反硝化聚磷菌及其脱氮除磷机理研究进展

水体富营养化是当前水环境保护工作的重点关注问题,微生物修复富营养化水体具有高效、低耗且不产生二次污染等特点,已经成为富营养化水体生态修复的一种重要方式。近年来,对反硝化聚磷菌的研究及其在污水处理工艺中的应用越来越广泛。不同于传统的反硝化细菌联合聚磷菌去除氮磷工艺,反硝化聚磷菌在交替厌氧、缺氧/好氧条件下能同时进行脱氮除磷而被广泛关注与研究。值得注意的是,近几年报道的部分微生物仅在好氧条件下就可进行同时脱氮除磷,但是其脱氮除磷机理仍未理清。基于此,文中总结了目前发现的反硝化聚磷菌和同时硝化反硝化聚磷微生物的种类及特点,并对其脱氮与除磷的关系及其机理进行了系统性分析,对目前反硝化除磷存在的问题进行了梳理,最后对今后的研究方向进行了展望,以期为完善反硝化聚磷菌的脱氮除磷机理及工艺改进提供参考。     

人工湿地除磷研究进展

从人工湿地除磷机理着手,综述了国内外有关湿地基质、湿地植物及微生物强化除磷的研究机理以及进展。深入研究多种基质组合对磷素的吸附与解析机理,可以从理论上推进诸多高效除磷基质的实际应用进程;植物间接净化作用及其与湿地水力停留时间的关系,是影响湿地植物选种和种植的重要依据;植物根际微环境以及植物与微生物的耦合作用可能是人工湿地除磷的主要途径之一;强调湿地的污水净化功能而忽视其生态服务功能,是湿地运行中普遍存在的认识错误。最后指出：湿地运行应采取高水力负荷、低污染负荷的方式,强调强化一级处理的重要性。     

基于水位调控的垂直流人工湿地强化脱氮研究

文章以垂直流人工湿地为研究对象, 探究了水位调控对湿地系统脱氮性能的影响效果及影响机制。结果表明, 水位调控可以优化湿地内部的不饱和层、饱和层分布, 提高系统对化学需氧量和氨氮的去除效果, 进而提高脱氮能力。当饱和水位高度为70 cm时(基质床高度为90 cm), 系统的总氮去除率最高, 为53.6%。氮循环功能基因的结果表明, 饱和水位降低后所创造的不饱和层并未对反硝化菌群造成负面影响, 不饱和层中富集的亚硝酸盐氧化菌, 可以实现同步硝化反硝化。但过低的饱和水位(20 cm)会引起不必要的碳源损失, 导致反硝化过程受限, 脱氮效率降低。由此, 在垂直流人工湿地实际应用时, 可以通过水位调控强化湿地系统的脱氮性能。     

人工湿地氮去除关键功能微生物生态学研究进展

人工湿地是一种能有效处理水体氮素污染的生态技术,其中微生物是驱动人工湿地系统中氮素去除的重要引擎。近20年来,随着分子生物学技术的广泛应用,有关人工湿地氮去除功能微生物生态学方面研究取得了一些重要进展。以硝化-反硝化作用和厌氧氨氧化作用这两种重要的人工湿地微生物脱氮途径为主,针对氨氧化细菌/古菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌等关键脱氮功能微生物的研究,重点归纳总结了目前有关这几类关键功能菌群在人工湿地中的丰度、活性、多样性、分布特征与影响因素,及其对废水中氮去除的作用,并在此基础上对今后的重点研究工作提出了展望。面向未来人工湿地氮去除关键功能微生物的研究应侧重其在污水净化和温室气体减排等方面的生态功能研究,同时加强其代谢过程与机制以及不同功能菌群间的关联研究。     

人工湿地黑臭水体处理系统微生物脱氮机理研究

以上海市老段浦I、II和北夏3座水平潜流人工湿地黑臭河道处理系统为研究对象,进行了水平潜流湿地处理黑臭河道氨氮的转化及脱氮机理的研究。研究表明,3座人工湿地的pH值均呈弱碱性,且沿湿地水流方向变化较小。溶解氧值在0.09—0.35mg/L范围内波动,氨氮沿湿地的流向呈递减的趋势,亚硝态氮及硝态氮浓度较低。在老段浦人工湿地的同一土样中,亚硝化细菌的数量远大于硝化细菌的数量,北夏人工湿地中,湿地前端的亚硝化细菌与硝化细菌的数量近似相等,但在湿地末端亚硝化细菌数量要远小于硝化细菌的数量。原位曝气抑制反硝化反应试验研究表明,3座人工湿地都发生了"新"的脱氮途径-短程硝化-反硝化反应,其中两座老段浦人工湿地50%的氮以短程硝化-反硝化反应去除。北夏人工湿地中约20%的氮以短程硝化反硝化的途径去除。       

三级串联垂直潜流人工湿地的脱氮性能及微生物学特征

探究了3种水力负荷(HLR)下三级串联垂直潜流人工湿地(T-VFCWs)对农村生活污水的处理效果,并解析了系统中的氮素转化机制.结果表明:当系统HLR由0.10增至0.20 m3·m-2·d-1时,T-VFCWs始终保持着对农村生活污水高效的处理效果,系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-...     

一株脱氮细菌鉴定及其效果研究

针对传统人工湿地治理污染河湖水工艺中存在的脱氮效率低、环境安全性差等问题，从污水处理厂生化池污泥中分离纯化获得菌株TY（CGMCC1.18865，该菌种已于2020年在中国普通微生物菌种保藏中心入库），通过配水试验，验证菌株脱氮特性，并进一步以火山岩为填料，采用湿地模拟系统装置对比附配TY菌的湿地系统与传统湿地系统对污染水体的脱氮效果的差异；通过16S rRNA基因序列分析，鉴定获得的菌株TY，同时对其表现出的反硝化作用进行分析研究。结果表明：分离获得的TY菌株为假单胞菌属（Pseudomonas sp.），配水试验中对氨氮和总氮的去除率分别为84.2%和93.6%。通过对模拟湿地系统出水氨氮、总氮和化学需氧量（COD）监测，发现30 d平均去除率分别可提升至94.3%、88.0%和82.3%，较传统湿地分别提高27.9%、28.8%和7.3%。研究表明，TY菌脱氮过程中有少量的硝态氮和亚硝态氮的积累，可降低对环境的不利影响、有利于脱氮反应连续进行，从而提高人工湿地脱氮效率，具有进一步探究的前景。     

进水碳氮比对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

通过逐步提高进水中的有机碳源浓度,探讨进水碳氮比(C/N)对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮效能及其微生物特性的影响.结果表明: 进水C/N可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当进水C/N由0.0增至6.0时,TFCW中反硝化功能基因的丰度随之增加,系统反硝化性能提高,TFCW中逐渐形成同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)耦合反应体系,其脱氮效果得以强化.当进水C/N＞6.0时,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量逐渐减少,TFCW中的厌氧氨氧化作用与反硝化作用受阻,系统脱氮性能恶化.当进水C/N为6.0时,TFCW中的SNAD作用可得到最大限度的强化,其总氮(TN)去除率和去除负荷分别达(93.3±2.3)%和(149.30±8.00) mg·L^-1·d^-1,高于CANON系统中TN去除率的理论值.     

短程反硝化菌株FDN-1的分离鉴定及其脱氮性能

从富集的活性污泥菌群中,筛选得到反硝化菌株FDN-1。通过对菌株形态观察、生理生化鉴定以及16SrDNA序列分析,确定该菌株为黄杆菌属（Havobacterium mizutaii）。以N02---N为氮源、甲醇为碳源进行驯化,亚硝酸盐氮浓度在200-400mg／L范围时,总氮去除率均在90％以上;脱氮能力验证结果表明,该菌株能够处理含亚硝酸盐的污水,进水亚硝酸盐氮浓度不能超过600mg／L。     

好氧反硝化菌的筛选及其脱氮除磷性质的研究

利用富集培养基, 从用生活污水驯化后的活性污泥中筛选得到一株具有好氧反硝化兼具除磷功能的细菌。通过形态学及生理生化指标鉴定其为假单胞菌属。利用此好氧反硝化菌处理模拟废水及生活废水, 通过监测总氮、无机磷及CODcr变化确定在C/N摩尔比为3:1、接种量为10%、pH 6.8、30°C条件下处理2 d, 该菌株脱氮、除磷及去除有机物的效果最佳, 活性污泥经此好氧反硝化菌强化后, 对生活废水的处理能力得到明显提升。     

植物吸收在人工湿地去除氮、磷中的贡献

探讨了植物在人工湿地系统处理污水中的作用,并分析了影响植物生长的主要环境因素,结合实例分析了湿地植物吸收氮磷在不同生长期的变化和其在去除氮磷营养物中的贡献,认为通过秋冬季的植物收割去除的氮磷量比较低,植物可以作为冬季保温材料而不收割,提出通过组合技术来改善破人工湿地氮磷去除能力的思路.     

风车草(Cyperus alternifolius)人工湿地系统氮去除及氮转化细菌研究

研究了风车草人工湿地污水处理系统TN去除率及氮转化细菌的数量。结果表明:风车草人工湿地对TN的去除率为73.8%,与无植物人工湿地系统相比较,去除率提高了17.4%。风车草人工湿地氨化细菌为7.98×10⁵cfu·g^-1(细砂),硝化细菌为1.95×10⁵MPN·g^-1(细砂),反硝化细菌为5.89×10⁴1.95×10⁴MPN·g^-1(细砂)。与无植物系统氮转化细菌相比,氨化细菌无明显差异,硝化细菌及反硝化细菌均高出1个数量级。     

人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献

研究了处理观赏用轻度富营养化水的人工湿地中植物的生长特性和氮磷去除作用。研究发现 ,所选用的 2 1种植物中 ,有17种植物在人工湿地中生长良好 ,稳定生长 10 5 d以后 ,其平均总生物量在 15 5～ 1317g/ m2之间 ,除了鸭跖草的地上地下生物量比 (A/ U)为 2 0 .5外 ,其余都在 1.18～ 4 .2 9之间。植株地上部 N和 P的浓度分别在 10 .99～ 34.74 mg/ g和 0 .5 9～ 3.81mg/ g之间 ;地下部 N和 P浓度分别在 6 .2 0～ 2 9.5 0 mg/ g及 0 .72～ 3.83mg/ g之间。大部分植物地上部 N和 P的浓度大于地下部 (p<0 .0 5 )。植物的 N、P积累量分别在 2 .10～ 2 4 .4 8g/ m2 和 0 .2 3～ 1.95 g/ m2 之间。在处理轻度富营养化水的人工湿地中 ,植物吸收对氮磷的去除起着主要作用——贡献率分别为 4 6 .8%和 5 1.0 %。植物的氮磷积累量与浓度及生物量之间均存在显著相关 ,所以可以直接以生物量为指标选择人工湿地植物。同时考虑净化和景观效果 ,可为处理城镇轻度富营养化水的人工湿地的植物选择提供参考     

潜流人工湿地中植物对氮磷净化影响效应的研究

采用潜流人工湿地系统,配制以NH⁺₄-N、NO^-₃-N和PO^3-₄-P为主要成分的模拟污水,通过间歇运行方式,考察了芦苇和小叶章的生长情况、生理生态学特性及其对污水中N、P净化效能的影响,并研究了植物对湿地系统pH变化、NO^-₃-N和NH⁺₄-N净化效率的影响。结果表明,当水力停留时间为7d时,小叶章和芦苇湿地对TN的去除率分别为65.1%和99.6%,去除负荷分别为1.66g · m^-3 · d^-1和2.53g · m^-3 · d^-1。小叶章和芦苇对去除TN的贡献率分别为14.7%、61.7%,对去除TP的贡献率分别为11.7%和12.9%;芦苇植株内N、P浓度分别为29.2mg/g和3.41mg/g。芦苇湿地的净化效能高于小叶章湿地。湿地系统中pH值先升高后降低的拐点可作为氨氧化反应结束的指示参数。     

人工湿地处理农业径流的研究进展

人工湿地（CW）是独特的土壤-植物-微生物-动物系统。按水流方式分为表面流湿地（FWS）和潜流湿地（SFW）。FWS投资低,但占地大,低温地区冬季运行需要独特的考虑。SFW的保温保水效果好,卫生条件较好,但投资高,易堵塞。SFW分为水平潜流湿地（HF）和垂直潜流湿地（VF）。HF床供氧较差,适于去除SS和BOD,但NH3-N的去除较差。VF床供氧好,占地小,适于硝化和去除BOD,但对SS的去除不如HF床,而且构建费高,易堵塞。FWS按系统中的主体植物的不同分为大型自由漂浮植物湿地、大型沉水植物湿地和大型挺水植物湿地。农业径流（AR）由农田排水、灌溉余水、村落污水、畜禽养殖污水和部分雨水径流组成。其污水源具有面广、量大、分散、间歇的峰值和高无机沉淀物负荷的特点。中国大多数农村经济基础薄弱,管理水平不高。农村中的低洼地、低产田和公共用地均可作为生态环境保护用地。农村的污水收集系统欠完善。传统污水处理技术处理AR时难度大、维护管理复杂、投资和运行费高。而CW的耐冲击负荷能力强、投资低、运行费低、维护管理简便,但占地较大。因此CW适合于有地可用的农村的AR的处理。小结了1982年起CW技术在AR处理中的研究和应用。已有研究结合AR的水质、水量规律及农村的特点,进行了CW的设计与工艺改进。对氮、磷、有机物、农药和杀虫剂等污染物的去除效果有较多的研究。关于CW的运行、维护和管理的研究有沉积物积累、水量平衡、去除效果的衡量、植物收割和费用分析。CW的运行效果的衡量应当基于进出水负荷量而非基于进出水浓度。总之CW在AR污染控制中具有良好的应用前景。CW经合理设计和管理后有望实现“零费用运行”或者“盈利性运行”。     

湿地生态单元定义及其在湿地恢复中的应用

生态单元的概念在生态系统的环境保护和生物保护中被广泛应用。通过阐述湿地生态单元的定义、内涵和外延,分析了湿地生态单元的特征,介绍了湿地生态系统的内部生态单元、湿地"外援"生态单元和人工重建湿地生态单元等在湿地恢复中的应用案例,并对湿地生态单元未来需要关注的研究方向进行了总结,以期为湿地保护与精细化管理提供理论基础和科学依据。     

湿地植物供碳功能与优化

尾水湿地氮的反硝化去除往往受限于碳缺乏。综述了湿地植物供碳促反硝化的主要途径与影响因素,构建了华东地区典型冷、暖季型湿地植物供碳的一般性季节动态模式,以期为发挥湿地植物稳定高效供碳功能、缓解尾水湿地碳缺乏问题提供解决思路。湿地植物的主要供碳途径包括根系分泌、地下有机质分解和地上有机质分解(淋溶)等,湿地植物的供碳动态是物种和环境因子综合影响的结果,存在极大的时空异质性。湿地植物具有很强的供碳促反硝化潜力,地上最大生物量为5 kg/m~2的芦苇全年脱氮潜力可高达0.57 kg N/m~2。在构建的湿地植物生物质积累量和供碳量的一般性模式中,冷、暖季型湿地植物无论是生物质积累量(总生物量)和还是供碳量(分解部分+根系分泌物)均存在显著的季节性差异,以及季节间的互补特征。因此,冷、暖季型湿地植物间进行合理的配置,是发挥湿地植物供碳功能且避免生物质分解引起二次污染的可行性措施。今后在湿地植物供碳定量化研究方法、多种供碳途径的定量化监测、供碳功能调控策略,以及稳定高效供碳促反硝化人工湿地构建等方向需做进一步研究。     

一种新型的人工湿地生态工程设计--以山东省南四湖为例

本文采用了一种新的人工湿地设计理念 ,将两种类型的人工湿地有机地 ,动态地结合起来 ,设计出一套具有生态恢复和生态净化功能的工程体系。依据对湖区现状调查结果 ,按照生态学和生态经济学的基本原理 ,以保证湿地生态系统结构与功能的完整性为主要目标 ,在对湖区进行重点规划的基础上 ,提出了重点地段生态工程建设的设计方案 ,并对方案的预期目标进行了讨论