Enhanced biological phosphorus removal using thermal alkaline hydrolyzed municipal wastewater biosolids

This study reports the feasibility of using municipal wastewater biosolids as an alternative carbon source for biological phosphorus removal. The biosolids were treated by a lowtemperature, thermal alkaline hydrolysis process patented by Lystek International Inc.(Cambridge, ON, Canada) to produce short-chain volatile fatty acids and other readily biodegradable organics. Two sequencing batch reactors(SBRs) were operated with synthetic volatile fatty acids(Syn VFA) and readily biodegradable organics produced from the alkaline hydrolysis of municipal wastewater biosolids(Lystek) as the carbon source, respectively.Municipal wastewaters with different strengths and COD:N:P ratios were tested in the study. The reactors' performances were compared with respect to nitrogen and phosphorus removal. It was observed that phosphorus removal efficiencies were between 98%–99% and 90%–97% and nitrogen removal efficiencies were 78%–81%, and 67% for the Syn VFA and Lystek, respectively. However, the kinetics for phosphorus release and uptake during the anaerobic and aerobic stages with Lystek were observed to be significantly lower than Syn VFA due to the presence of higher order VFAs(C4 and above) and other fermentable organics in the Lystek.     

Fate of antibiotics and antibiotic resistance genes in a full-scale restaurant food waste treatment plant: Implications of the roles beyond heavy metals and mobile genetic elements

Is our food safe and free of the crisis of antibiotics and antibiotic resistance(AR)?And will the derived food waste(FW) impose AR risk to the environment after biological treatment? This study used restaurant FW leachates flowing through a 200 tons-waste/day biological treatment plant as a window to investigate the fate of antibiotics and antibiotic-resistance genes(ARGs) during the acceptance and treatment of FW. Sulfonamides(sulfamethazine, sulfamethoxazole) and quinolones(ciprofloxacin, enrofloxacin, ofloxacin) were detected during FW treatment, while tetracyclines, macrolides and chloramphenicols were not observable. ARGs encoding resistance to sulfonamides, tetracyclines and macrolides emerged in FW leachates.Material flow analysis illustrated that the total amount of antibiotics(except sulfamethazine) and ARGs were constant during FW treatment processes. Both the concentration and total amount of most antibiotics and ARGs fluctuated during treatment, physical processes(screening, centrifugation, solid–liquid and oil–water separation) did not decrease antibiotic or ARGs concentrations or total levels permanently; the affiliated wastewater treatment plant appeared to remove sulfonamides and most ARGs concentrations and total amount. Heavy metals Ni,Co and Cu were important for disseminating antibiotics concentrations and MGEs for distributing ARGs concentrations. Humic substances(fulvic acids, hydrophilic fractions), C-associated and N-associated contents were essential for the distribution of the total amounts of antibiotics and ARGs. Overall, this study implied that human food might not be free of antibiotics and ARGs, and FW was an underestimated AR pool with various determinants. Nonetheless, derived hazards of FW could be mitigated through biological treatment with well-planned daily operations.     

旱地土壤反硝化厌氧甲烷氧化菌的垂向分布特性与活性分析

在厌氧条件下,以亚硝酸盐作为电子受体将甲烷氧化的反硝化厌氧甲烷氧化反应(nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing,n-damo)的发现,彻底颠覆了人们对甲烷循环的传统理解.通过分子生物学方法及13C和15N稳定同位素示踪技术,对河北省北澧河附近的旱地农田土壤(0~1 m)中n-damo菌的群落结构、丰度和活性进行了研究,深入探究了n-damo菌的亚硝酸盐底物来源.结果显示,n-damo菌更多存在于旱地浅层土壤中,并且随季节变化分布在不同深度的土壤中.针对其pmo A基因的系统发育分析显示,旱地土壤中n-damo菌的群落结构具有明显的空间异质性,来自土壤0~20 cm和40~60 cm土层的序列完全分开,处于系统发育树不同分枝.针对其16S rRNA基因的实时荧光定量PCR结果显示,n-damo菌丰度随土壤深度的增加而降低,夏季丰度(1.44×10~4~1.02×10~5copies·g~(-1))低于冬季(3.66×104~2.67×105copies·g-1).在浅层土壤(0~20 cm)中,硝化反应和反硝化反应共同为n-damo菌提供亚硝酸盐底物来源;而在深层土壤(60~80 cm)中,亚硝酸盐底物主要来源于硝化反应.n-damo菌的活性(0.18 nmol·g~(-1)·d~(-1),以CO_2计)只能在夏季表层土壤(0~20 cm)中检测到,其余深度均未检测到其活性.在旱地农田土壤中,反硝化厌氧甲烷氧化菌对农田碳循环的影响可能不大.     

贵州高原草海湿地土壤有机碳分布特征及其与酶活性的关系

基于时空替代的研究方法,对贵州草海湿地土壤有机碳和氧化还原酶活性分布进行了研究,分析了土壤总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)与土壤酶活性、环境因子之间的关系.结果表明,不同退化梯度湿地土壤中有机碳存在较大的差异,沿着退化梯度表层土壤TOC、DOC含量和脱氢酶(DHA)活性逐渐降低(p0.05),而多酚酶(PPO)活性逐渐升高(p0.05);在垂直剖面上,原生湿地(CH1)和轻度退化湿地(CH_2)土壤TOC先增加后减少,而沼泽化湿地(CH3)和草甸湿地(CH_4)土壤TOC无明显的分层和富聚现象;相关性分析表明,TOC、DOC与PPO显著负相关(p0.01),而PPO与土壤含水率(WHC)、总氮(TN)和硝酸盐(NO-3-N)含量等显著负相关(p0.01),与pH显著正相关(p0.01).以上结果表明,土壤有机碳和酶活性的变化是对湿地退化的响应,湿地退化碳库的损失与PPO活性增加有关,而WHC、TN、NO-3-N和pH是影响PPO活性分布的重要因子.     

石油污染与食细菌线虫对土壤微生物活性及石油降解的影响

随着经济快速发展,石油及其产品用量增多,石油污染问题日益严重,土壤石油污染治理刻不容缓.研究表明石油污染土壤中存在大量的食细菌线虫,但食细菌线虫在石油污染土壤中的作用还不清楚.本试验采用人工模拟石油污染土壤,通过接种不同密度模式线虫(Caenorhabditis elegans),研究食细菌线虫在石油污染土壤中的功能及其对污染土壤中石油降解及土壤微生物活性的影响.本实验共设6个处理:高温灭菌石油污染土壤(FSP),作为对照处理1;杀灭线虫土壤(S),作为对照处理2;石油污染土壤(SP);石油污染土壤+5条线虫/g干土(SPN5);石油污染土壤+10条线虫/g干土(SPN10);石油污染土壤+20条线虫/g干土(SPN20).研究结果表明:整个试验培养结束时,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比第0天采样时分别降低约60.78%、80.01%、67.63%和66.31%,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比处理FSP分别降低约43.60%、70.68%、52.34%和50.45%,得出接种线虫可以促进污染土壤的石油降解,其中接种5条线虫/g干土的处理促进石油降解效果最好.第7 d采样时,处理SP、SPN5、SPN10、SPN20中脱氢酶酶活性比处理S分别增加约132.76%、115.09%、118.67%和55.81%,表明石油污染可以激活脱氢酶;第14 d时,接种线虫处理SPN5、SPN10和SPN20的脱氢酶活性比未接种线虫处理SP的脱氢酶活性分别增加约5.16%、18.13%和29.56%,表明添加食细菌线虫也促进了土壤相关酶活性.该研究证明食细菌线虫可以在石油污染土壤中刺激微生物的繁殖,增强土壤酶活性,进而促进污染土壤石油的降解.     

超声对蓝藻细胞生理影响的研究

蓝藻水华会使水体水质恶化,破坏水生生态系统,同时会增加水处理成本,产生臭味并释放藻毒素。蓝藻水华问题成为社会各界的关注热点。超声由于具有反应速度快,操作简便,在处理过程中不引入其他化学物质等优点,已被广泛应用于水处理领域,包括用于蓝藻水华的控制。总结了超声作用参数对蓝藻生长效果的影响,从藻细胞的光合活性、酯酶活性和抗氧化酶系统等方面探讨了超声对蓝藻生理方面产生的影响,分析了超声对藻细胞的作用机理,并对后续的研究进行了展望,以期为超声控制蓝藻水华的相关研究提供参考。     

游离氨(FA)协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响

采用3个序批式反应器(SBR)(R0:硝化结束时停曝气;R_(0-30):硝化结束提前30 min停曝气;R_(0+30):硝化结束延迟30 min停曝气),控制3种游离氨(FA)浓度梯度(0.5,5.1,10.1 mg/L)协同3种曝气时间(t0:硝化结束时停曝气;t0-30:硝化结束提前30 min停曝气;t0+30:硝化结束延迟30 min停曝气)的条件下,研究了FA协同曝气时间对活性污泥沉降性能的影响。结果表明:整个试验过程,在初始FA浓度相同条件下,R0和R_(0+30)系统NH+4-N平均去除率分别为98.6%和99.3%,而R_(0-30)系统NH+4-N平均去除率仅为72.3%。在较低FA浓度(0.5,5.1 mg/L)条件下,随着曝气时间增加,活性污泥的污泥沉降比(SV30)值和污泥体积指数(SVI)值均逐渐降低,污泥沉降性能趋好。在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,随着运行周期的增加,污泥沉降性能逐步变好,R_(0-30)系统的SVI平均值最大,R_(0+30)系统次之,R0系统最小,其值分别为165.1,152.5,134.5 m L/g,且污泥活性f平均值大小顺序fR_(0-30)>fR0>fR_(0+30),其值分别为0.77、0.70和0.65。这表明在较高FA浓度(10.1 mg/L)条件下,曝气时间延长,导致污泥活性降低。     

活性污泥胞外聚合物的组成与结构特点及环境行为

在活性污泥处理系统中,微生物大多以污泥絮体的形式悬浮在水中。胞外聚合物(EPS)作为污泥絮体的重要组成部分,以其独特的聚合结构和化学组成,在污水生物处理系统中起到重要作用。为了更好的描述EPS的环境行为,文章综合了近年来国内外相关的研究成果,首先分析了EPS的来源、化学组成及结构分布,得出EPS中包含蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、糖醛酸及脂类大分子等化学物质,其中蛋白质和多糖之和占总有机物含量的70%~80%;在结构上,EPS分为SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS,三者与细胞结合的紧密程度递增,其中所含化学成分比例的不同将使其具有不同的理化特性。其次,文章对EPS的理化特征对污水处理系统的影响,如对系统中微生物降解特性的影响、磷和重金属的吸附等进行了讨论,并总结了EPS中相关的官能团对上述环境行为的贡献。同时,文章还论述了EPS中官能团的亲疏水特性及化学成分对污泥絮体的脱水性、絮凝沉降性能的影响。     

南京大气气溶胶混合态与云凝结核活化特征研究

于2014年9月11~18日期间,在南京市气象局利用云凝结核计数器(CCNC)、气溶胶质量分析仪(APM)和扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)对气溶胶的分档云凝结核活性以及混合状态进行观测.结果表明,观测期间颗粒物混合状态以内部混合为主,76、111、138和181 nm颗粒物中,黑碳(BC)所占质量分数分别为5.4%、10%、10.7%和6.7%,而含BC核的颗粒物占总颗粒物数量的百分比分别为51%、57%、70%和59%,表明BC是大气中重要的凝结核,对大气颗粒物的数量有重要贡献.观测到的少数外混状态的颗粒物主要集中在111 nm和138 nm.76、111、138和181 nm颗粒物的临界过饱和度分别为0.25%、0.13%、0.06%和0.015%.降雨和灰霾对云凝结核活性影响较大,雨天、晴天和霾天的气溶胶吸湿性系数κ分别为0.37、0.29、0.39.气溶胶颗粒物的密度和云凝结核活性受化学组分影响明显,相对于晴天,霾天颗粒物中无机盐含量较高、有机物含量较少,对应的颗粒物密度较高、云凝结核活性较强.     

地形、树种和土壤属性对喀斯特山区土壤胞外酶活性的影响

土壤胞外酶在生态系统生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而关于土壤胞外酶活性的主控因子研究还不够深入,特别是在偏碱性的钙质土壤区域相关研究尤其缺乏.本研究以典型喀斯特山区(木论国家级自然保护区)的林地为研究对象,采集不同地形条件(不同坡位和坡向)、不同树种(厚壳桂和伞花木)下的表层土壤(0~15 cm),测定了与碳、氮、磷循环相关的6种水解酶的活性及相关土壤理化性质.研究运用方差分解,并结合多响应置换过程以及冗余分析技术分析了地形、树种和土壤理化性质对土壤酶活性的影响.结果表明,坡位对土壤酶活性有显著影响.树种和坡向对土壤酶活性的影响不显著.方差分解结果表明,地形、树种和土壤理化性质共同解释了土壤酶活性变化的55.3%,其中土壤因子是影响酶活性改变的主要因子,解释了44.2%的变异.而冗余分析的结果进一步表明在土壤因子中,pH、总氮和无机氮是影响土壤酶活性变化的主要指标.研究首次量化了喀斯特地区小尺度内地形、树种及土壤理化性质对土壤酶活性变化的影响.研究也说明了在喀斯特山区小尺度内土壤酶活性的变化可由土壤理化性质来表征.