Risk assessment and binding mechanisms of potentially toxic metals in sediments from different water levels in a coastal wetland

The excessive accumulation of potentially toxic metals (Pb and Cd) in coastal wetlands is among the main factors threatening wetland ecosystems. However, the effects of water table depth (WTD) on the risk and binding mechanisms of potentially toxic metals in sediments remain unclear. Here, sediments from different WTD obtained from a typical coastal wetland were evaluated using a newly developed strategy based on chemical extraction methods coupled with high-resolution spectroscopy. Our findings indicated that the WTD of the coastal wetland fluctuates frequently and the average enrichment factor for Pb was categorized as minor, whereas Cd enrichment was categorized as moderate. High-resolution spectroscopy techniques also demonstrated that organic functional groups and partly inorganic compounds (e.g., Fe-O/Si-O) played a vital role in the binding of Pb and Cd to surface sediments. Additionally, mineral components rather than organic groups were mainly bound to these metals in the bottom sediments. Collectively, our findings provide key insights into the potential health effects and binding characteristics of potentially toxic metals in sediments, as well as their dynamic behavior under varying sediment depths at a microscale.     

人工湿地常用生物陶粒基质LDHs覆膜改性及其除磷效果研究

分别利用3种二价金属化合物和3种三价金属化合物,采用水热共沉淀法在碱性条件下对人工湿地中常用的生物陶粒基质进行层状双金属氢氧化物(LDHs)覆膜改性,并将9种不同类型的LDHs覆膜改性生物陶粒基质和普通生物陶粒基质分别填充于10个垂直流人工湿地模拟实验柱中,进行除磷净化实验.结果表明,9种不同类型的改性生物陶粒基质均能有效提高磷素的净化效果;Zn系LDHs改性生物陶粒对总磷、溶解性总磷、磷酸盐均有很好的处理效果,其中Zn Fe-LDHs、Zn Co-LDHs和Zn Al-LDHs对总磷的平均去除率均在92%以上,对溶解性总磷和磷酸盐的平均去除率均超过95%;其对磷素的净化机理主要集中于物理化学作用,同时还应与其对微生物生长的促进作用有关.     

植被收割对滨海湿地沉积物中CO_2和N_2O释放的影响

为了揭示冬季滨海湿地植被收割对其沉积物中温室气体释放的影响,以长江入海口典型滨海湿地——崇明东滩为研究对象,观测季节性(冬季)植被收割(分别于收割后第0天、第10天、第30天、第60天采样)与不收割条件下芦苇(Phragmites australis)、米草(Spartina alterniflora)、芦苇-米草交互带和光滩沉积物中CO2与N2O的释放特征.结果表明:1米草和芦苇-米草交互带植被收割并未增加沉积物中CO2的释放(P0.05),但芦苇收割可能会增加N2O的释放(P0.05),说明植被收割对湿地沉积物中CO2和N2O释放的影响与植被类型密切相关.2与芦苇带相比,米草和芦苇-米草交互带沉积物中CO2累积释放量分别高出12%~57%和17%~43%,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O累积释放量分别比二者高出11%~81%和8%~95%.可见,米草和芦苇-米草交互带沉积物碳的呼吸损失明显高于芦苇带,但芦苇植被覆盖下沉积物中N2O逸失量相对较高.34种植被类型下,沉积物中N2O累积释放量为0.1~0.4 mg/kg,CO2累积释放量则高达1 024~2 645 mg/kg.因此,冬季滨海湿地植被收割不会显著增加N2O的温室效应,但选择性收割米草有望减少沉积物碳的呼吸损失.     

农村生态环境中生活污水治理问题剖析研究--以重庆市江津区为例

对江津区2009年－2013年农村生活污水处理设施调查分析结果表明,目前江津区农村建设的生活污水处理设施采用的技术主要有生物技术、生态技术和生物生态组合技术三种类型。结合江津区农村的特点,分析了农村生活污水处理设施建设及运管方面存在的问题,并提出解决措施与建议。农村生活污水处理设施建设和运管费等是一项长期的投入,特别是在后期的运行过程中应加强管理,建立有效的运营管理机制,保证正常运行,才能达到预期的处理效果,有效改善农村生活环境。     

锰氧化物改性生物炭基质材料对典型喹诺酮类抗生素的吸附及其在人工湿地的应用

以废弃花生壳为原料,制备锰氧化物改性生物炭球（MBCB）用于去除水中的环丙沙星（CIP）和恩诺沙星（ENR）,探究MBCB对CIP和ENR的吸附特性及在人工湿地中的应用效果.结果表明,负载锰氧化物的MBCB对CIP和ENR的吸附过程分别符合准一级和准二级动力学模型,混合吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir和Freundlich等温模型都可以较好地拟合MBCB对CIP和ENR的吸附过程,在25℃条件下,通过Langmuir模型拟合出的对CIP和ENR的最大吸附量分别为3.84 mg·g^-1和2.01 mg·g^-1.MBCB对CIP和ENR的吸附过程主要受到内扩散和边界层扩散的控制,是自发的吸热过程,氢键和静电相互作用参与到吸附过程当中.添加MBCB作为基质的人工湿地对CIP和ENR的平均去除率达70.7%和62.9%,分别为对照组的1.625倍和1.719倍.同时,添加MBCB的湿地微生物丰度和多样性所受影响相对较小,这说明MBCB能缓解人工湿地中CIP和ENR的毒性,保证人工湿地对抗生素的去除效果.     

上海新城区构建湿地处理污水的经济技术分析

根据上海市郊新城区发展规模以及绿地规划，从构建湿地处理污水的效果、投资和运行费用以及与市郊新城区绿地景观系统规划相容性方面进行了经济技术分析。分析结果表明：上海市郊新城区利用构建湿地建设生活污水处理系统，基本可以满足污水综合排放标准的要求，不但技术上可行，经济上更节省，而且能够与新城区绿地系统、亲水景观的规划建设有机结合。     

北方地区潜流人工湿地冬季保温措施的研究

人工湿地作为一种造价较省,运行成本低的污水处理技术,目前已经得到了广泛的应用.但是在北方地区,人工湿地受到冬季气候影响,无法正常运行,降低了它的使用效率.试验针对北方冬季低温环境下,人工湿地无法正常运行的问题,对3种不同的保温措施进行历时两年的对比试验,通过对TP、TN、NH₄⁺-N和COD等4种主要污染物和人工湿地出水水温的跟踪监测,检验了不同保温措施的效果.试验结果表明:在冬季,使用薄膜法保温措施的处理系统中, COD、TN和NH₄⁺-N的去除率分别为30%~45%、40%~60%和35%~60%,比温棚法和冰封法的出水中污染物去除率高10%~20%.TP在出水中含量波动较大,去除率为19%~70%,伴有磷释放现象,但是在薄膜保温下TP的去除效果也要好于温棚和冰封.经过SPSS 16.0分析,薄膜保温的人工湿地出水水质与冰封和温棚法相比具有显著性差异.在对人工湿地曝气槽和出水口的污水水温进行监测发现,利用薄膜保温的人工湿地出水口水温高于冰封和温棚的水温,进一步证明薄膜保温可以有效提高人工湿地内的温度,为人工湿地正常运行提供了保证.而且薄膜保温措施的操作简便、造价低,适合推广应用.     

塘-湿地系统中芦苇对再生水氮磷吸收能力研究

以天津市空港经济区塘-湿地组合处理系统为对象,研究了再生水补给条件下芦苇各组分氮(N)、磷(P)的吸收能力。研究发现:在一个生长周期内,芦苇不同组分(穗、叶、茎、根)N、P的质量分数为(1.17±0.82)%和(0.067±0.057)%,存在穗>叶>根>茎的特点。芦苇各组分N、P的质量分数随生境类型而变化,其中N的质量分数范围介于0.22%~2.34%,P介于0.012%~0.23%。再生水补给条件下系统地上生物量为(119.37±62.25)kg/m2,明显高于周边河道自然生长的芦苇((19.08±5.73)kg/m2),表明再生水的补给能有效提高芦苇的初级生产力,且地上部分对N、P的累积能力高于地下部分,分别为4.10和5.20倍。     

内电解人工湿地冬季低温尾水强化脱氮机制

针对湿地冬季运行效率低、污染物去除能力差,本研究通过对比无植物湿地、普通湿地和内电解湿地冬季低水温下(3~12℃)对污水厂尾水的脱氮效能,深入分析其微生物群落结构组成,揭示内电解湿地的强化脱氮机制.结果表明,内电解湿地可以更好地利用尾水中碳源,脱氮效果优势明显,出水TN浓度维持在(9±0.29)mg·L~(-1),TN平均去除率达42.27%,比无植物湿地和普通湿地分别高出17.91%、17.33%.冬季低温条件下,内电解湿地微生物活性仍很高,荧光显色法测得微生物活性达到0.224 mg·g~(-1),分别是无植物湿地和普通湿地的2.6、3.4倍,反硝化强度分别是无植物湿地和普通湿地的2.8、3.3倍.高通量测序表明,内电解湿地基质微生物群落多样性优于无植物湿地和普通湿地.检测出的脱氮微生物主要有脱氯单胞菌、根瘤菌、生丝微菌、红杆菌,还有自养反硝化细菌产硫酸杆菌.内电解湿地在脱氮微生物总量上有明显优势,脱氮微生物占微生物总量的7.13%,分别是无植物湿地、普通物湿地的3.8、8.7倍,因而脱氮效率更高.     

Contribution of the Kodama and 4S pathways to the dibenzothiophene biodegradation in different coastal wetlands under different C/N ratios

Dibenzothiophene (DBT) degradation mechanisms and the transformation of pathways during the incubation of three types of coastal sediments with C/N ratios ranging from 1 to 9 were investigated. The DBT degradation efficiencies were clearly improved with increasing C/N ratio in reed wetland sediments, tidal wetlands sediments and estuary wetland sediments. The quantitative response relationships between DBT degradation rates and related functional genes demonstrate that the Kodama pathway-related gene groups were dominant factors at low C/N ratios, while the 4S-related gene groups mainly determined the degradation rate when the C/N ratio was up to 5. Network analysis also shows that the pathway shifts from the Kodama pathway to the 4S pathway occurred through changes in the connections between functional genomes and rates. Furthermore, there were competition and collaboration between the Kodama and 4S pathways. The 4S pathway-related bacteria were more active in estuary wetland sediments compared with reed wetland sediments and tidal wetland sediments. The higher degradation efficiency in estuary wetland sediments may indicate the greater participation of the 4S pathway in the DBT biodegradation reaction. And the effects of ring cleavage of Kodama pathway caused more complete metabolizing of DBT.