老龄垃圾渗滤液中溶解性有机物在SAARB和MBR处理过程的转化特征

生物法是常用的垃圾渗滤液处理工艺,然而垃圾渗滤液中有机物组成极为复杂,在生物处理过程有机物被完全去除、新产生、减少、保留和增加的5种情形不明.本文采用了超高分辨质谱电喷雾电离傅立叶变换离子回旋共振质谱从分子层面研究老龄垃圾渗滤液中溶解性有机物（DOM）分别在矿化垃圾床（SAARB）和膜生物反应器（MBR）处理过程的转化特征.结果表明,老龄垃圾渗滤液含有5000多个DOM分子式,主要由CHO、CHON、CHOS和CHONS类物质组成,分子组成十分复杂.经过SAARB和MBR处理后,出水中DOM数量分别小幅降低至4909和4864种,SAARB和MBR作为生物法对老龄垃圾渗滤液中有机物分子去除特性相似,被完全去除和减少的物质组成主要为生物可利用性较高的脂肪族类物质（H/C ≥ 1.5）、高度不饱和物质和酚类物质（0.50 ≥ AI,H/C<1.5）,这部分DOM表现出还原饱和的化学特性.新产生、保留和增加的部分物质主要是传统意义上指代的难降解有机物,其主要是高度不饱和物质和酚类物质（0.50 ≥ AI,H/C<1.5）以及芳香指数更高的多酚类物质（0.66 ≥ AI>0.50）,表现为氧化不饱和和还原不饱和的化学特性.本文揭示了老龄垃圾渗滤液在生物处理过程中DOM分子层面的转化特征,为老龄垃圾渗滤液在生物法高效处理提供理论参考.     

聚烯丙基氯化铵调控的中空多孔磷酸八钙超结构及其对Pb(Ⅱ)的吸附特性

环境友好、价格低廉且易于批量化生产的矿物基吸附剂在环境污染物去除方面越来越显现出其优越性,但以往的研究多集中于晶相的矿物吸附剂,有关亚稳相的研究相对较少.因此,本文通过仿生矿化的方法,以聚烯丙基氯化铵（PAH）作为生长调节剂,在气相扩散过程中成功制备了由超薄纳米片构筑的中空、多孔磷酸八钙（Octacalcium Phosphate,OCP）微球.结果发现,制备的吸附剂具有较高的比表面积和孔隙率,且高分辨电镜图片显示其具有一定的非晶纳米区域,并对重金属离子Pb（II）表现出优越的吸附特性.吸附实验证明,OCP/PAH对Pb（Ⅱ）的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,最高吸附量可达1644.74 mg·g^-1.该亚稳相矿物吸附剂出色的重金属吸附性能,为开发新型矿物吸附剂提供了新思路.     

氮肥-垃圾渗滤液复合影响区非饱和-饱和带全剖面氮素分布特征及微生物响应

农田氮肥和垃圾填埋场渗滤液是我国地下水氮素污染的两大来源,从氮肥-垃圾渗滤液复合影响区域内采集6份土壤剖面-地下水样品,分析非饱和-饱和带全剖面中氮素的分布特征,来清晰判识该类典型区域的氮素跨介质污染特征和途径,同时通过高通量测序进行氮循环功能微生物分析,来解析氮循环功能微生物对氮素分布的响应.结果发现,在高施肥量采样点中,土壤中的硝态氮（NO₃^--N）和溶解性有机氮（Dissolved Organic Nitrogen,DON）含量均显著高于低施肥量采样点（p<0.01）,NO₃^--N大量分布在深度0~240 cm的土壤中（p<0.05）,部分NO₃^--N下渗进入地下水,高施肥量采样点地下水中NO₃^--N浓度在总溶解性氮（Total Dissolved Nitrogen,TDN）中占比达31.93%~84.70%,硝化菌在氮循环功能菌中占比为27.08%~87.99%,说明氮肥是该区域地下水NO₃^--N的主要来源.铵态氮（NH₄⁺-N）在非饱和带深度0~20 cm和400~460 cm的范围内含量较高（p<0.05）,垃圾填埋场下游的地下水NH₄⁺-N浓度均超标,在TDN中占比为26.40%~59.71%.统计分析表明,垃圾填埋场渗滤液可能是造成地下水中NH₄⁺-N浓度空间差异的重要因素,并很可能是导致地下水位波动带附近出现NH₄⁺-N高积累的主要原因（p<0.05）.这些结果将有助于复合影响区氮素的污染评估和防控.     

1株α-蒎烯降解菌的分离鉴定及降解特性研究

从处理废气的生物滤塔内筛选到1株能高效降解α-蒎烯的菌株PT.通过菌落形态、生理生化特征、16SrRNA基因序列相似性分析及Biolog鉴定等方法,确定该菌株属于荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens).菌株PT最佳生长条件为: NaCl浓度0.00%、pH7.13、温度25.5℃,降解速率达到最大值5.22mg/(L×h).降解过程符合Haldane’s抑制生长动力学模型,最大比降解速率为0.0364h-1.菌株PT能不同程度地降解一些分子结构较为简单或与α-蒎烯结构相似的工业有机污染物.代谢产物分析表明,菌株PT在降解α-蒎烯的过程中产生柠檬油精、紫苏酸等结构较为简单的物质,它们最终被完全矿化为CO2或合成细胞自身组成物质.碳平衡分析表明,底物有机碳含量完全矿化和转化为细胞生物量的比例分别为64.83%和30.37%.     

苦草对水-底泥-沉水植物系统中氮素迁移转化的影响

通过模拟水-底泥-沉水植物(苦草)系统,检测了苦草整个生命周期内总氮及各形态氮含量的变化,以反映N在该系统内的迁移转换.结果表明,在整个研究阶段,空白组和苦草组系统氮含量(水体+底泥+苦草中氮含量)均持续降低,但苦草组(实验始末)氮含量降低幅度明显高于空白组,其中苦草组系统中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了41.68%、81.96%、93.34%,分别比空白组提高了11.39%、31.90%、0.28%;苦草组底泥中TN、NH4+-N、NO3--N含量分别减少了43.45%、87.41%、96.50%,分别比空白组提高了13.78%、37.26%、1.68%.苦草的存在促进了底泥氮的释放,显著提升了底泥微生物活性及氮循环菌的数量,从而加快了系统内的氮素循环,并在其生命周期的不同阶段明显改变各形态氮的迁移及转化方式.2012年7~10月,苦草组系统总氮(TN)减少幅度最大,到10月份,水体中氮素含量达到最少.     

黄河口典型潮滩湿地土壤净氮矿化与硝化作用

采用PVC顶盖埋管原位培育法研究了黄河口典型潮滩湿地土壤净氮矿化与净硝化作用的动态变化特征、影响因素及净氮矿化/硝化量.结果表明,高潮滩湿地(LW)、中潮滩湿地(JP1)和低潮滩湿地(JP2)0~15cm土壤无机氮含量具有明显的季节变化特征,NH4+-N含量表现为LW＞JP1＞JP2,NO3--N含量则表现为JP1＞LW＞JP2.3种湿地土壤净氮矿化/硝化速率均呈明显的波动变化.生长季的净氮矿化量分别为27.81、11.90和0.33kg/hm2,净硝化量分别为12.09、15.99和1.19kg/hm2,净硝化量占净氮矿化量的百分比分别为43.47%、100.00%和100.00%.相关分析表明,湿地土壤净氮矿化量与土壤水分含量呈显著负相关,而土壤净氮硝化量与土壤pH值呈显著负相关.3种潮滩湿地土壤在维持无机氮方面的能力整体表现为LW＞JP1＞JP2,说明从氮循环角度高潮滩湿地系统最为稳定,而低潮滩湿地系统的稳定性最差.     

富氧-缺氧过程对氧气分布及交换过程影响

为考察底层水体不同的氧动态对水土界面氧气交换过程影响,采用Unisence的微电极测试系统考察底层水体不同的复氧-缺氧环境(物理微曝空气供氧、添加过氧化剂的化学供氧及物理微曝氮气)中,沉积物-水界面氧气的分布及其传输机制,并评估不同富氧与厌氧过程对表层沉积物有机碳的矿化过程的影响.结果表明水体处极度厌氧状况,控制溶解氧分布和交换的水底扩散边界层(DBL)厚度明显变薄(一般在0.2~0.4mm)且溶解氧衰变相对较缓.但底层水体溶解氧丰富甚至处于过饱和状态, DBL层的厚度(一般在0.4~0.7mm)相对较厚且氧气变化迅速 (P<0.05).增加水体氧气供给的条件下,水体与沉积物间溶解氧交换过程加快,溶解氧交换通量由(4.87±0.92)增加至(5.31±0.66 )及(17.14±3.15 ) mmol O2/(m2·d)交换速率,最高提升252%,温度升高氧气交换速率可增加15%,温度效应明显.     

不同退耕还草方式下宁夏南部山区土壤氮素转化速率与微生物变化的耦合关系

为了明确不同退耕还草方式下土壤养分转化的机理及其影响因素,以宁夏南部山区(下称宁南山区)天然草地、人工草地和撂荒地土壤为研究对象,运用PVC顶盖埋管法对3种类型草地土壤中氮素的净转化速率、微生物区系和氮素微生物生理群进行了研究,探讨土壤氮素净转化速率与微生物的关系. 结果表明:①在培养过程中,3种草地类型土壤中细菌、放线菌和真菌数量平均值分别为9.6×105、3.8×104和4.0×101 CFU/g(以干土计),氮素微生物生理群数量表现为氨化细菌(4.5×104 CFU/g)>自生固氮菌(4.3×103 CFU/g)>硝化细菌(6.5×102 CFU/g)>反硝化细菌(3.9×102 CFU/g)>亚硝化细菌(1.7×102 CFU/g),其中,人工草地土壤中微生物数量最高;②细菌、真菌、反硝化细菌与亚硝化细菌数量的峰值均出现在培养第120天,放线菌和自生固氮菌数量的峰值均出现在第240天,硝化细菌数量的峰值出现在第60天,而氨化细菌数量在各类型草地土壤中出现峰值的时间不统一;③各类型草地土壤氮素的净矿化速率、净氨化速率、净硝化速率均在61~120 d内最低,净矿化速率与净硝化速率在181~240 d内最高,净氨化速率在241~360 d内最高,微生物固氮速率的峰值出现在121~180 d,最低值出现在241~360 d. 在该区土壤氮素转化速率与微生物数量紧密相关,土壤温度、土壤水分通过影响微生物数量而成为影响土壤氮素矿化的主要因素;土壤氮素的生物固持过程比有机氮矿化过程更为活跃;种植苜蓿的人工草地比天然草地和撂荒地更有利于微生物的繁殖与土壤氮素的矿化.      

准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的脱氮菌群研究

为探明准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的生物脱氮机理,采用最大或然数计数法以及一系列的生化试验和镜检照片,研究了床层不同高度脱氮菌的数量和菌群结构.结果表明:床内亚硝化菌、硝化菌、厌氧反硝化菌和好氧反硝化菌的平均数量分别为5.3×106,7.5×106,6.9×103和2.5×105 g-1,亚硝化菌、硝化菌和好氧反硝化菌主要富集于反应床的表层和底部,厌氧反硝化菌主要富集于反应床的中部;从床内共分离出3株亚硝化菌,6株硝化菌,5株厌氧反硝化菌和6株好氧反硝化菌.准好氧矿化垃圾床处理渗滤液的生物脱氮机理为同步硝化反硝化,主要发生在反应床的表层和底部.