包埋反硝化填料强化二级出水深度脱氮性能研究及中试应用

利用包埋广谱性高效反硝化填料处理城市污水厂二级出水,可有效降低出水总氮(TN)浓度,本研究共分为两部分,D1阶段研究了包埋反硝化填料对污水厂二级出水的适应性、TN去除效果、稳定运行及填料反冲洗的工况条件; D2阶段研究了填料在中试条件下稳定运行1 a脱氮性能的变化,并通过高通量测序和荧光定量分析(q PCR)手段,研究对比了包埋填料运行前后微生物种群的变化规律.通过研究发现,包埋反硝化填料在水温为(24±1)℃、pH为7. 1、HRT为1 h和填充率为10%,投加乙酸钠保证碳源充足的条件下稳定运行7 d,即可适应二级出水水质,实现出水总氮5 mg·L~(-1).通过对比研究不同水力停留时间(HRT)对填料TN去除效果的影响,得出适宜的HRT为30 min,填充率为10%的运行条件,在7. 2 m~3·d~(-1)的进水条件下经过1 a的稳定运行,TN去除率最高可达到90. 42%,出水总氮可稳定在5 mg·L~(-1)以下.通过对比反冲洗效果,确定了反冲洗强度为5. 2 L·(m~2·s)~(-1),周期为每3 d进行一次.高通量测序和荧光实时定量PCR分析结果表明,运行前后填料上反硝化功能菌属的丰度及拷贝数都有了明显增长,这说明细菌在包埋条件下可实现良好的自我生长.     

末次间冰期以来渭河盆地沉积相变化及其影响

渭河盆地南依秦岭、北邻黄土高原,保存了巨厚的风尘河湖相沉积序列,是研究新生代气候环境演化的理想场所.以位于西安凹陷区域的西安市鄠邑区正庄村获取的14 m钻孔岩心作为研究对象,通过与邻近的渭南黄土剖面粒度曲线和全球LR04深海氧同位素曲线对比,构建了岩心序列的年代标尺,利用粒度、磁化率等指标探讨风尘-湖相沉积对风力和水动力的不同响应.对粒度测试结果采用威布尔分布(Weibull-distribution)拟合方法,提取了4个粒度组分指示不同沉积相及变化,结果表明:(1)西安凹陷鄠邑地区在末次间冰期结束时发生了一次沉积相变,由湖泊沉积转向风成沉积;(2)尽管沉积相发生变化,粒度指标对沉积环境变化响应仍然敏感,与黄土和石笋记录可良好对比,揭示出末次间冰期以来渭河盆地沉积环境的显著变化.     

木耳菌糠生物炭对阳离子染料的吸附性能研究

为了有效处理印染废水,以废弃木耳菌糠（AG）为原料,采用限氧热解法在350、550、750℃的温度下制备木耳菌糠生物炭（AGBC）,处理含有孔雀石绿（MG）、番红花红T （ST）的有色废水.考察了不同初始pH值、吸附时间、初始浓度对AGBC吸附MG、ST的影响,讨论了吸附动力学及等温吸附特性.并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等技术对吸附前后的菌糠生物炭进行表征,探究吸附机理.结果表明：随着热解温度的升高,吸附剂表面的含氧官能团数量逐渐减少,而比表面积和芳香化程度逐渐增加.MG的平衡吸附量随溶液pH值的升高而增大,而ST的平衡吸附量呈现相反趋势.AGBC对MG、ST的吸附分别在8h和4h基本达到平衡.AGBC对MG的吸附过程符合准一级动力学模型与Freundlich模型,说明吸附过程以物理吸附为主;对ST的吸附过程符合准二级动力学模型与Freundlich模型,说明吸附过程以化学吸附为主.与AG350和AG550相比,AG750对MG和ST的吸附量更高,经Langmuir模型拟合,其对MG和ST的最大吸附量分别为10249.79mg/g、3353.49mg/g.吸附机理表明,AGBC对MG的吸附主要为静电引力和π-π共轭作用,对ST的吸附主要为氢键作用、π-π共轭作用以及静电引力.说明AGBC对阳离子染料具有一定的吸附潜力,是一种经济高效的吸附材料.     

一体式厌氧氨氧化反应器常温运行与微生物群落研究

为明确温度对一体式厌氧氨氧化工艺的影响,本研究通过降温实现了一体式厌氧氨氧化工艺22℃下的常温运行,探究了微生物活性和群落结构随温度的变化.反应器采用自配进水、间歇曝气方式运行,进水NH₄⁺-N浓度约254mgN/L,试验过程出水NO₂^--N浓度稳定在在10mg/L以下,但NO₃^--N随着降温有升高的趋势;总氮容积负荷在1.0~1.2g/（L·d）之间,总氮去除负荷在0.7~0.9g/（L·d）;总氮去除率在62%~88%.反应器颗粒污泥中AOB活性始终最高,NOB活性远低于AOB和AnAOB;温度降低NOB活性增加;AnAOB到22℃时活性明显下降,因此需特别关注该温度下反应器的运行工况.Ca.Brocadia是反应器内丰度最高的AnAOB,相对丰度为2.7%~15.1%;Nitrosomonas是反应器内丰度最高的AOB,相对丰度为2.8%~11.5%.研究发现降温使AnAOB的优势属从Ca.Jettenia变为Ca.Brocadia;即后者较前者在低温条件下更具优势.     

氯和紫外消毒过程中胞外抗性基因的产生特征

考察了城市污水氯和紫外消毒过程中不同物理形态的胞外抗性基因的产生行为与及微生物群落的关联特征.结果表明,氯消毒尽管使胞内抗性基因丰度下降,但使结合型胞外抗性基因丰度明显上升（0.7±0.1）log,而游离型胞外抗性基因丰度下降（0.2±0.1）log.紫外消毒也使胞内抗性基因下降,但使游离型胞外抗性基因显著上升（0.4±0.2）log,而结合型胞外抗性基因丰度下降（0.3±0.1）log.氯消毒后,结合型胞外DNA（a-eDNA）中变形菌门丰度下降而其他菌门的丰度上升,细菌多样性指数由4.2上升到4.7;而游离型胞外DNA（f-eDNA）中变形菌门上升了6.6%,多样性指数则从3.5降低到2.8.紫外消毒后,a-eDNA中变形菌门丰度下降了36.6%,多样性则上升到4.8,而f-eDNA中细菌丰度变化较小.分子生态网络分析揭示了抗性基因与细菌间广泛的寄存关系,tetA、tetX、sulI和sulII分别与17、15、15和5种菌属间存在共现性,表明抗性基因潜在宿主的变化是导致消毒后胞外抗性基因产生的关键原因.本研究表明氯和紫外消毒不能消除抗性基因风险,反而通过导致不同胞外抗性基因的大量产生,使风险的形式发生变化.     

多元复合调理剂对镉砷污染农田土壤微生物群落结构的影响

通过温室盆栽试验,研究多元复合调理剂（石灰石、铁粉、硅肥和钙镁磷肥,简称LISP）对土壤基本理化性质、Cd和As的生物有效性和微生物群落结构的影响.结果表明,LISP可改变土壤基本理化性质,降低土壤有效态Cd和As含量,并改变土壤微生物群落结构.在0.4%的LISP添加下,土壤pH值、有效磷和总磷含量较CK处理分别显著（P< 0.05）提高0.57单位、130.6%和18.38%,同时土壤有效态Cd和As含量较对照分别显著（P< 0.05）降低21.76%和16.39%.高通量测序结果表明,添加LISP可维持污染土壤中正常微生物群落的多样性和丰富度,而显著改变土壤微生物群落的组成和结构,其中厚壁菌门、放线菌门和浮霉菌门等门水平物种的相对丰度增加,而绿弯菌门、酸杆菌门和疣微菌门等门水平物种的相对丰度降低.冗余分析和Mantel检验分析表明,土壤pH值、有效磷以及有效态Cd和As含量是影响土壤微生物群落结构的主要环境因子.上述结果表明,LISP是一种有效的、生态安全的调理剂用于农田土壤Cd和As污染土壤修复.     

生物载体内孔径对生物膜微型动物多样性与稳定性影响

为了给废水处理生产中最佳孔径的生物载体选型提供依据,本研究系统考察聚氨酯海绵生物载体5种孔径（0.6~4mm）大小对生物膜微型动物群落多样性以及稳定性的影响.结果表明：鞭毛虫、肉足虫等是运行前期与中期的优势种属,游泳型与固着型纤毛虫、轮虫是后期的优势种属.不同孔径载体在不同时期,微型动物多样性、稳定性等参数变化具有明显差异.小孔径（0.6mm）载体微型动物仅在运行中期内表现出较高多样性,中小孔径（1mm）载体多样性总体偏低,中大孔径（3mm）和大孔径（4mm）载体微型动物多样性波动剧烈.小孔径、中小孔径载体内微型动物稳定性好,中大孔径载体稳定性波动大,而大孔径载体最不稳定.中等孔径（2mm）载体内微型动物群落物种丰富度、均匀度高,多样性高且稳定（后期H=2.12、R=1.19、λ=0.16）,其微型动物群落最为稳定（后期W_H=0.13）,且表现出较好的废水处理效果,中等孔径是理想的生物载体内部孔径大小.在生物膜系统中,微型动物多样性稳定指数W_H可作为废水中CODc_r去除效果的指标参数.     

基于高通量测序技术分析青岛市典型海滩沉积物的微生物多样性

为了解青岛典型海滩沉积物环境中微生物群落结构的组成及差异性,采集了青岛市五大典型海水浴场的近海沉积物样品,利用高通量测序技术研究了不同沉积物环境中微生物群落结构的组成差异。结果表明,在门的水平上,五大海水浴场沉积物中变形菌门（Proteobacteria）占主导地位。主坐标分析（principal co-ordinates analysis,PCoA）的结果表明,五大海水浴场沉积物环境中的微生物群落结构组成存在明显差异（p<0.05）。通过比对致病菌数据库发现,五大海水浴场沉积物环境中检测到潜在致病菌属13种,包含致病菌种共有17种。其中,弧菌属（Vibrio）的相对丰度均高于其他潜在致病菌属,且在第三和金沙滩海水浴场中相对丰度最高,对海洋环境生态及海产品养殖造成一定的影响。     

生物炭对MSL污水处理及微生物群落结构的影响

为进一步提高多级土壤渗滤(MSL)系统对污染物的去除性能,通过对比不同形状土壤模块(方形结构和U形结构)的MSL系统,典型污染物去除率及微生物群落结构,探究生物炭对MSL系统污染物去除机理的影响.实验结果表明,在不同水力负荷下,生物炭可显著提高MSL系统对污染物的平均去除率(P<0.05),并表现出快速启动与抗冲击负荷能力,对COD_Cr、TP、NH₃-N、TN的平均去除率为87.74%、96.23%、97.65%、89.38%;U形结构可提高MSL系统对COD_Cr、TP、NH₃-N、TN的平均去除率,但与方形结构无显著性差异(P>0.05)(TP除外);生物炭提高了MSL系统中氨氧化细菌以及反硝化菌属的相对丰度,强化了系统对氨氮的去除;U形结构提高了亚硝酸盐氧化细菌的相对丰度,使脱氮过程更加顺利.因此,生物炭通过调节MSL系统的微生物群落结构特征、改善系统水分运动状态,增强了系统对典型污染物的去除能力与抗冲击负荷的能力.     

稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布

土壤中氧化亚氮（N₂O）的释放量占全球N₂O释放总量的60%.其中，稻田土壤是N₂O最主要的释放源.反硝化过程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物过程之一.本研究选取广东韶关稻田垂向土壤（0~100 cm）为研究对象，通过乙炔抑制剂法测定了N₂O产生潜势和反硝化潜势，并利用针对特异性功能基因的实时荧光定量和高通量测序技术分别分析反硝化功能基因丰度和反硝化微生物群落结构.结果显示：0~10 cm深度的土壤样品N₂O产生潜势最高，可达（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中，nirK基因的丰度峰值（（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1）出现在0~10 cm深度，而nosZ和nirS基因的丰度峰值（（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10⁷ copies·g^-1）均出现在10~20 cm深度.稻田垂向土壤中N₂O产生潜势和相关的反硝化功能基因（nosZ、nirK和nirS）丰度均随土壤深度的增加而逐渐降低.其中在所有深度的土壤样品中nirK基因的丰度均高于nirS.基于nirK基因的高通量测序结果发现慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）的相对丰度最高（44.06%±6.14%，n=6）.相关性分析表明，稻田土壤中N₂O产生潜势与环境因子（TN、TC和含水率）、反硝化功能基因丰度以及慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），罗河杆菌属（Rhodanobacter）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的相对丰度呈正相关.上述结果表明稻田土壤中环境因子和反硝化功能基因丰度影响了N₂O产生潜势的垂向分布.