西安市典型景观水体水质及反硝化细菌种群结构

选取西安市区6个典型景观水体作为研究对象,在分析景观水体水质指标的基础上,运用Illumina高通量测序技术对景观水体中的nirS型反硝化细菌种群结构和多样性进行诊断,以期探明景观微污染水体水质与反硝化细菌种群结构多样性的偶联机制.结果表明,丰庆公园和劳动公园水体属于劣V类水,而曲江池、木塔寺生态遗址公园、新纪元公园水体符合V类水质标准,永阳公园水体符合Ⅳ类水标准.总氮从1.21~6.50 mg·L~(-1)(P0.05),永阳公园水体总氮最低,丰庆公园最高.劳动公园水体总磷含量最高,为0.10 mg·L~(-1),曲江池总磷最低,为0.02 mg·L~(-1)(P0.05).劳动公园水体氨氮为曲江池和丰庆公园的4.44倍(P0.01).Illumina高通量测序结果表明6个景观水体中nirS型反硝化细菌优势种属差异显著,副球菌属(Paracoccus sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、红长命菌属(Rubrivivax sp.)为优势菌群.主成分分析(PCA)表明来自新纪元公园和木塔寺公园水体的nirS型反硝化细菌种群结构主要受水体NH_4~+-N和高锰酸盐指数含量的调控,而NO_3~--N、NO_2~--N、TN、TP和DO对劳动公园和丰庆公园水体的nirS型反硝化细菌的种群结构影响显著;水体pH对永阳公园的nir S型反硝化细菌的种群结构影响显著.结果表明,西安市典型景观水体nir S型反硝化细菌的种群结构受不同水质指标的综合调控.     

磷酸盐对铁锰复合氧化膜去除地表水中氨氮的影响

利用中试实验系统,研究磷酸盐对石英砂滤料表面负载的铁锰复合氧化膜去除地表水中氨氮的影响.结果表明,当水温为17.2~21.9℃时,随着运行时间的推移,未投加磷酸盐滤柱的氨氮去除效果有所下降;而投加5~15μg·L~(-1)磷酸盐滤柱的氨氮去除效果稳定,且去除率大于95.3%.当水温低于10.5℃时,滤柱出水氨氮浓度超标,此时通过提高磷酸盐投加量至30μg·L~(-1)或增加滤层厚度均可实现出水氨氮浓度达标.但随着系统持续运行,仅增加滤层厚度的滤柱出水氨氮浓度会再次超标.水温在6.5~10.5℃之间,投加30μg·L~(-1)磷酸盐的条件下,120 cm和80 cm活性滤层的最大安全进水氨氮浓度分别为2.34 mg·L~(-1)和1.95 mg·L~(-1).滤柱中生物灭活实验表明活性氧化膜对氨氮的去除同时包括催化氧化作用和生物作用;投加磷酸盐条件下,活性氧化膜的总活性和催化氧化活性分别是未投加磷酸盐条件的1.36倍和1.79倍,这表明磷酸盐促进了活性氧化膜的催化氧化活性.     

一体式铝盐絮体-超滤膜净水效能与机制

一体式膜工艺以其占地面积小、污染物去除效率高等优点在水处理工艺中逐渐应用.然而,长期运行后,传统颗粒性吸附剂存在加剧膜表面损伤的风险,同时大多数研究所用吸附剂价格较高,如纳米铁、碳纳米管等.针对上述问题,本文将铝盐混凝剂水解后形成的松散絮体直接注入膜池,基于腐殖酸(HA)和密云水库原水,考察了一体式絮体-超滤膜工艺运行效能及膜污染行为.结果表明,仅HA过膜时,第12 d跨膜压差(transmembrane pressure,TMP)急剧增至76. 4 k Pa,将膜组件取出经自来水清洗膜表面后TMP降为10. 1 k Pa (13 d),表明滤饼层是膜污染的主要形式,并且运行期间HA平均去除率仅为23. 3%.絮体注入频率、曝气强度及溶液pH能显著影响该工艺运行效能,尤其溶液pH.当采用连续投加方式将43. 2mmol·L-1铝盐絮体注入到pH为6. 0、曝气速率为0. 3 L·min-1膜池内时,膜污染程度显著降低,第12 d时TMP仅增长到19. 5 k Pa,清洗之后TMP降为5. 6 k Pa (13 d),此时HA平均去除率提高至61. 2%.此外,密云水库原水实验表明,当原水直接过膜时,TMP也急剧增加,运行12 d时TMP达到38. 0 k Pa,而清洗膜表面后TMP降低至3. 8 k Pa (13 d),滤饼层仍然为主要污染方式,同时有机质平均去除率为7. 5%.在上述最佳工艺条件下(曝气0. 3 L·min-1、溶液pH 6. 0)投加43. 2mmol·L-1铝盐絮体时,TMP增长也极其缓慢,12 d时仅增至6. 1 k Pa,膜表面清洗后TMP降至2. 3 k Pa (13 d),有机质平均去除率高达58. 6%.本研究表明一体式铝盐絮体-超滤膜在水处理中具有潜在的应用价值.     

李家河水库污染物来源及水体分层对水质的影响

对污染物来源和水质演变规律的深入认识是水源水库水质污染控制的前提.李家河水库是西安市的重要水源地,为加强李家河水库水源地保护工作,于2016年12月～2017年12月逐月对李家河水库进行水质监测.结果表明,李家河水库的主要污染物来源是上游来水,其对高锰酸盐指数、TN和TP的贡献率分别达99. 52%、99. 41%和99. 23%;上游东采峪葛牌小学河段和草坪服务区以上河段污染负荷较高,西采峪主要污染源汇入点为养鸡场和渔场.夏秋季水库会形成热分层,水体稳定分层期,在外源污染汇入和底部厌氧释放双重作用下水体中TN、TP、高锰酸盐指数、TOC、Fe和Mn的质量浓度分别高达3. 32、0. 177、5. 21、3. 01、0. 21和0. 235 mg·L-1,其中TN、TP、Fe和Mn质量浓度均超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水限值;较高的营养盐水平促进了藻类的大量繁殖,水体稳定分层期表层水体藻密度最高达到2. 18×108个·L-1,优势藻种为蓝藻门的铜绿微囊藻和束丝藻,对水质安全威胁较大.因此李家河水库水质污染控制的首要任务是采取有效措施控制藻类繁殖,同时加强水库上游污染源治理,降低污染物输入负荷.     

应用FCM-qPCR方法定量检测水中常见病原体

以往对水体病原体的研究主要是通过监测粪大肠杆菌作为指示,然而研究表明粪大肠杆菌与水中病毒和细菌病原体呈现出较差的相关性.因此,选取水中典型病原体并对其进行定量检测是当前需要解决的技术问题.为此本研究建立了流式细胞术和定量PCR联合使用方法,用于快速获取水环境中总病毒、细菌以及几种典型病原体(大肠杆菌、军团菌、腺病毒、贾第虫和隐孢子虫等)的浓度水平,并将该方法应用到污水处理厂进出水及受纳河流上下游的病原体检测中.结果表明,该污水处理厂对总细菌和总病毒以及几种典型病原体都具有较高的去除率(93%);污水处理厂排水对受纳水体病原体浓度水平基本没有负面影响.研究为评估污水处理厂处理效果及排水对受纳水体的生态影响提供了技术支持.     

异养硝化细菌Pseudomonas putida YH的脱氮特性及降解动力学

针对传统污水处理过程脱氮处理效率低、工艺流程复杂、抗高氨氮冲击负荷能力弱等问题,以具有高效脱氮能力的异养硝化细菌Pseudomonas putida YH为研究对象,开展其生理生化特性、脱氮性能、影响因子及动力学分析.结果表明,菌株YH具有高效的异养硝化能力,氨氮最大去除率达99.1%,约53%的去除总氮转化为胞内氮,反应过程仅有少量的硝化中间产物积累;菌株YH还能够在好氧条件利用亚硝酸盐和硝酸盐进行生长代谢,最大去除率分别为99.8%和99.5%.同时,结合反硝化功能基因napA和nirK的PCR成功扩增,进一步证明菌株YH具有好氧反硝化特性;菌株YH生长特性与Logistic模型相匹配（R²>0.99）,氮素降解过程则符合Compertz模型（R²>0.99）,拟合所得氮素最大转化速率R_m为氨氮 > 硝氮 > 亚硝氮,迟滞时间t₀为硝氮 > 亚硝氮 > 氨氮;异养硝化最佳的条件是碳源为琥珀酸钠、C/N=10、T=30℃、r为160~200 r·min^-1以及pH=7,最优条件下平均氨氧化速率和R_m分别为8.35 mg·（L·h）^-1和16.71 mg·（L·h）^-1;菌株YH能够适应较宽范围的氨氮负荷,在高氨氮浓度下（1000 mg·L^-1）仍具有较高的异养硝化能力,体现了菌株YH具有处理高氨氮废水的潜能.     

双对栅藻FACHB-78甘油三酯积累的盐胁迫条件优化

以双对栅藻FACHB-78为研究对象,在NaCl质量分数0~45‰的条件下,研究了该藻生长形态、甘油三酯积累、光合活性等特性,确定了最优的盐胁迫条件.结果表明,随着盐度的增加,藻细胞密度逐渐下降,类胡萝卜素/叶绿素的比值逐渐上升,甘油三酯的积累量呈现先上升、后下降的趋势.在盐度为10‰的条件下,藻细胞密度比正常培养时降低了24.38%,甘油三酯浓度和含量均达到最大值,分别为250.88mg/L和33.41%,比正常培养时提高了97.05%和82.09%,且光合活性较高.对于生产生物柴油,在盐度为10‰的胁迫条件下,双对栅藻FACHB-78比在正常培养的藻细胞具有更大优势.     

周村水库四季变化过程中水体溶解性有机物的分布与光谱特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)及紫外-可见光谱技术(UV-vis),对周村水库四季变化过程中溶解性有机物(DOM)的分布及光谱特征进行了分析.结果表明:周村水库表层水体的氮素(总氮和溶解性总氮)和有机物(总有机碳和溶解性有机碳)的季节性差异显著,并且水库冬、春两季TN较多、TOC较少;表层水体DOM夏、秋两季的吸收系数a_(254)和a_(355)均高于冬、春季节,与有机物的分布相一致;四季的E3/E4均大于3.5,说明DOM以富里酸为主,E2/E3比值表明富里酸占DOM的比例夏、秋两季高于冬、春季节,除夏季外水库表层水体S_R均大于1,显示DOM主要为生物源;三维荧光通过PARAFAC解析出3种组分,分别为类腐殖质(C1)、可见区富里酸(C2)和类蛋白(C3);对3个组分进行相关性分析,结果显示,C1、 C2、C3之间具有显著的相关性(p0.01);DOM的总荧光强度及各组分的荧光强度均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,总荧光强度最大值为夏季的(1993.52±40.84) A.U.,最小值为春季的(1074.10±113.63) A.U.;周村水库各个季节间的DOM总荧光强度和荧光组分C1的荧光强度除夏、秋外均呈现显著的差异性(p0.05),组分C2和C3的荧光强度均呈现显著差异性(p0.05);周村水库四季的DOM生物源指数(BIX)为0.8～1.0,表明水库DOM具有较强的自生源特征,与腐殖程度指标(HIX)的结果相吻合;PCA分析显示,周村水库表层水体DOM的光谱特征差异明显,夏、秋两季的DOM光谱特征相近,冬、春两季的水体DOM特征相似;并且组分C1、C2、C3与DOM特征参数(FI、β:α)及溶解性有机碳(DOC)呈显著相关性(p0.01).通过对周村水库水体四季的DOM光谱特征进行研究,可以进一步分析水库水体的有机物污染特征,并为水库水质管理提供技术支持.     

亚硝酸盐对乳酸发酵缺氧-好氧SBR脱氮系统除磷的影响

在以可溶性淀粉为唯一碳源、进水含有硝态氮的缺氧-好氧SBR脱氮除磷系统中,研究了投配亚硝态氮对该乳酸发酵系统除磷的影响.试验结果显示,初始投加亚硝酸盐的浓度分别为2、5、10 mg·L~(-1)时对系统的缺氧吸磷及好氧吸磷都产生了抑制作用,缺氧阶段的释磷量和释磷速率随进水亚硝酸盐浓度的增大而升高.亚硝酸盐对缺氧期液相中乳酸和污泥中糖原的积累都有明显的影响,当亚硝酸盐浓度由0 mg·L~(-1)升至10 mg·L~(-1)时,乳酸浓度由14.06 mg·L~(-1)下降至1.56 mg·L~(-1),相反污泥中糖原的含量从235.69 mg·g~(-1)上升至272.97 mg·g~(-1)(以VSS计,下同),并且在好氧阶段糖原的消耗量增加,污泥的吸磷量也随之增加.研究表明,亚硝酸盐对淀粉直接发酵成乳酸的过程及糖原转化为乳酸的过程均有抑制作用.     

A2O-MBR工艺中生物泡沫现象原因及其影响研究

以实际规模A²O-MBR污水厂为研究对象,主要考察好氧池生物泡沫现象及其基本特征（质/量特征和生物特征）,探究引发生物泡沫的潜在原因,并分析生物泡沫对污染物去除效果及膜污染的影响.结果表明试验期间,好氧池生物泡沫现象日趋严重,泡沫质/量特征值（泡沫量-Scum index,SI^*和泡沫潜能/稳定性-Foam power,FP）随运行时间延长呈上升趋势,且SI^*和FP与总胞外聚合物（extracellular polymeric substance,EPS）和结合型EPS浓度显著相关.生物泡沫中丝状菌丰度、微生物活性均高于污泥混合液.经分析生物泡沫的产生及稳定可能是由EPS作用和丝状菌（主要是微丝菌和0092型菌）作用引起的.生物泡沫持续存在期间,A²O-MBR系统对污染物去除效果（COD、NH₄⁺-N、TN、TP和浊度）稳定,并未受到负面影响.泡沫对膜污染具有一定的影响.