人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究进展及展望

人工湿地（CW）与微生物燃料电池（MFC）的耦合系统是一种新型的生物电化学系统。该系统可以在生物产电的同时进行废水处理。结合近年来对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统（CW-MFC）的系统产电和污染物降解性能的研究,综述了CW-MFC系统的最新研究进展,主要从系统结构（湿地植物、微生物、电极材料、基质材料）和影响系统运行因素（水力停留时间、溶解氧、有机负荷及废水成分、氧化还原电位）2个方面概述。最后总结了CW-MFC面临的挑战及今后的发展方向,并展望了该系统的研究潜力。     

人工湿地小试系统藻类去除效果的变化研究

夏季在水力负荷为800mm/d间歇式进水条件下,研究了人工湿地不同工艺流程的8套小试系统SSP（system of small plot）内部水流方向上藻类去除率的变化。结果表明：人工湿地小试系统中,藻类生物量沿水流方向逐渐减少,除藻率在出水处均达到最大值。藻类的去除主要发生在湿地水流方向的前几层,而系统其他层对藻类只有微弱的去除效果。由下行池与上行池构成的湿地系统中,去藻是上、下行池共同作用的结果。在有推流床或塘处理系统参与的湿地系统中,它们对藻类的去除均有一定的作用。去藻作用主要是基质的拦截,不同的水流方向、植物和微生物也起到了一定作用。湿地对藻类的去除率在夏季一般都能达到90%以上,证明人工湿地是一种有效的除藻生态-生物方法,对除藻要求比较高水体的湿地构建及工艺流程的设计、组合具有重要意义。     

潮汐-复合流人工湿地系统优化及对抗生素抗性基因的去除效果

抗生素抗性基因随废水排放传播扩散,对环境生物和民众健康构成严重威胁.针对废水中抗性基因的深度去除值得重点关注.在前期研究中发现潮汐流人工湿地能有效去除废水中多种氮素.本研究通过增加隔板和种植植物等方式进一步优化潮汐流人工湿地系统,并考察了工艺优化对抗性基因去除和脱氮功能微生物的影响机制.结果表明,同时增加隔板和种植植物后的潮汐-复合流人工湿地系统能有效提高抗性基因的去除效率,在增加隔板和种植植物组对7类21种抗性基因去除率最高达到83.82%~100.0%,显著高于单一增加隔板或种植植物组.从湿地基质和植物中的抗性基因绝对丰度对比可以看出,增加隔板能促进湿地基质中抗性基因量积累,而植物对抗性基因吸附也是其去除途径之一.同时,结合氮循环功能基因测序结果显示,湿地系统优化能提高基质中硝化和反硝化功能微生物物种多样性和丰富度,这与优化系统对废水中硝化量、反硝化量和总氮的去除率相对更高结果一致.     

旱区经营人工植被对土壤干化过程的调控

人工植被在北方旱区具有重要的意义,但在干旱少雨的条件下开展建设,必须讲求水分平衡。基于此,作者通过考察长期的经营实践,从土壤水分角度讨论人工植被与环境之间的耦合匹配问题。阐述了普遍发生的人工植被作用下的土壤干化对植被自身的不利影响以及其可调控性,并进一步对调控途径和措施进行了分析。表明人为采取措施可以将土壤干化现象加以调节和控制,如局部带状或团块状种植、疏伐、轮作、休闲、灌溉等。在贯彻适地适种原则的基础上,还需选择耗水量少的抗旱节水植物和可维持土壤水库水平的密度或盖度,这是保证人工植被稳定持久值得重视的又一重要方面。预防土壤干化是首要的,需多途径相互结合进行调控。对土壤干化过程的调控实际上就是有效经营人工植被。需要结合经营目标评定人工植被的稳定性。     

潜流人工湿地理化性质及不同形态氮素的空间分布

对潜流人工湿地系统的可溶解氧、pH、氧化还原电位以及水温等理化因子和不同形态氮素的空间分布进行了较全面研究。结果表明,潜流人工湿地上部溶解氧高于下部;湿地下部pH较小,主要在6.9～7.2之间;氧化还原电位表现为上部前端氧化,下部后端还原;湿地装置内下部温度总体比上部要高,前端表现得尤其明显;湿地前端上部是COD和氨氮降解的主要场所,在前端下部区域硝氮的浓度低而亚硝氮、氨氮的浓度相对较高;湿地系统中亚硝氮含量较低,仅在前端中下部有所积累;总氮浓度在湿地前端较高而后端较低,其去除率在根本上依赖于反硝化作用的强度。