人工湿地-微生物燃料电池耦合系统缓解生物堵塞试验研究

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)利用电极表面富集的电化学活性菌(Electrochemically Active Bacteria,EAB)对生物堵塞的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)进行降解,并通过产电过程中形成的微弱电场来抑制微生物胞外多糖大量分泌,可在一定程度上控制人工湿地(Constructed Wetland,CW)的生物堵塞。为此,研究将阴极和阳极电极分别嵌入垂直流人工湿地的不同深度位置处,构建了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统。通过比较开路和闭路耦合系统的孔隙率、过水速率以及净化效果,评价CW-MFC系统的堵塞延缓能力。结果表明:相较开路系统,闭路系统的过滤速率增幅较大,孔隙率的降幅较小,在一定程度上缓解了堵塞。闭路系统对TN和NH4+-N的去除率显著高于开路系统。嵌入电极形成的CWMFC系统可原位缓解堵塞,有较好的应用潜力。     

两种生物电化学系统原位缓解人工湿地生物堵塞效果

生物电化学系统(Bio-electrochemical Systems, BES)利用附加电场或自产电场可以促进EPS分散、降解和利用, 可在一定程度上控制和缓解人工湿地的生物堵塞。为此, 研究采用CW-MEC和CW-MFC两种生物电化学系统对不同生物堵塞时期的人工湿地进行干预, 通过比较系统直观堵塞指标(孔隙率、出水速率)、净化效果(COD和氮的去除)及垂直方向上分层EPS的含量等来评价不同干预时机, 两种BES系统对生物堵塞的缓解能力。结果表明: 两种BES系统均能体现较好的堵塞缓解效果。堵塞前干预, CW-MFC系统能很好地维持污染物COD、TN去除效果(91.4%—61.3%和65%—40%)并提高出水速率(变化率为CW组67.6%); 堵塞后修复, CW-MEC系统能显著减少上层EPS含量, 恢复系统孔隙率, 具有更好的缓解堵塞效果。这两种BES系统原位缓解人工湿地生物堵塞方面皆有较好的应用潜力。     

金鱼藻对盐碱胁迫的生理响应研究

白鹤湖作为莫莫格湿地保护区内的代表性湖泊, 正面临着盐碱化和富营养化的风险, 现存沉水植物种类稀少, 为了减缓白鹤湖盐碱化趋势, 为当地沉水植被恢复及物种多样化存续提供研究依据, 以在白鹤湖生物量相对大的金鱼藻(Ceratophyllum demersum)为对象, 研究了其在不同碱度(0、7、10、17 mmol/L)和混合盐碱(盐度0.3、0.6、1、2、4 g/L, 相应碱度1.9、3.8、6.3、12.6、25.2 mmol/L)条件下的生理指标变化。结果表明, 盐度在1.5 g/L以下时, 碱度变化没有对金鱼藻造成影响, 在实验设置的碱度梯度范围内, 金鱼藻均能正常生长, 尽管金鱼藻过氧化物酶(POD)、脯氨酸等均显示出梯度变化, 但依旧能够耐受17 mmol/L以下的碱度条件。随着混合盐碱浓度的升高, 金鱼藻长势呈现由盛至衰败的趋势, 在盐度0.6 g/L、碱度3.8 mmol/L的条件下, 金鱼藻长势最好, 表现出低促高抑的效应。随着盐度升高至2 g/L、碱度12.6 mmol/L, 金鱼藻能耐受胁迫并存活一部分, 尽管此时碱度<17 mmol/L, 也有部分金鱼藻死亡, POD含量急剧升高且植株间差异较大; 当盐度升高到4 g/L、碱度达到25.2 mmol/L时, 金鱼藻21天后全部死亡。在对水培液水质的检测中发现, 混合盐碱的浓度越高, 水中氮磷的去除率越低, 两者呈负相关关系。研究结果为盐碱化湖泊的沉水植被恢复提供了一定的参考。