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。     

不同阳离子和碳氮比对反硝化性能及亚硝酸盐氮积累的影响

在序批式反应器(SBR)中,采用乙酸钠为碳源,通过硝酸钠和硝酸钙的交替投加、微量元素的投加以及碳氮比(COD/NO₃⁻-N)的改变,探究了不同控制条件对反硝化性能及NO₂⁻-N积累的影响,并分析了反应器中微生物种群演替特征。结果表明,在以乙酸钠为碳源的SBR中,Ca²⁺浓度过高会抑制反硝化。以NaNO₃为NO₃⁻-N来源时,硝酸盐氮还原率维持在50%左右;相同条件下,以Ca(NO₃)₂为NO₃⁻-N来源时,硝酸盐氮还原率仅有20%。反应器中补充适量磷元素后,硝酸盐氮还原率提高至62%,同时有少量的亚硝酸盐氮积累。当C/N比提高为4后,硝酸盐氮还原率大于98%,长期运行下亚硝酸盐氮积累率平均为83.8%。高通量测序分析结果表明,变形菌门和拟杆菌门在系统中占主导地位。NO₂⁻-N积累的关键功能菌属是Thauera菌属,其最高占比为17.25%。以Ca(NO₃)₂为NO₃⁻-N来源时,Thauera菌属占比仅为0.14%。以上研究结果为短程反硝化的快速启动和稳定运行提供参考。     

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...     

沉淀-电解氧化法处理高铁氰化废水

采用沉淀-电解氧化联合技术处理高铁氰化提金废水,重点考察了沉淀剂添加量、沉淀时间、温度、电解电压、电解时间等因素对总氰、游离氰和铁氰络合物去除率的影响。结果表明,随着CuCl₂加入量的增大,氰化废水中各主要离子的沉淀率逐步增加。常温下向100 mL含氰废水中加入3.0 g CuCl₂并搅拌40 min后,总氰(CN_T)、CN⁻、Fe离子的去除率分别可达到95.29%、98.00%与100%。以钛板为阴阳极,采用一阴两阳体系对沉淀后液进行电解氧化实验,当电压为6 V、极间距为15 mm、电解时间为5 h、初始浓度为60%的条件下,CN_T和CN⁻的去除率最高可达到99.76%和99.90%。XRD分析表明,沉淀过程中铜氰、铁氰络合离子的去除主要归因于CuCN、Cu₂Fe(CN)₆、CuSCN等沉淀的形成。电解氧化过程中随着外加电压与氯离子浓度的增大,废水中残存的游离氰与金属氰络合离子的去除率逐渐增加,这主要是阳极反应产生的Cl₂/ClO⁻等强氧化剂作用的结果。以上研究结果可为高铁氰化提金废水的综合处理提供参考。     

滤坝基质排布方式对微污染水体净化效果的影响

采用吸附效果较好的火山石和炉渣作为填料,构筑了3个室内滤坝小试系统,研究了不同的基质组合配置对滤坝净化污染物的影响.3种不同的基质组配分别方式为:火山石和炉渣均匀混合、沿水流方向先火山石后炉渣和沿水流方向先炉渣后火山石.结果表明,3个滤坝系统对微污染水体具有明显的净化效果,总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)...     

不锈钢纤维毡改性材料的制备及在微生物燃料电池中的应用

为制备一种导电性高、生物相容性良好且耐腐蚀的阳极材料,提高微生物燃料电池(MFC)的产电性能,以不锈钢纤维毡(SSFF)为基底,采用水热反应法制备了还原氧化石墨烯/不锈钢纤维毡(RGO/SSFF),并进一步采用粉体烧结法将纳米二氧化钛(TiO₂)负载至RGO/SSFF,制备了二氧化钛/还原氧化石墨烯/不锈钢纤维毡(TiO₂/RGO/SSFF),将SSFF(对照)、RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF分别作为MFC的阳极(对应的MFC分别命名为MFC-CK、MFC-RG和MFC-TRG)以探究改性材料对MFC去除水体中耗氧有机物和产电性能的影响。结果表明：与SSFF相比,RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF具有更大的电容(Q为413.9 mF和446.9 mF),更小的界面转移电阻(R_ct为19.65 Ω和18.16 Ω),更高的交换电流密度(i₀为1.56×10⁻⁵ mA和2.07×10⁻⁴ mA);MFC-TRG对水体COD去除速率最高可达929.62 mg·(L·d)⁻¹;MFC-RG和MFC-TRG稳定输出电压分别为245 mV和280 mV,比MFC-CK提高了88.5%和115.4%;MFC-RG和MFC-TRG的功率密度输出分别为 337.50 mW·m⁻²和472.03 mW·m⁻²,比MFC-CK提高了163.9%和233.9%。由此可知,改性后的RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF阳极成功提高了MFC的产电性能。该研究结果可为后续MFC阳极改性研究提供参考。     

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。     

煤化工废水生化处理系统活性污泥膨胀控制及菌群迁移

针对煤化工废水生化处理系统存在的活性污泥丝状菌膨胀问题,根据微生物营养学原理,利用活性污泥调理剂对污泥膨胀进行控制和修复,并对修复前后的活性污泥细菌菌群进行高通量测序,研究了菌群的迁移变化途径。研究结果表明,修复后的煤化工废水生化处理系统中活性污泥的SVI值明显下降,维持在85 mL·g-1左右,系统对废水中有机污染物的降解能力有所提升,COD去除率由原来的93%左右提高到96%以上。细菌菌群种类、数量和丰度都有明显改善。