厌氧反应器内部微生物群落的丰富性存在很大的差异.定量PCR分析表明：甲烷鬃毛菌是中温和高温反应器内的优势菌,低温4℃炭纤维载体和污泥中的优势菌都是甲烷微菌.从能耗、经济效益角度分析低温条件更适合沼气发酵,而主要是以嗜氢产甲烷菌代谢途径为主.     

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.     

腈纶废水溶解性有机物的分级解析及可生化性

采用超滤膜法将腈纶废水中溶解性有机物分离为6个不同相对分子质量组分,分析不同组分的溶解性有机碳、UV₂₅₄、SUVA含量和分布情况,应用紫外吸收光谱、傅里叶变换红外光谱等光谱学分析方法对各组分物质结构进行定性分析,评价各组分的可生化性.结果表明废水中以相对分子质量< 3kDa的有机物为主,占比为（56.75±1.38）%;相对分子质量为3k~10kDa的有机物占比为（25.76±1.40）%;相对分子质量> 10kDa的有机物占比为（17.49±0.98）%,且该组分有机物的芳香度高.不同相对分子质量组分的紫外光谱和红外光谱均呈现相似吸收峰,均存在酰基、羧基、羰基及芳香族化合物和不饱和双键类有机物.各组分可生化性结果表明,废水中相对分子质量> 10kDa有机物是腈纶废水低可生化性的主要原因,可能是造成腈纶废水难以达标排放的根源.研究结果可为该废水处理工艺的开发与优化提供重要的指导.     

澜沧江梯级水坝库区沉积物重金属和营养盐污染特征及评价

为研究梯级水坝运行条件下沉积物中重金属和营养盐的污染状况,于2016年对澜沧江漫湾和大朝山梯级水坝库区表层沉积物中重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)和营养盐(总有机碳TOC、总氮TN)的污染特征展开了调查,并采用潜在生态风险指数(RI)、有机指数(OI)、有机氮百分数(ONP)、TOC/TN和Pearson相关分析评价了梯级水坝库区沉积物污染状况及空间分布特征.结果表明,沿着库区河流纵向梯度,重金属和营养盐污染均表现为坝前静水区相对较高的空间分布格局.重金属潜在生态风险指数(RI)评价结果表明,上游漫湾库区重金属生态风险(I～III级)总体高于下游大朝山库区(I～II级);而营养盐污染程度则表现为下游大朝山库区高于上游漫湾库区的分布格局.两库区沉积物有机质主要由水库水体产生,漫湾库区坝前静水区雨季有机质来源主要为陆源.Pearson相关分析表明,沉积物重金属生态风险与营养盐污染的来源具有一定的空间差异性.梯级水坝工程对沉积物的重金属和营养盐污染具有显著的累积和拦截效应.     

典型城市化区域土壤重金属污染的空间特征与风险评价

随着我国城市化的快速发展,土壤环境面临着较高的生态环境风险.本文以我国南方某典型城市化区域土壤环境作为研究对象,共采集表层(0～20 cm)土壤样品106份,亚表层(20～40 cm) 96份并测定其重金属含量,然后采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害法评价其生态风险程度,最后通过空间插值探讨其生态风险空间分布.结果表明,表层土壤Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb和Hg的含量范围分别为2. 87～84. 64、1. 40～56. 00、2. 75～125. 05、15. 05～201. 39、1. 46～89. 92、0. 001～0. 92、15. 29～160. 07和0. 006～0. 52 mg·kg~(-1);亚表层土壤的含量范围为3. 56～75. 14、1. 65～71. 58、3. 28～290. 04、17. 99～296. 94、3. 07～65. 67、0. 02～1. 00、11. 10～97. 59和0. 01～0. 41 mg·kg~(-1).依据农用地土壤污染风险管控标准,表层土壤中Cd、Cu、Pb、As和Zn的超标率分别为71. 70%、40. 57%、4. 72%、3. 77%和0. 94%,亚表层土壤中Cd、Cu、As、Zn、Pb和Ni的超标率分别为72. 92%、39. 58%、6. 25%、3. 13%、3. 13%和1. 04%,可见区域主要重金属污染因子为Cd和Cu,土壤重金属空间分布特征显示超标区域集中在区域北部.基于两种评价结果可以看出,北部地区污染程度和生态风险较高,其中Cd为风险指数偏高的主要驱动因子,风险评价空间分布特征与Cd的含量空间分布特征类似,说明区域土壤Cd污染应该引起重点关注.     

稳定性同位素DNA-SIP示踪中性紫色土的氨氧化过程

研究表明酸性土壤中氨氧化作用主要是由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)催化进行;而在中性和碱性土壤中则主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主导.虽然AOA在中性土壤中具有很高的丰度,但其对硝化过程的贡献仍不清楚.因此本文选取p H为7. 2的中性紫色土为研究对象,通过稳定性同位素核酸探针技术结合克隆测序探究中性紫色土中活性氨氧化微生物群落组成.结果表明中性紫色土的净硝化速率为9. 68 mg·(kg·d)~(-1),AOA和AOB在中性紫色土中均有较高的丰度且共同推动硝化作用的进行.系统发育分析结果表明培养初期(0d)在数量上占优势的AOB为Nitrosospira Cluster 3a. 1,而Nitrosospira Cluster 3a. 2只占较小的一部分,经过56d的培养后Nitrosospira Cluster 3a. 2替代了Nitrosospira Cluster 3a. 1成为主导氨氧化的活性AOB.培养初期(0d)在数量上占优势的AOA是Nitrososphaera Subcluster 9,但经过培养后变为Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3.在培养期间AOA和AOB的群落结构均发生了改变.对~(13)C标记DNA的测序分析证明AOA和AOB在硝化过程中都起着重要作用,主导氨氧化的活性AOA和AOB主要分别隶属于Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3和Nitrosospira Cluster 3a. 2.本研究明确了AOA及AOB对中性紫色土氨氧化过程的推动作用并从微生物层面探究硝化作用的发生机制,为进一步研究紫色土中硝化作用提供理论基础.     

长江原水臭氧-生物活性炭挂膜中试研究

为了探究面向长江水源的臭氧-生物活性炭深度处理工艺的挂膜技术,进行了长江原水常州段的臭氧-生物活性炭挂膜中试研究.结果表明,在挂膜前期,由于炭柱的物理吸附作用逐渐饱和,炭柱对DOC(溶解性有机碳)、UV_(254)和COD_(Mn)(高锰酸盐指数)的去除率逐渐降低,对氨氮几乎没有去除,在挂膜中后期,由于活性炭上生物膜逐渐成熟,生物降解起主导作用,有机物和氨氮去除率升高并趋于稳定.90 d后,炭柱对DOC、UV_(254)和COD_(Mn)这3个有机物指标的去除率分别稳定在30.64%、57.50%和30.00%以上,氨氮去除率稳定在88.93%左右,认为挂膜成功.扫描电镜图显示活性炭表面出现丰富的菌胶团,同时高通量测序也验证了活性炭中丰富多样的微生物群落结构.     

基于DPSR模型的区域河流健康综合评价指标体系研究

深入的河流健康状态评价技术研究,有助于管理者了解河流现状,尤其是健康状况,进而合理地开发利用河流,实现河流生态、经济、文化的可持续发展.研究基于DPSR(驱动力D-压力P-状态S-响应R)模型,构建了河流健康评价理论框架,遵循科学性、系统性、稳定性、可比性原则,从驱动力、压力、状态、响应4个维度构建区域河流健康综合评价指标体系.研究可为水生态环境健康管理提供决策依据,对于区域河流恢复、生态环境建设、转变经济增长方式及社会的可持续发展有着重要的理论和现实意义.     

饮用水快速砂滤池优势微生物群落的代谢功能解析

快速砂滤池广泛应用于饮用水处理中,其净水效能一直被认为是物理化学作用,而对滤池表面附着微生物的净水作用仍不明晰.为了解析滤池中微生物的群落构成和功能特征,研究对国内8个城市的11座饮用水快滤池的进出水和滤料进行采样分析.进出水水质分析结果表明经过滤池处理,溶解性有机碳(DOC)有少量去除,氨氮(NH_4~+-N)显著降低,硝酸盐氮(NO_3~--N)显著增加,总氮(TN)未发生明显变化.利用宏基因组技术获得了滤池中微生物群落的构成和功能信息,滤池优势菌属(相对丰度占前10%)共14种,包括两类氨氧化细菌Nitrospira和Nitrosomonas.对优势菌属的功能基因信息进行分析,发现优势微生物菌群具有更高的碳水化合物、氮、硫和异生物质代谢功能丰度. Aeromonas的碳水化合物代谢基因相对丰度最高,Bradyrhizobium的氮、硫及异生物质代谢基因的相对丰度最高,说明这两种菌是影响饮用水水质的重要菌属.通过评价各个优势菌属对异生物质的代谢潜能,发现Bradyrhizobium、Sphingomonas、Methyloglobulus、Sphingopyxis和Klebsiella是饮用水快速砂滤池中降解微量有机污染物的关键菌.     

Type 0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化中的实现

利用Type 0092丝状菌不易引发污泥恶性膨胀的特点,本实验采用实际生活污水,以SBR反应器接种短程硝化污泥,考察了短程硝化状态下启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀的特性,研究了系统启动与维持期间的污泥沉降性能、亚硝酸盐积累率(NAR)、污染物去除特性以及污泥菌群结构变化情况.结果表明控制DO为0. 3～0. 8 mg·L~(-1),F/M(以COD/MLSS计)=0. 24 kg·(kg·d)~(-1),按照交替缺氧/好氧模式运行(单周期3次,缺氧∶好氧=20 min∶60 min),能够启动Type 0092丝状菌污泥微膨胀与短程硝化耦合,系统SVI值维持在180 m L·g~(-1)左右,NAR一直维持在99%左右,COD和TN去除率能够分别提高约13%和5%,相较于传统全程硝化非微膨胀状态曝气量能节省约62. 5%.当交替缺氧/好氧模式变为单周期交替6次,缺氧∶好氧=10 min∶30 min,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性会恢复,使短程硝化被破坏;低溶解氧、交替缺氧/好氧、低负荷是实现Type 0092丝状菌污泥微膨胀的关键因素,当负荷(以COD/MLSS计)大于0. 25 kg·(kg·d)~(-1)时,仅靠低溶解氧和间歇曝气无法维持污泥微膨胀状态.