长期石油污染对盐碱化土壤中微生物群落分子生态网络的影响

长期石油污染改变了土壤微生物群落组成,降低了群落多样性,对生态系统造成严重的威胁.为了探讨长期石油污染对盐碱化土壤中微生物物种间相互作用关系的影响,采集胜利油田石油污染土壤和未污染土壤,利用随机矩阵方法构建分子生态网络.结果发现,污染土壤和未污染土壤中微生物功能基因组的分子生态网络存在显著差异(P0.001).与未污染土壤相比,污染土壤的网络节点数、连接数、平均连通度、模块数和模块性都显著降低,说明在石油污染的影响下土壤微生物网络拓扑结构发生变化;污染土壤和未污染土壤的模块枢纽基因、连接器基因均没有重叠,模块枢纽基因和连接器基因的网络拓扑角色发生了变化.通过构建烷烃、多环芳烃降解基因网络,发现负相互作用的比例较大,这可能反映了微生物功能群落间的竞争关系.     

狮子山矿区不同土地利用类型对土壤微生物群落多样性的影响

土壤微生物在生态系统功能中起着至关重要的作用,土壤微生物群落结构可由与采矿活动相关的矿山不同功能区域来反馈土壤中重金属污染现状.为研究铜陵狮子山矿区重金属污染对微生物群落结构的胁迫影响,在中国安徽狮子山矿区收集了4种不同土地利用类型(菜园、尾矿库、堆矿区和选矿区)的土壤.通过测量这4种不同土地利用类型的土壤理化性质和重金属含量,并利用Illumina MiSeq高通量测序技术,对本地土壤微生物群落丰度以及结构多样性进行了分析.结果表明,各区域理化性质差异显著,内梅罗综合污染指数依次为堆矿区(7. 28)选矿区(6. 99)尾矿库(6. 55)菜园(5. 92).微生物群落丰度及结构多样性分布表现为尾矿库选矿区菜园堆矿区.此外,PCo A、CCA和相关性分析表明,土地利用类型、土壤pH和重金属含量等相关参数对微生物群落有显著影响.优势土壤微生物群落在门(0. 01)水平上分别为Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria和Actinobacteria,在纲水平上分别为β-Proteobacteria、α-Proteobacteria和γ-Proteobacteria,在属水平上分别为Flavobacterium、Kaistobacter和Ramlibacter.并得到对重金属较为耐受的菌群如Proteobacteria、Firmicutes、β-Proteobacteria和Kaistobacter等.这些结果加深了对重金属污染矿区土壤中微生物变化和聚集模式的认识,可为重金属矿区的生物修复提供菌种和理论依据.     

基于成组生物毒性测试的PM2.5毒性

为了准确评估PM_(2.5)的综合生物毒性,采用发光细菌急性毒性、斑马鱼胚胎急性毒性和体外人肺腺癌细胞(A549)毒性试验对常州市冬季雾-霾天、冬季正常天和夏季这3个时间段的PM_(2.5)进行生物毒性评价,并结合大气理化指标进行分析.结果表明,3个时间段的PM_(2.5)均表现出急性毒性或发育毒性.冬季雾-霾天、冬季正常天和夏季PM_(2.5)对发光细菌的毒性单位(toxicity unit,TU)值分别为1. 74(有毒)、1. 19(有毒)和0. 92(微毒);对斑马鱼胚胎的TU值从大到小排列为:冬季正常天(TU=1. 14,有毒)、冬季雾-霾天(TU=0. 79,微毒)和夏季(TU=0,无毒);对A549的TU值为:冬季雾-霾天(TU=0. 61,微毒)夏季(TU=0. 38,微毒)冬季正常天(TU=0. 31,微毒).在发育毒性方面,除夏季PM_(2.5)样品,其余2个时间段的PM_(2.5)均对斑马鱼胚胎发育有影响,主要表现出心包囊肿、脊椎弯曲和尾部畸形.平均毒性(average toxicity,Av Tx)、毒性指数(toxic print,Tx Pr)和最敏感测试(most sensitive test,MST)综合毒性评价方法表明冬季雾-霾天和冬季正常天PM_(2.5)均表现出有毒,夏季则表现出微毒,以冬季雾-霾天PM_(2.5)样品的综合毒性最高.此外,3种测试生物对PM_(2.5)污染物的敏感度排序为发光细菌斑马鱼胚胎 A549.理化指标和生物毒性的相关性分析结果表明,PM_(2.5)中所含的污染物对生物毒性效应产生影响,可为PM_(2.5)生物毒性综合评价和人体健康风险评估提供依据.     

Cr(Ⅵ)污染地下水修复的PRB填料实验研究

Fe0与Cr(Ⅵ)发生表层反应使Fe0-渗透反应墙(PRB)利用率极低且易板结、堵塞.针对Fe0利用率低,易板结、堵塞问题,研究了不同高分子材料包裹铁粉对受污染地下水中Cr(Ⅵ)的去除影响;实验结果表明,海藻酸钠(SA)作为包裹材料效果最好.FEI电镜扫描及EDX能谱分析结果表明,SA跟2价金属阳离子Ca2+交联形成孔隙结构,不仅为零价铁的附着提供了大量的吸附点位,还可使Cr(Ⅵ)进入到内部与铁粉反应.考察了SA包裹零价铸铁粉(SAC)和包裹还原铁粉(SAR)对Cr(Ⅵ)的去除影响;实验结果表明,SAC除铬性能是SAR的2倍.SAC填料工艺参数优化后,符合一级反应动力学;采用SAC填料进行动态实验,反应完全后铬/铁比高达32.25 mg.g-1,且填料仍然保持较高的渗透系数(2.38 cm.s-1);对SAC填料进行成本分析发现,SAC填料具有明显的价格优势,相比零价铸铁粉混砂填料节约成本76.56%.采用SAC填料治理Cr(Ⅵ)污染地下水是可行的.     

沉水植物腐解对水体水质的影响

在玻璃温室大棚内,模拟太湖的水、土、植物情况,研究了苦草在衰亡腐解过程中营养盐的释放规律以及对水体水质的影响,并初步探讨了其影响机理. 在初始生物量为689g/m2的条件下,苦草衰亡与腐烂分解对水体水质的影响呈2个阶段. 第1阶段为10月—翌年2月寒冷的秋、冬季节,表现为降解释放过程,但这一过程向水体及底泥中释放的碳、氮、磷较少,大部分碳、氮、磷仍保留在苦草残体中,水体pH及ρ(DO)也没有明显的变化. 第2阶段为3—4月天气回暖后,苦草残体的腐解速率急剧加快,向水体及底泥释放大量营养盐;3月水体TOC、TN、TP总量较2月分别增长了216.64%、60.96%、144.40%,底泥中TOC、TN、TP总量分别增长了31.20%、9.41%、19.99%;pH增长了6.27%,ρ(DO)降低了91.5%. 沉水植物腐解过程中各营养盐的赋存形态不断发生转化,并在水-底泥-植物三者间进行迁移.      

反硝化细菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮试验

为了揭示反硝化菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮效果及机理,以砾石、红砖碎块、钢渣、陶粒、土壤为湿地填料,茭白、梭鱼草、黑麦草、红叶石楠为湿地植物,构建了两套湿地系统,其中一套投加菌剂,另一套作为对照组,使用双总体t检验方法分析了投加反硝化细菌B8(Pseudomonas putida)菌液于水平潜流湿地系统的操作与生物强化湿地脱氮程度之间的相互关系。结果表明,将反硝化菌(B8)菌液连续14 d投加于水平潜流湿地后,在强化潜流湿地运行的58 d内,其NH_4~+-N、NO_2~--N和TN平均去除率分别为65.3%、94.2%和71.5%;而未投菌的潜流湿地的NH_4~+-N、NO_2~--N和TN平均去除率分别为28.2%、74.7%和43.1%,加入菌剂使潜流湿地氮素去除能力大幅提高。双总体t检验方法分析表明,在停止投菌运行的41 d内,接种B8细菌的湿地系统的总氮去除率显著高于未投菌的湿地系统(p0.05);但在停止投菌运行的58 d内,投菌湿地和未投菌湿地脱氮效果的差异不显著(p0.05),因此确定B8强化水平潜流湿地系统的投菌周期为58 d。     

电化学组合工艺削减垃圾渗滤液毒性的综合评价

以某垃圾填埋场的垃圾渗滤液为样本,将其在实验室以电化学氧化为主要工艺的废水处理装置出水作为研究对象。选择发光细菌、斑马鱼胚胎和斑马鱼仔鱼为受试生物,以发光抑制率及生物体死亡为观察指标,研究不同处理过程出水对3种受试生物的急性毒性效应。试验结果以半数效应浓度(Median Effective Concentration,EC50)和半数致死浓度(Median Lethal Concentration,LC50)表征。通过毒性单位(Toxicity Unit,TU)法、平均毒性(Average Toxicity,Av Tx)法、毒性指数(Toxic Print,Tx Pr)法、最敏感的测试(Most Sensitive Test,MST)法和潜在毒性效应指数(Potential Ecotoxic Effects Probe,PEEP)法等生物毒性评价方法对不同处理过程进行毒性削减评估。结果表明,出水对发光菌、斑马鱼幼鱼和胚胎的TU分别为0.63、9.82和8.55,与原水相比分别削减了81.52%、88.41%和89.65%。Av Tx、Tx Pr和MST法评价结果显示,经混凝沉淀-厌氧-电化学氧化-好氧组合工艺处理的出水仍具有一定的生物毒性,即现行的废水排放标准下不能完全阻止有毒废水的排放。此外在考虑废水排放量的基础上,PEEP评价法虽然表明出水无毒,但排放时需注意单项指标毒性。与成组生物试验相结合的PEEP评价方法可以反映垃圾渗滤液的综合生物毒性及评价其对生态系统的潜在影响。     

两种膜生物反应器处理养猪沼液的比较研究

养猪沼液有机物和氨氮浓度高,碳氮比低,生化处理难度大.本文对比研究了生物膜式膜生物反应器(biofilm membrane bioreactor,BF-MBR)和传统膜生物反应器(MBR)在进水化学需氧量(COD)和总氮(TN)比值分别为1.0±0.2和2.3±0.4条件下对养猪沼液的处理效果.结果表明,养猪沼液COD/TN为1.0±0.2时,两套反应器的出水水质都较差且波动较大.进水COD/TN比值提高到2.3±0.4后,两套系统的出水水质和运行稳定性均得到大幅度提高;BF-MBR对COD和氨氮的去除率分别为92.3%±2.4%和97.5%±4.1%,略优于MBR的91.9%±1.5%和91.2%±14.0%.与MBR相比,BF-MBR因生物膜的影响,对总氮和总磷去除率分别达36.7%±19.5%和54.0%±18.9%,显著高于MBR去除率19.2%±12.4%和29.0%±18.1%;BF-MBR系统比MBR减少了近40%的外加碱耗.BF-MBR比MBR有更好的污染物去除效果且消耗更少的外加碱剂,因此对处理沼液的适用性更好.     

酸度对染料臭氧化脱色效果及溶液毒性的影响

研究了20种染料溶液在臭氧氧化过程中吸光度的变化以及pH对氧化速率的影响,应用发光菌毒性检测法测定了活性翠兰KN-G,直接混纺大红D-GLN和酸性橙Ⅱ三种染料溶液在臭氧氧化过程中的急性毒性. 结果表明:臭氧氧化20种染料的脱色过程符合一级反应动力学,其相关系数(R2)均大于0.950 0,反应溶液的初始pH对染料的脱色率有一定的影响. 染料溶液初始浓度相同时,pH为2的酸性条件更有利于染料的降解,在前45 s,酸性溶液脱色率比中性溶液高出了6%～25%. 在臭氧氧化染料溶液的过程中,溶液接近无色时,毒性较大,但随着氧化的进行其毒性逐渐降低.      

底栖动物对富营养化水体的影响研究

通过室内试验探讨中华圆田螺营养盐释放的温度影响因子对氮磷营养盐循环、水体悬浮物以及摄入量和排泄量的影响等生态特性。研究发现,温度对中华圆田螺营养盐的释放有显著影响。TN和TDN随温度升高呈小幅度增加,TP和TDP则随温度升高呈明显增高,当温度分别由8℃升高至15℃和35℃时,TN则分别增加了5.71%和23.43%,TDN增加6.76%和17.57%;TP则增加92.60%和208.35%,TDP增加2.25%和110.17%。当温度分别由8℃升高至15℃和35℃时,NH4+-N分别增加了1.89%和26.55%,PO4--P增加了14.27%和225.96%,NO3--N则不受温度影响。另外,温度对SS的影响不明显(p>0.05),即使在8℃条件下仍有较高的去除率,为69.50%;试验各个温度下,螺对SS摄食量都大于排泄量,随着时间延长,螺对SS的摄入量有所降低,但仍高于其排泄量。由此可见,底栖软体动物对富营养化水体具有明显的净化作用,为湖泊富营养化控制提供了可供参考的依据。