构建湿地中试系统基质剖面微生物活性的研究

对稳定运行的复合垂直流构建湿地中试系统基质进行分层采样,测定微生物数量,生物量氮,酶活性,硝化作用,反硝化作用以及呼吸作用等各项指标.结果表明,上行流和下行流池0～10cm的基质层中好氧微生物数量高出30～55cm的层面1～2个数量级;反硝化细菌除下行流池0～10cm的层面外其他基质层数量都达到10⁷个/g干土以上.0～20cm的基质层中脲酶活性明显高于30～55cm的层面;而0～10cm的层面中脱氢酶活性明显高出10～55cm的层面2～5倍.硝化反硝化作用广泛存在于基质中,硝化作用表现出一定的空间规律,0～10cm的基质硝化作用强度要比40～55cm层面的高出20%;反硝化作用的空间差别很小,其作用率最低也达到85.5%.     

模拟氮沉降对土壤酸化及土壤酸缓冲能力的影响

为探讨N沉降对酸雨区森林土壤酸化和土壤酸缓冲能力的影响,于2012年4—12月在重庆缙云山地区选取针阔混交林和常绿阔叶林2种典型林分进行模拟N沉降试验,设N0、N1、N2、N3 4个处理,施N量(模拟N沉降量)分别为0、60、120、240 kg/(hm2·a),每月月初将NH₄NO₃溶液均匀喷洒在所选样方内,8个月后进行取样分析. 结果表明:①不同pH下2种林分土壤的酸缓冲能力存在较大差异,pH越低土壤酸缓冲能力越高. ②2种林分的土壤酸缓冲能力随N沉降量的增加而降低. 在相同的N沉降量下,常绿阔叶林土壤酸缓冲能力略高于针阔混交林. ③N沉降会加快土壤酸化速率. 与N0处理相比,N1、N2、N3处理常绿阔叶林土壤pH分别下降了0.03、0.06、0.16,而针阔混交林则分别下降了0.08、0.10、0.26. ④2种林分土壤中盐基离子含量均随N沉降量的增加而降低,交换性Al3+含量则相反. 与N0处理相比,常绿阔叶林N1、N2、N3处理盐基离子含量分别下降了55.76%、66.00%、70.38%,交换性Al3+含量分别增加了16.03%、21.37%、31.81%;针阔混交林盐基离子含量分别下降了24.12%、43.38%、62.24%,交换性Al3+含量分别增加了19.19%、23.48%、34.85%. 研究表明,氮沉降会降低森林土壤酸缓冲能力,加快酸化速率,并且常绿阔叶林土壤对N沉降的敏感性高于针阔混交林.      

除磷颗粒污泥系统中不同粒径颗粒的理化特性分析

采用SBR反应器培养具有同步脱氮除磷特性的颗粒污泥.使用目数分别为100、60、40的标准检验筛将污泥颗粒按粒径大小筛分为3个等级,即150～280μm、280～450μm、>450μm进行研究,分析了不同粒径颗粒的理化特性.结果表明,颗粒化初期(第7～18 d),密实的颗粒提供良好的厌氧环境有利于加速GAOs和PAOs在颗粒内部的对底物的竞争;密实颗粒有利于PAOs的富集和加速生长,使得不同粒径颗粒含磷量存在差异:280～450μm的颗粒(以SS计)有机磷含量最高,达113.25 mg.g-1,无机磷含量最低,达15.55 mg.g-1.颗粒化后期,反应器运行第34 d,3种粒径颗粒中有机磷含量趋于一致,约为50 mg.g-1,第52 d,无机磷含量也趋于一致,约70 mg.g-1.成熟颗粒中总磷含量占11%,其中无机磷占4.24%.同时,反应器中污泥的磷含量比排水中污泥高,分析表明污泥活性和污泥龄对磷的去除效果有影响.另外,就反硝化而言,大、小粒径颗粒都有较好的厌氧反硝化能力,颗粒内部与外部溶液环境中的NO3--N浓度梯度是影响反硝化速率的重要因素.     

太湖西部河网中沉积物氮的空间分布特征

选取太湖主要入湖水系(西苕溪水系和宜溧-洮滆水系)为研究对象,于2014年1月完成水体及表层沉积物各102个样品的采集,分析了沉积物中氮(N)不同形态的空间分布特征及其影响因素.结果表明,西苕溪水系表层沉积物总氮(TN)含量高于宜溧-洮滆水系,均值分别为2164.91 mg·kg~(-1)和983.52 mg·kg~(-1),两个水系间沉积物TN含量存在显著差异.西苕溪和宜溧-洮滆两个水系沉积物中无机氮(IN)以氨氮(NH+4-N)为主,平均含量分别为120.90 mg·kg~(-1)和49.85 mg·kg~(-1),而硝态氮(NO_3~--N)平均含量仅为9.60 mg·kg~(-1)和13.95 mg·kg~(-1).沉积物中有机氮(ON)含量及分布与TN相似,西苕溪和宜溧-洮滆水系ON均值分别为2034.41 mg·kg~(-1)和917.77 mg·kg~(-1),占各自TN的百分比分别为93.90%和92.99%.表层沉积物各形态N之间及与上覆水体之间均具有显著的相关性,表明沉积物与上覆水之间的浓度梯度可能会驱动IN向上覆水体进行释放.     

多段进水A/O生物膜工艺运行性能的研究

为提高多段进水A/O生物膜工艺的脱氮效率,按照进入各缺氧池的COD量与硝态氮量的比值相同,且等于一最优比值的原则进行流量分配,按照容积负荷相等的原则设计各反应单元,对多段进水A/O生物膜工艺的流量分配和反应单元容积分配同时进行优化,并采用三段进水A/O生物膜反应器试验了等流量分配模式下运行和优化模式下运行的出水水质的差异.试验结果表明,当多段进水A/O生物膜工艺在两种模式下采用相同参数运行时,优化模式下总氮(TN)去除率明显高于等流量模式,其分别为88.8%和80.3%.优化模式与等流量分配模式对COD和总凯氏氮的去除率差别不大(均可达到97%和98%以上).采用该优化设计方法可以显著提高该工艺的TN去除效率.     

唐岛湾网箱养殖区沉积物-水界面溶解无机氮的扩散通量

2004-08～2005-05分4个航次对唐岛湾网箱养殖区的10个站的沉积物间隙水和上覆水中的溶解无机氮营养盐（NH⁺₄-Ｎ、NO^-₃-Ｎ、NO^-₂-Ｎ）进行了现场调查, 并使用Fick第一定理对该海区沉积物-水界面溶解无机氮的扩散通量进行了估算.结果表明,网箱养殖区的上覆水和沉积物间隙水中溶解无机氮均以NO^-₃-Ｎ为主,分别占溶解无机氮总量的73.34%和61.45%;上覆水中溶解无机氮（DIN）和NO^-₃-Ｎ含量的季节变化趋势一致,在2004-10达到峰值,NH⁺₄-Ｎ的季节变化稍有不同;间隙水中溶解无机氮（DIN）和NO^-₃-Ｎ、NH⁺₄-Ｎ的变化趋势一致,表现为从5月份到8月份含量逐渐增加,到10月份达到最大,然后到次年2月份又减少;上覆水和间隙水中NO^-₂-Ｎ的含量随养殖进程表现为一个逐步积累的过程.NH⁺₄-Ｎ、NO^-₃-Ｎ和NO^-₂-Ｎ在沉积物-海水界面上的扩散通量分别为5.46、-5.04、8.71 μmol/（m²·d）,NO^-₂-Ｎ的扩散释放对唐岛湾网箱养殖区的水环境质量影响较大.     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

反硝化脱硫微生物燃料电池的可行性研究

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)可在去除废水中污染物的同时回收电能.以S2-和NO-3-N分别作为阳极电子供体和阴极电子受体,研究了反硝化脱硫MFC的同步阳极除硫与阴极脱氮,分析了阳极进水S2-浓度对MFC产电性能及污染物去除情况的影响,探究了MFC阳极石墨纤维丝上的硫沉积情况及其对内阻的影响.结果表明,反硝化脱硫MFC在32 d内实现稳定的阳极除硫与阴极脱氮.外阻为100Ω时,电压稳定在(176.0±6.9)m V,相应的S2-和NO-3-N去除负荷分别为(0.94±0.04)kg·m-3NC·d-1和(11.1±0.6)g·m-3NC·d-1.MFC的产电能力随着阳极进水S2-浓度的增加逐渐增强,SO_2-4的生成率和NO-3-N去除负荷受S2-浓度影响较小.在试验S2-浓度下S2-的去除较彻底,SO_2-4的生成率均超过65%.NO-3-N去除负荷维持在12 g·m-3NC·d-1左右,出水NO-2-N浓度均低于0.01 mg·L-1.反硝化过程较完全.在运行过程中,MFC阳极的石墨纤维丝上会沉积颗粒硫,降低电极的有效面积,使MFC的内阻升高.     

埃格草(Egeria densa)对铵氮胁迫的生长和生理响应

为了解富营养水体中NH₄+-N胁迫对埃格草（Egeria densa）的影响,通过室外模拟试验,研究了埃格草在不同ρ（NH₄+-N）（0、0.5、2.0 mg/L）下的RGR（relative growth rate,相对生长率）、R/S（root/shoot ratio,根冠比）、w（SC）（SC为可溶性糖,soluble sugar）、w（淀粉）、w（蔗糖）、w（FAA）（FAA为游离氨基酸,free amino acid）、w（NH₄+-N）和w（NO₃--N）的变化.结果表明:随着外源ρ（NH₄+-N）的增加,埃格草的RGR和R/S呈降低的趋势,并且在ρ（NH₄+-N）为2.0 mg/L时显著降低（RGR为P < 0.001,R/S为P < 0.05）;埃格草中w（SC）和w（淀粉）在ρ（NH₄+-N）为0.5和2.0 mg/L下有不同程度显著降低[w（SC）为P < 0.01和P < 0.001,w（淀粉）为P < 0.001和P < 0.05],w（蔗糖）在ρ（NH₄+-N）为2.0 mg/L时显著降低（P < 0.001）;w（FAA）和w（NH₄+-N）有随外源ρ（NH₄+-N）升高而升高的趋势,并且在ρ（NH₄+-N）为2.0 mg/L时升高显著[w（FAA）为P < 0.01,w（NH₄+-N）为P < 0.05];w（NO₃--N）在ρ（NH₄+-N）为0.5和2.0 mg/L下有不同程度显著降低（P < 0.01和P < 0.001）.相关分析表明,w（SC）、w（淀粉）和w（蔗糖）之间呈显著正相关,三者与w（FAA）和w（NH₄+-N）之间均呈显著负相关,而与w（NO₃--N）呈显著正相关;w（FAA）和w（NH₄+-N）呈显著正相关,而二者与w（NO₃--N）均呈显著负相关.研究显示,NH₄+-N影响埃格草的生长,导致C-N代谢的不平衡.      

不同流域水陆过渡带氮磷有效态的特征对比及环境意义

为了解不同流域水陆过渡带氮磷的分布特征及其环境意义,对闽江上游、太湖西部和洪泽湖西部这3个研究区土壤及沉积物氮磷的总量和有效态特征进行了研究,分析了自然环境与人类活动方式对区域环境差异的影响.结果表明,太湖西部研究区土壤氮磷总量均高于其他两个流域,洪泽湖西部研究区沉积物氮磷含量均高于土壤.研究区有效态氮磷的分布趋势整体与总氮总磷分布趋势一致,太湖西部与洪泽湖西部的有效态氮磷占比高于闽江上游流域,沉积物有效态氮磷占比高于土壤.土壤及沉积物理化性质如pH值、有机质及铁铝氧化物对氮磷元素及其有效态的影响较大,但不同流域的影响程度存在差异.不同流域的自然环境及人类活动方式明显影响了滨岸带氮磷的分布,人类活动方式对氮磷形态的影响更为显著.