渠式生物膜氧化法处理生活污水的技术研究

研究了利用渠式生物膜法进行生活污水处理实验。该法结合了活性污泥法和生物膜法的优点,能有效处理城市生活污水,而且装置不设二沉池,占地面积少,基建投资省。实验测定了不同的水力停留时间(HRT)和进水负荷下的化学需氧量(COD_Cr)及氨氮(NH₃-N)浓度,并分析其对去除率的影响。结果表明,在实验设定的范围内,COD_Cr和NH₃-N去除率随着水力停留时间的增大而增大,而随着进水负荷的增大而相应的减少。在水温25℃,流量0.6L·min^-1,COD_Cr 100mg·L^-1,NH₃-N 15 mg·L^-1的条件下,污染物的去除率较高(COD_Cr为71%、NH3-N为36%),出水水质比较理想,可以达到景观、娱乐和冷却水等的用水标准。     

人工沉床对富营养化河道净化效果及水体微生物群落的影响

对于透明度低、富营养化严重的河道,难以直接在河底种植沉水植物净化水质。通过构建穗花狐尾藻人工沉床系统,对上海临港一典型富营养化河道进行生态修复。结果表明：人工沉床可通过沉水植物吸收和改变微生物群落结构及多样性,达到脱氮除磷、提高水体透明度效果。沉床修复30 d后,水体透明度升高了152.2%,水体叶绿素a浓度降低了87.4%,总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N)和活性磷(PO₄^3--P)浓度平均去除率分别为61.0%、76.4%、91.8%和76.6%,与对照区差异显著(P<0.05)。修复后水体微生物多样性提高,改变了门、属水平群落结构以及水体氮处理细菌结构,提高了磷处理细菌丰度;冗余分析进一步表明,TP、NH₃-N、NO₃^--N和PO₄^3--P是导致沉床修复不同时期水体门水平群落结构差异的主要驱动因子,变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门与TP、NH₃-N、PO₄     

富营养化河道引清渐推生态修复工程模式研究

2014 年2 月10 日至3 月28 日对滴水湖外围中涟河道实施以引清调水引导的沉水植物生态修复工程, 从临近的D 港引入清水快速提高水体透明度, 然后移栽苦草(Vallisnerianatans)、伊乐藻(Elodea nuttalii)、龙须眼子菜(Potamogetonpectinatus)等沉水植物, 构建水生植物群落。跟踪监测总氮(TN)、氨态氮(NH4⁺-N)、硝态氮(NO3^–-N)、亚硝态氮(NO₂^–-N)、总磷(TP)和磷酸盐(PO₄^3–-P)等水质指标, 分析该生态工程对富营养化河道的修复效果。结果表明: 工程实施后第2 个月, 修复区沉水植物的覆盖率由移栽初期的60%提高到85%, 水体综合营养状态指数比对照区降低了19.31%, 达到中营养水平, 修复效果显著(P<0.05)。6 个月后, 修复河道水体内总氮、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、磷酸盐的浓度与对照区相比显著降低, 削减率分别为43.86%、61.17 %、51.90 %、72.62 %、43.86 %和55.71%, 水体透明度比对照区提高81.82%, 综合营养状态指数显示修复区水体仍保持在中营养状态。引清渐推生态修复工程对富营养化河道修复效果明显, 为我国南方河网较密集区的河道生态修复提供更多的治理思路。     

生物膜法强化净化氨氮污染水体及其微生物群落解析

【目的】比较不同营养条件及挂膜方式下生物膜法对氨氮污染水体的净化效果及其功能微生物群落结构。【方法】设置空白(Blank)、自然成膜(Raw)、预附脱氮菌强化挂膜(PCC)3组生物膜反应器,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术和非度量多维标度(NMDS)分析方法对生物膜反应器转化氨氮过程中微生物群落结构及其演替过程进行动态解析。【结果】在C/N=1:1时,除PCC在起始阶段短暂具有较高的氨氮脱除效率外,Blank、Raw和PCC最终均表现出较低的氨氮转化效率(10%-20%)。改变C/N=2:1后,Raw和PCC对人工合成污水中NH4+-N的转化率均提高至95%以上,而且Raw与PCC的群落结构在C/N=2:1时具有较高的相似性,优势菌群主要为γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、放线菌纲(Actinobacteria)和硝化螺菌纲(Nitrospira)。【结论】C/N是影响生物膜反应器氨氮去除效果及驱动生物膜反应器中细菌群落结构发生改变的重要因子。     

FISH法对垃圾渗滤液硝化生物膜发育的观察与分析

氨氧化细菌的培养和快速检测一直是高浓度氨氮废水处理工程的调试和运行监测中的难点问题。利用荧光原位杂交(FISH)方法,对广州大田山垃圾填埋场渗滤液好氧处理过程中复合生物膜反应器不同挂膜时间的填料和相应时期的悬浮污泥中氨氧化菌的群落结构和动态变化进行了监测,并且用扫描电子显微镜(SEM)观察了相应时间段的生物膜的表面情况。结果表明,在挂膜初期,细菌首先在填料表面的凹陷处定居,随着挂膜时间的延长,填料上的细菌总数在增加。挂膜7d的填料上,氨氧化菌占全菌的比例为60%左右,挂膜20d的填料上,氨氧化菌占全菌的比例为40%左右;挂膜50d的填料上,已经形成了完整的生物膜菌群结构,其中氨氧化菌是最主要的优势菌群,它占全菌的比例保持在35%左右,这个比例在106d和155d的生物膜上仍然保持稳定。与填料同时取样的悬浮污泥,其氨氧化菌占全菌的比例远远低于同时期的填料上的比例,并且较不稳定。当出水氨氮浓度由30mg/L升高到70mg/L左右时,悬浮污泥中氨氧化菌的比例有所降低,而完整生物膜上氨氧化菌的比例仍然保持在30%左右并且对氨氮的去除起了主要的作用。     

氰化物污染的植物修复可行性研究

氰化物是目前世界范围内最常使用的提取黄金和白银等贵重金属的沥滤剂,其对自然生态环境的污染和破坏以及对人畜和其它生物的毒性作用是众所周知的.本试验用一自行设计的生物反应器来观察黄豆(Glycine max(L)Merr.)和玉米(Zea mays L.)对氰化物污染土壤的原位修复的可能性.室温条件下(23.0～26.0℃),低浓度的氰化物污染液对(≤45.5 CN mg·L^-1)二种测试植物的生长没有产生任何毒性作用;而在高浓度的氰化物试验组(≥91.0 CNmg·L^-1),二种测试植物的生长都出现了明显的滞长现象(生长率下降大于10%),但没有观察到其它毒性反应.同时二种测试植物的叶片细胞用来测定植物细胞线粒体中的氰丙氨酸合成酶(β-cyanoalanine synthase)转化氰化物的潜力.实验是在一封闭的玻璃器皿(100mL)中进行的(100mL的氰化钾溶液中加入1.5g(鲜重)植物的叶片,氰化钾溶液的浓度大约1.0 CNmg·L^-1).在为期28 h的时间内,水溶液中超过90%的氰化物被植物的叶片去除;黄豆和玉米的的叶片细胞对氰化物去除率分别测定为4.43mg CN·kg^-1(鲜重)·h^-1和3.42mg CN·kg^-1(鲜重)·h^-1.本实验结果表明,植物对氰化物污染的土壤原位修复方法是一种可行的和有效的选择.     

铜锈环棱螺对藻华水体理化指标的影响

采用池塘围隔对比试验的方法,研究了不同密度(392 ind·m^-2、196 ind·m^-2、98 ind·m^-2、0 ind·m^-2)铜锈环棱螺(Bellamyaaeruginosa)对藻华水体主要理化因子的影响.实验从2009年9月14日开始,持续60d.结果显示:环棱螺可以明显提高藻华水体的透明度(SD),实验中、后期,三个处理组围隔水体的SD均能保持在60cm以上,而对照组SD改变不明显,波动于29～40.3cm之间;多数时间内处理组水体的溶解氧(DO)含量都显著低于对照组,说明环棱螺的存在可直接或间接降低水体DO浓度.试验表明,单一投放螺类可有效降低藻华水体的叶绿素a(Chl-a)含量,但难以削减营养盐浓度.实验条件下,围隔水体总氮和正磷酸盐浓度的下降趋势均与螺的密度呈现负相关性(R=-0.9851,p<0.05;R=-0.9678,p<0.05);对SD、DO、pH、Chl-a、NH₄⁺-N、NO₃^--N、PO₄^3--P等7个主要理化指标数据进行了Duncan多重比较分析以及聚类分析,结果显示对照组和处理组在p<0.05水平上均存在显著差异,说明环棱螺的投放能在一定程度上调控水体质量.     

4种沉水植物对富营养化水体氮磷的去除能力

沉水植物常用于水质净化与生态修复工程.本实验通过室内模拟与测定,分析比较4种常见沉水植物在6个种植密度梯度(0.5g·L^-1～3g·L^-1)下对世博后滩公园生态水系氮、磷污染物的去除率.30d模拟实验结果表明,4种沉水植物对水体中过量氮、磷均有较高的去除率,在种植密度为3g·L^-1时,轮叶黑藻(HydriHa verticillata)对TN去除率最高达到6%,马来眼子菜(Potamogeton malaianus)对TP的去除率最高为88%.在种植密度为0.5g·L^-1～3g·L^-1的范围内时,各沉水植物实验组随种植密度的增大,对氮、磷的去除率升高.     

改性生物填料载体强化厌氧氨氧化反应器脱氮研究

以上流式厌氧污泥床(UASB)为研究对象,主要探究2种改性生物填料载体对厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响,并以电子扫描显微镜(SEM)、脱氢酶活性检测及菌群结构分析等微观方面解析影响脱氮性能差异的原因。结果表明:活性炭聚氨酯及改性聚乙烯塑料填料2种生物填料载体的投加均能在一定程度上提高厌氧氨氧化反应器的脱氮性能,当反应器容积负荷提升至1.37 kg/(m³·d),其总氮去除率仍分别有76.41%及82.89%,而未添加改性生物填料的反应器总氮去除率仅剩70.26%。结合SEM分析及高通量测序结果可知:投加2种改性生物填料载体的反应器对厌氧氨氧化菌均具有良好的富集效果,并且投加改性聚乙烯塑料填料的反应器对厌氧氨氧化菌的吸附效果更为明显;2个投加改性生物填料载体的UASB反应器底泥的脱氢酶活性均高于对照组,而改性聚乙烯塑料填料表面生物膜的脱氢酶活性高于活性炭聚氨酯,从而导致3个厌氧氨氧化反应器脱氮性能有所不同。总体而言,无论是在对反应器脱氮性能的提高方面还是对厌氧氨氧化菌的富集方面,改性的聚乙烯塑料填料的效果明显较好。     

Zn-Fe LDHs改性石英砂生物膜体系对BDE-47的去除效果与机理

文章以四溴联苯醚(BDE-47)为目标污染物, 利用共沉淀法制备Zn-Fe LDHs覆膜改性石英砂基质, 在好氧、厌氧及两者交替条件下, 研究腐败希瓦氏菌CN32(Shewanella putrefaciens CN32) 在LDHs改性基质上生物膜形成过程及其对培养液中BDE-47的去除效果; 通过监测反应体系中Fe2+和H₂O₂浓度变化探讨BDE-47的生物及非生物去除机制。结果表明, LDHs改性不影响石英砂基质表面生物膜的形成, 但在好氧条件下, Zn-Fe LDHs石英砂改性基质对CN32电子传递链活性存在一定抑制作用, 而在厌氧条件下, LDHs改性会影响基质生物膜胞外聚合物(EPS)组成特性, 使多糖占比升高。无论在好氧还是厌氧条件下, 基质生物膜反应体系中EPS总浓度均显著高于纯菌CN32体系; 且在好氧与交替条件下, 基质生物膜的形成均显著提高反应体系中BDE-47的去除效果(约25%)。在交替条件下, 前3次循环(72h内)BDE-47的去除以基质吸附为主; 72h后, 生物膜吸附与生物降解共同发挥作用, 且LDHs改性基质在后期上升潜力更大。研究报道了LDHs改性基质生物膜形成特性及其对水相中PBDEs去除的潜力, 为强化人工湿地中PBDEs生物降解提供新思路。     

基于SCX/SAX混合填料的集成化蛋白质组学样品前处理方法

本文建立了一种基于强阳离子交换填料/强阴离子交换填料(SCX/SAX)混合填料的集成化蛋白质组学样品前处理方法.本工作将前期已发展的离心式集成化蛋白质组学样品前处理技术SISPROT中的SCX填料替换成SCX和SAX混合填料,以溶菌酶和牛血清白蛋白为模型蛋白,研究了3种pH(3,7.4,12)条件下蛋白质在SCX/SAX混合填料上的保留行为;应用BCA方法对SCX/SAX混合填料的比例进行了优化,并应用SDS-PAGE法对酶解步骤中pH变化引起的蛋白质丢失情况进行了系统的考察.实验结果发现,在pH 7.4条件下,质量比为1:1的SCX/SAX混合填料的富集效率最佳,蛋白质富集容量为180μg,是SCX填料富集容量的两倍左右;且酶解步骤的pH变化过程不会影响蛋白质在SCX/SAX混合填料上的保留.最后应用改进的SISPROT方法对少量肠癌组织样品进行了集成化蛋白质组学样品前处理和分析,并与传统的基于SCX填料的SISPROT方法进行了对比研究.结果表明,蛋白质鉴定量、特异性肽段数量和肽段谱图匹配数量均与基于SCX填料的SISPROT技术相当,证实了该方法作为蛋白质反应器的可靠性.鉴于该方法可以实现在生理pH条件下进行样品前处理,且显著提高了上样容量和减少了样品损失,该方法有望成为一种更为通用的集成化蛋白质组学样品前处理技术.     

厌氧E-MBR反应器在焦化废水处理中的微生物特性研究

【目的】将厌氧的膜生物反应器(MBR)与微生物燃料电池(MFC)耦合的厌氧电辅助膜生物反应器(E-MBR)应用于实际工业焦化废水处理。【方法】通过正交实验优化了反应器进水的培养条件为PO_4~(3–)14.3 mg/L、Fe~(2+)0.2 mg/L、Fe~(3+)0.1 mg/L、Co~(2+)0.1 mg/L和Mn~(2+)0.2 mg/L。在此条件下考察了该反应器对系统中有机污染物的去除效率及厌氧污泥的污泥特性、产电性能、胞外聚合物(EPS)、微生物群落结构及膜污染的影响。【结果】结果表明,与未优化的培养条件相比,工业焦化废水COD的去除率提高了23%;污泥浓度(MLSS)、比重、沉降速度增加,污泥体积指数(SVI)降低,表明污泥颗粒化及沉降性能提高;污泥中溶解性EPS (SMP)、松散态EPS (LB-EPS)及紧密结合态EPS (TB-EPS)这3种组分中的蛋白质与多糖的比例(P/C)分别降低0.12、0.25和0.16,表明污泥更易于被降解;厌氧污泥的产电性能增强;高通量分子测序结果表明,反应器中污泥的群落结构发生了明显的变化,优势菌群突出;经扫描电镜(SEM)对比结果表明,反应器阴极膜的污染情况也得到了一定的减缓。【结论】优化进水培养条件可以达到使反应器污水处理效率提高、清理周期缩短和运行更稳定等效果,对于工业废水处理技术的节能环保方面提供一定的理论依据。     

城市河道底泥污染生物修复技术研究

城市河道受污染底泥对水体产生大的二次污染,为有效的控制底泥污染物的释放和开发有效的水体治理技术方法,本研究利用人工模拟河道在连续流条件下,对河道污染底泥的生物修复及其对水体生物修复的影响进行了试验研究。研究结果表明:采用曝气增氧和投加底泥生物修复制剂联合处理的方式能达到好的底泥生物修复效果,能有效的提高底泥的生物降解活性(G值),削减底泥氮磷污染物的释放量,底泥G值与底泥氮、磷污染物释放量呈显著负相关性:单独采用曝气增氧和投加土著微生物制剂联合实施的生物修复方法对河道污染水体均具有良好的修复效果,但底泥的生物修复将对河道水体生物修复的效果产生大的影响。底泥生物修复后,对水体进行生物修复的处理效果更加显著,在相同实验条件下,对水体COD、氨氮的最大去除率由65.0%和16.30%提高到72.0%和41.0%,水体生物修复的周期由13 d缩短为6 d。     

无根萍、酵母菌和红螺菌的水质净化和抑藻作用

从2005年9月到2005年10月,利用莲花湖中的3个49m²,深度为1.5m的围隔进行生物水质净化和除藻研究。1#围隔为对照,2#围隔水体中加入无根萍,3#围隔水体中喷洒酵母菌和光合细菌。与1#围隔比较,2#围隔水面的无根萍的数目在300L×5×10³L^-1,3#围隔的喷洒复合菌数目酵母菌(300L×4×10⁵L^-1)和红螺菌(300 L×8×10⁸L^-1)。本实验结果表明:在30d内,2#和3#围隔中的TP分别下降40%、25%;TN分别下降43%、16%;叶绿素含量分别下降51%、31%。透明度增加了87cm、55cm;pH值降低了1.09、0.69。本研究表明无根萍与酵母菌和红螺菌对水体理化性质有明显的改善,对藻类生长有明显的抑制作用。     

MBR运行初期对基因工程菌的截留特性研究

在膜-生物反应器(MBR)中实施基因工程菌生物强化时, 运行初期基因工程菌流失是生态风险评价的重要内容。在一体式微滤膜-生物反应器中, 考察了运行初期不同运行条件对基因工程菌流失密度和截留效率的影响, 并对截留特性进行了探讨。结果表明, 膜-生物反应器运行初期, 不同运行条件对基因工程菌的截留效率影响不同：污泥浓度增加, 截留效率提高; 提高膜通量和曝气量, 截留效率降低。基因工程菌接种密度为1.0×1010 CFU/mL时, 不同运行条件下的流失密度为1.0×102 CFU/mL~2.5×102 CFU/mL, 最大截留效率大于8 lg。膜-生物反应器运行初期, 膜组件截留、污泥吸附以及对悬浮细胞迁移阻碍是影响截留效率的主要因素, 一定条件下其截留效率贡献率分别为82.3%、14.9%和2.8%。膜-生物反应器稳定运行过程中形成凝胶层, 可以提高截留效率。一定条件下, 膜组件、污泥和凝胶层对基因工程菌的截留贡献率分别为75.3%、10.7%和14.0%。     

一株重金属镉耐受小球藻的分离鉴定及其生长条件优化

以龙江河镉污染水体预留样本为实验材料,从中筛选得到一株重金属镉耐受藻株,经形态和分子生物学鉴定为小球藻属,命名为Chlorella sp.LQQ-1。实验从温度、pH、Cd²⁺、有机碳源及有机氮源等方面对该藻株生长条件进行优化,并考察其在最佳生长条件下对水体中Cd²⁺的去除效果。结果表明:该小球藻最适宜生长温度为30℃,最适宜pH为7.0左右。Cd²⁺在低浓度下能促进小球藻的生长,当Cd²⁺浓度超过30μmol·L^-1时,小球藻的生长受到抑制。适宜该小球藻生长的最佳葡萄糖添加浓度为10g·L^-1,最佳尿素添加浓度为1g·L^-1。在最佳生长条件下,该小球藻对水体中Cd²⁺的去除率达89.7%。     

光照条件对‘寒富’苹果叶片结构和光合特性的影响

以‘寒富’苹果为试材,利用光学显微镜技术和气体交换等方法,研究了光照条件对盆栽和田间条件下‘寒富’苹果叶片结构和光合特性的影响.结果表明： 同种栽培方式下,与全光照条件相比,遮阴环境下‘寒富’苹果叶片的栅栏组织、海绵组织以及叶片总厚度均降低,其中,栅栏组织分别降低34.5%(盆栽)和25.0%(大田),叶片总厚度分别降低27.1%(盆栽)和18.3%(大田);遮阴环境下大田‘寒富’苹果叶片的光补偿点(LCP)最低,为(30.8±1.3） μmol·m^-2·s^-1,全光照比遮阴环境下叶片饱和光强分别高22.7%(盆栽)和48.2%(大田);盆栽不同光照环境下叶片对强光的适应能力不同,突然转入强光下,达到最大光合速率15.4 μmol·m^-2·s^-1(盆栽全光照)和12.7 μmol·m^-2·s^-1(盆栽遮阴)的光合启动时间不同,分别为23和33 min.表明长期遮阴影响‘寒富’苹果叶片质量及光合能力.     

营养及水力条件影响光合细菌生物膜生长特性实验

对平板式生物膜反应器内,流量及底物浓度范围分别为37.8~1080ml/h、0.05~10g/L的不同生长条件下光合产氢细菌生物膜生长特性进行了实验研究,讨论了不同水力及营养条件对沼泽红假单胞菌生物膜表面覆盖率、膜厚、干重和密度的影响。实验结果表明,不同水力及营养条件对生物膜生长速率及结构具有重要影响。在相同的时间间隔内,在高流速条件下光合细菌菌落生长较快,但过高的液体流速会导致部分生物膜脱落;高流速条件易使生物膜形成薄而致密的结构。光合细菌生物膜在循环液底物浓度较高时生长较快,密度也最高;而贫营养条件可以促成结构疏松生物膜在固液界面的形成,这种生物膜结构有利于微生物在低底物浓度条件下底物在生物膜内的传输。     

间歇曝气对微污染源水生物接触氧化修复系统脱氮性能的影响

针对寡营养生境下生物脱氮过程碳源不足等问题,开展不同间歇曝气方式对微污染源水生物接触氧化修复系统脱氮性能的影响研究,探究修复系统短程硝化反硝化的可行性与过程机理.结果表明:在停曝-曝气时间为8 h-16 h的间歇曝气方式(Ⅰ)下启动的生物接触氧化修复系统,其铵态氮(NH+4-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)的平均去除率分别稳定在93.0%、78.1%、19.4%;而在停曝-曝气时间为16 h-8 h的间歇曝气方式(Ⅱ)下运行修复系统,其NH+4-N、CODMn平均去除率仍能分别维持在81.2%、76.4%,体系内NO-2-N发生积累,TN去除率增至50%以上.对工况Ⅱ下修复系统周期内氮素转化特性分析发现,在确保出水NH+4-N、溶解氧(DO)浓度达标的前提下,缩短曝气时间可将体系DO长时间控制在0.5～1.5 mg·L-1,亚硝酸氧化菌(NOB)生长及其活性受到抑制,NO-2-N明显累积,最终实现了微污染源水生物接触氧化修复系统的短程生物脱氮.     

阴晴天条件下高CO2浓度对杂交稻光合作用影响的FACE研究

光和二氧化碳(CO₂)是绿色植物光合作用的两个基本条件.为了明确不同光照条件下,高CO₂浓度对不同杂交水稻光合特性的影响,2017年利用稻田大型FACE平台,以‘Y两优900’和‘甬优538’为供试材料,设置环境CO₂和高CO₂浓度(增200 μmol·mol^-1)两个水平,分别在拔节期和灌浆期同时测定阴、晴天气条件下顶部全展叶光合特性参数.结果表明: 高CO₂浓度使不同天气情况下两品种叶片的净同化率(P_n)均呈增加趋势,其中晴天条件下的增幅(31%)大于阴天(25%),拔节期的增幅(37%)大于灌浆期(21%),CO₂与天气、CO₂与生育期均存在显著的互作效应.叶片水分利用效率(WUE)对高CO₂浓度的响应趋势与P_n一致.高CO₂浓度环境下叶片气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)均呈下降趋势,晴天条件下的降幅略大于阴天.与晴天相比,阴天条件下叶片P_n、g_s、T_r、WUE和L_s平均分别下降41%、18%、41%、26%和27%,差异均达显著或极显著水平.相关分析表明,晴天P_n、g_s、T_r均与阴天时的参数呈极显著正相关关系.表明阴天使水稻生育中、后期叶片光合参数及其对高CO₂浓度的响应均大幅降低,且两品种表现一致.评估未来水稻产量潜力需要考虑天气条件.