我国典型养殖海域微塑料表面细菌群落结构特征研究

本研究在我国南方海水养殖海湾——茅尾海开展了冬、夏两季的微塑料表面细菌群落结构特征分析。茅尾海海域微塑料颗粒表面细菌群落主要包括变形菌门（30.52%～74.98%）、拟杆菌门（10.14%～58.64%）和放线菌门（1.21%～5.16%）等;在属水平上检测到了具有致病风险的弧菌属（0.21%～3.26%）、假单胞菌属（0.02%～2.88%）、不动杆菌属（0.07%～0.95%）和链球菌属（0.09%～0.86%）。微塑料表面附着的细菌种类与表层水体的重合率高于75%,但是二者细菌群落结构差异显著。细菌群落多样性分析结果显示,微塑料表面细菌群落的物种丰富度低于海水环境中的细菌群落,中等盐度（11.2～21.4）海域微塑料表面细菌群落的物种丰富度显著高于其他盐度海域（6.5～8.2,26.7～29.6）;夏季微塑料表面细菌群落物种丰富度与均匀度整体高于冬季。茅尾海不同盐度海域微塑料表面附着的细菌群落结构差异明显,并与周围海水中的细菌群落结构显著不同。养殖水体是微塑料表面附着菌群的重要来源,而温度和盐度是影响微塑料表面细菌群落结构特征的主要因素,微塑料表面细菌群落中存在潜在致病菌。     

基于入口NOx质量浓度修正的脱硝系统多模型预测控制策略及其应用案例

建立不同锅炉工况下基于欧式距离聚类的总给煤量长短期记忆神经网络预测模型,对入口处的NO_x质量浓度数据进行修正,其验证集上的均方根误差为3.53 mg·m^-3。该结果优于常见的回归方法深度神经网络与随机森林回归的预测结果。以此为基础,研究了基于入口NO_x质量浓度修正的多模型预测控制(MMPC),设计并进行了脱硝系统仿真。仿真结果表明,与原有控制条件相比,基于入口NO_x质量浓度修正的MMPC策略使脱硝系统出口NO_x质量浓度波动幅度减小了63.7%,并能满足出口质量浓度指标为40 mg·m^-3时的控制要求,实现卡边控制。现场工程应用结果表明：在高、中、低负荷正常运行的工况条件下,入口修正-MMPC策略可将出口NO_x质量浓度波动分别控制在±10.6 mg·m⁻³、±5.5 mg·m⁻³、±4.9 mg·m⁻³,以标准差来衡量波动幅度即分别减小了53.4%、74.7%、64.6%,此控制水平优于原有控制效果;在出口NO_x质量浓度易超标并出现高浓度氨逃逸的快速变负荷工况下,升、降负荷出口NO_x质量浓度波动分别控制在±6 mg·m⁻³、±5 mg·m⁻³,此控制水平仍优于原有控制效果。本研究的入口修正-MMPC控制策略可实现不同负荷、工况下的喷氨控制,减小出口NO_x波动幅度,降低后续设备低温腐蚀的风险,从而提高SNCR/SCR联合脱硝系统运行的经济性和安全性。     

高锰酸钾修复PAHs污染土壤过程中Mn迁移转化规律

为探究高锰酸钾氧化修复技术应用过程中Mn元素迁移转化规律及其潜在的环境风险,通过室内模拟实验,采用某焦化厂PAHs污染土壤作为研究材料,探究了高锰酸钾修复技术中不同药剂投加量对PAHs去除、高锰酸钾消耗量、土壤中Mn质量分数、Mn赋存形态分布及有效态Mn质量分数等的影响。结果表明,高锰酸钾氧化处理可有效去除土壤中PAHs;当高锰酸钾投加量为0.20 mmol·g⁻¹、反应时间为1 d时,PAHs去除率最高,可达89.61%。氧化处理过程中,高锰酸钾消耗量和土壤Mn质量分数均与高锰酸钾的投加量有关,随投加量增加而升高。其中,土壤Mn的质量分数与高锰酸钾消耗量呈显著正相关关系。高锰酸钾氧化处理后土壤中Mn主要以铁锰氧化物结合态存在,所占比例为77.04%~92.17%。土壤经0.05 mmol·g⁻¹高锰酸钾氧化处理后,土壤有效态Mn的质量分数比对照组增加了0.94倍;而在高锰酸钾投加量为0.10~0.40 mmol·g⁻¹的处理条件下,土壤有效态Mn的质量分数下降了77.65%~99.09%。药剂投加量是影响高锰酸钾氧化修复PAHs污染土壤过程中Mn环境行为的关键因子。本研究结果可为高锰酸钾氧化修复技术应用工艺优化提供参考。     

丹江口水库水质空间异质性多指标监测综合分析技术及效果

为深入分析丹江口水库水质时空差异性,探索影响水质的重要因子,提供更具综合性的水质分析方法,基于5个不同观察点,监测水质理化指标和浮游细菌(真菌)群落多样性指标,并采用判别分析法、配对T检验法、直接相关和典型相关分析法进行分析。结果表明：丹江口库区5个观察点的水质在2016年和2017年分别属于良好状态和优秀或良好状态,但是判别分析法显示水质理化指标在5个观察点上整体存在显著差异;浮游细菌(真菌)群落多样性指标在5个观察点上整体存在显著差异; 5个观察点水质理化性质在2 a的2个时期上均无显著性差异,即水质营养状态无显著变化,但两者之间存在显著相关性;对丹江口库区的水质理化指标群与浮游细菌(或真菌)群落多样性指标群按照2个不同时期分别进行典型相关分析,发现水质理化指标的变化趋势与浮游细菌群落多样性指标变化趋势一致;依据所有水质理化指标和浮游真菌(或细菌)群落多样性指标进行综合判别分析,可对不同观察点进一步精细分类;通过典型相关分析发现浮游真菌(或细菌)群落多样性指标可以间接指示或反映水质变化的特点;环境因子（水质理化指标）中重要指标包括X₃(COD)、X₅(NH₃-N)、 X₇(Chl-a)和X₈(SD);浮游细菌群落多样性重要指标包括Y₁(序列条带)、Y₂(OTU数)、Y₃(Ace指数)和Y₄(Chao1指数);浮游真菌群落多样性重要指标包括Y₁(序列条带)、Y₂(OTU数)和Y₃(Ace指数) 。本研究采用的多指标综合分析技术较单指标逐一分析更能全面客观地反映水质变化全貌,可为完善和丰富水质环境监测数据综合分析技术手段提供一定的参考。本研究结果可为相关管理部门监测和改善南水北调中线水源区水质并制定政策提供基础数据和参考依据。     

光生物反应器中活性污泥和藻类的共培养及微生物群落分析

利用污水处理厂好氧池活性污泥和来自二沉池壁的藻类构成菌藻生物反应器用以处理实际生活废水,探讨了不同泥藻接种比对废水处理效果的影响,并分析了稳定运行后的微生物群落组成。结果表明：泥/藻质量比为1∶0.75的混合系统对污染物质(COD、TN和TP)的去除效率最高;当HRT为2 d时,按泥/藻质量比为1∶0.75接种的光生物反应器(初始TSS为1.12 g·L−1)在搅拌和太阳光照射的条件下,对${{\rm{NH}}_4^ + }$-N的去除率可达99.7%,对${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$的去除率约为70%。利用高通量测序技术对运行42 d后反应器内(SRT为15 d)的细菌群落进行分析发现,优势细菌为厚壁菌门的微小杆菌属(Exiguobacterium),蓝菌门的光合产氧蓝细菌属(Cyanobium)和变形菌门α-变形菌纲的不产氧光合好氧异养固氮红杆菌属(Rhodobacter),其相对丰度分别为23.32%、15.23%和5.77%。同时,反应器内还存在氧化亚硝酸盐的硝化螺旋菌(Nitrospira),以及除磷的不动杆菌(Acinetobacter)和能进行好氧反硝化的副球菌(Paracoccus),其相对丰度分别为1.19%、0.58%和0.35%。     

醌指纹法及其在环境微生物领域的应用

微生物在环境中的丰度和多样性受到广泛关注.系统介绍了一种通过分析微生物菌群中电子传递体的种类和数量来表征其群落丰度和多样性的方法——醌指纹法.综述了醌指纹法的原理和检测分析手段,归纳了醌指纹法在废水处理、水体、土壤和堆肥环境场景中的应用,此外还分析了醌指纹法的优缺点.最后,对醌指纹法在未来微生物治理领域的应用进行了展望...     

某燃煤超低排放机组非常规污染物脱除

燃煤电厂非常规污染物的排放尚未引起足够的重视。为全面表征燃煤电厂非常规污染物脱除性能,针对某1 000 MW燃煤超低排放机组,分别采用FPM和CPM一体化采样系统、安大略法(OHM)、控制冷凝法、HJ 646-2013规定的有机物测试方法,系统研究了CPM、Hg、SO₃、PAHs等非常规污染物的梯级脱除特性。结果表明：100%、75%负荷时低-低温电除尘系统对CPM脱除率分别为87.15%、92.20%,湿法脱硫分别为49.65%、45.55%,不同负荷下FPM分别为3.6、4.4 mg·m⁻³,但CPM却分别达14.2、15.3 mg·m⁻³,CPM的浓度远超FPM;低-低温电除尘系统脱Hg效率为64.81%,整个系统的脱Hg效率为75.5%,Hg^p全部被脱除,剩余的是难以脱除的Hg⁰、Hg²⁺,脱除率分别为为63.01%、64.29%,Hg⁰排放浓度为5.4 μg·m⁻³,Hg²⁺排放浓度为0.5 μg·m⁻³;SCR脱硝催化剂将SO₂氧化成SO₃的转化率约为0.7%,低-低温电除尘系统可脱除88.7%的SO₃,湿法脱硫对SO₃的脱除率为29.63%,最终SO₃排放浓度为1.9 mg·m⁻³;全系统对16种PAHs脱除率达94.25%,其中,气相、固相脱除率分别为91.61%、99.27%,最终气相、固相PAHs排放浓度分别为2.39 μg·m⁻³和0.11 μg·m⁻³。现有超低排放设备对非常规污染物均有不同程度的协同脱除效果,满负荷条件下该机组CPM、Hg、SO₃、PAHs排放浓度分别为14.2 mg·m⁻³、5.9 μg·m⁻³、1.9 mg·m⁻³、2.5 μg·m⁻³,Hg的排放浓度满足火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011)中30 μg·m⁻³的要求,CPM、SO₃、PAHs尚无国家强制排放标准。本研究结果可为燃煤电厂后续非常规污染物的控制提供参考。     

改良剂与植物联合修复对汞铊矿废弃物重金属淋溶释放行为及微生物群落结构的影响

为探究改良剂赤泥(富铁铝的工业废弃物)与鱼粪(富氮磷的有机质)作为改良剂结合2种典型先锋速生植物(巨菌草和黑麦草)对汞铊矿废弃物中典型重金属(Hg、As、Sb、Tl等)淋溶释放的原位控制效果,通过150 d淋滤实验,考察了单一改良剂、混合改良剂及改良剂联合植物对汞铊矿废弃物和淋滤液理化特征、重金属淋溶释放规律及微生物群落结构的影响。结果表明,添加鱼粪和赤泥结合植物种植能显著抑制汞铊矿废弃物中As、Tl和Sb的释放,同时显著促进废弃物中Hg的溶出(P<0.05)。随着淋溶时间的延长,5个批次淋滤液中As、Tl和Sb的质量浓度分别降至对照组的21.28%~56.56%、33.21%~63.15%、32.23%~56.62%。经处理后汞铊矿废弃物中养分有所提高,相较于对照组,各处理组废弃物pH由3.87升至5.56~6.78,速效钾(AK)含量是对照组的5.60~8.75倍,有机质(OM)由对照组的0.64 g·kg⁻¹增至2.50~3.14 g·kg⁻¹。同时,改良剂与植物联合修复改善了汞铊矿废弃物微生物群落丰富度和多样性,其中以黑麦草组的细菌群落丰富度最高。综合考虑重金属淋溶释放控制和微生物群落结构改善,选择鱼粪和赤泥混合改良并种植巨菌草对汞铊矿废弃物的修复效果最佳,以上研究结果可为汞铊矿废弃物中重金属释放的原位控制与无土快速生态修复提供技术支持。     

低进水浓度CASS工艺沿程污染物去除特征及微生物群落变化

南方部分城镇污水浓度偏低,而循环式活性污泥法(CASS)能较好地处理低浓度污水,处理性能与微生物群落特征密切相关,但鲜有研究涉及其沿程微生物群落结构变化。本研究选取广东省某CASS城镇污水厂作为典型案例,分析其沿程污染物去除特征和微生物变化,从微生物学角度探讨污染物的去除机理。结果表明：低进水浓度CASS生化池沿程耗氧有机物(以COD计)、TN、NO₃⁻-N、TP主要在污泥选择区被吸附降解,进水1 h COD和TP值降至最低,NH₄⁺-N主要在主反应区被氧化降解,生化池可去除污水中56.42%的耗氧有机物(以COD计)、41.71%的TN、77.78%的NH₄⁺-N、99.59%的TP。生化池主要优势菌门有变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门,变形菌门是影响微生物多样性变化的关键菌门。属水平上,进水1 h选择区Zoogloea、Aeromonas和Thauera丰度较高,主反应区Nitrospira丰度较高;进水结束选择区Nitrospira丰度较高,主反应区Terrimonas和Lactobacillus丰度较高;沉淀1 h选择区Thauera丰度提高,主反应区Nitrosomonas丰度较高,主要发生氨氧化;闲置结束选择区脱氮菌类型多丰度高,主反应区Sulfuritalea、Haliangium、Zoogloea丰度较高。沿程功能性微生物丰度变化与污染物浓度变化相对应。NO₃⁻-N对微生物群落结构的塑造影响最显著(解释度为38.92%)。氮代谢途径表明沿程主反应区均发生全程硝化反硝化,选择区均发生短程硝化和全程反硝化,除进水1 h外,其余阶段选择区的反硝化功能基因丰度均比主反应区高。     

潮汐流-垂直潜流人工湿地对城市径流污染物净化效果

人工湿地(CW)在城市径流污染源头控制中发挥重要的作用。采用潮汐流(TFCW)-垂直潜流(VFCW)串联的复合人工湿地工艺(TF-VFCW),以砾石为填料构建人工湿地模型,探究TF-VFCW长期运行下COD_cr、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、TN和Cu²⁺的去除效果以及微生物群落变化对污染物去除效果的影响。结果表明：在80 d的运行中,TF-VFCW对COD、NH₄⁺-N、TN的去除效率逐渐下降,平均去除率分别为62.92%、65.54%、80.83%;系统对NO₃⁻-N的去除率先保持稳定,随后在波动中略有下降,平均去除率为95.27%;对TP的去除效果相对较为稳定,平均去除率为87.64%;对Cu²⁺的去除率虽有较大波动但总体上呈现上升的趋势,平均去除率为40.22%。TFCW单元的去污能力明显优于VFCW单元。随着时间的推移,TFCW单元在门水平上的优势菌种由Proteobacteria(变形菌门)变为Firmicutes(厚壁菌门);在属水平上,TF-VFCW中主要除氮微生物为Thauera(索氏菌属)、Thiobacillus(硫杆菌属)、Hydrogenophaga(噬氢菌属)、Nitrosospira(亚硝化螺菌属),主要除磷微生物为Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯菌属)、Bacillus(芽孢杆菌)等。TFCW的除氮、除磷功能微生物的多样性要明显优于VFCW。温度对除氮、除磷功能微生物的多样性和群落结构影响较大,NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、 TN的去除效果明显受到温度的影响,而磷的去除受温度影响较小,其主要通过基质吸附和植物吸收。