Na+和K+共存对A2/O工艺脱氮除磷效果及污泥性质的影响

为了揭示多种金属离子共存的含盐废水生物处理系统污染物的去除机制和污泥特性,考察Na~+、K~+共存对A~2/O工艺污染物去除率、污泥性质和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析了厌氧区、缺氧区和好氧区的微生物群落结构,结合脱氮除磷效果和污泥性质的变化,探讨不同Na~+/K~+摩尔比下A~2/O工艺优势种群的演替规律,以期从微生物角度明确Na~+、K~+共存对含盐废水污染物去除率的影响。结果表明:当进水Na~+/K~+摩尔比分别为2、1和0.5时,A~2/O工艺的COD去除率分别为80%、84%和86%,TN去除率分别为73%、77%和80%,K~+浓度的提高缓解了Na~+对COD和TN去除率的抑制作用;厌氧区释磷率分别为70%、73%和74%,缺氧区吸磷率分别为53%、55%和58%,好氧区吸磷率分别为70%、72%和75%。随着进水Na~+/K~+摩尔比的降低,厌氧区、缺氧区和好氧区微生物群落的丰富度和多样性降低,微生物群落差异显著,变形菌门的相对丰度均升高约30%,拟杆菌门和绿弯菌门相对丰度逐渐降低。陶氏菌属和固氮弧菌属作为优势菌属,其相对丰度逐渐增大,有利于氮磷污染物的去除。通过增加K~+的浓度有利于提高氮、磷去除率,增强污泥的生物絮凝性和反硝化聚磷菌的活性。     

微生物燃料电池去除废水中抗生素类污染物的研究进展

抗生素被广泛用于医疗、畜牧以及水产养殖等领域,大量抗生素未经代谢就进入环境,由此引起的细菌耐药性问题严重威胁着生态环境和人体健康。因而,如何有效控制废水中的抗生素和抗性基因污染成为近年来的研究重点。微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)利用微生物催化降解有机物,在产电的同时实现废水处理和污染控制,是近些年研究较多的一种处理技术。本文综述了MFCs对废水中抗生素、抗性基因等污染物的去除效果、降解机理以及降解过程中微生物群落的变化规律,分析了MFCs与其它技术耦合的效果和机制,概述了应用MFCs构建传感器在线监测抗生素等方面的研究进展。结果表明:MFCs对多种抗生素都具有良好的去除效果,随着反应器构型、抗生素种类以及浓度和运行时间等参数的不同,抗生素、抗性基因的去除效果以及阳极微生物群落有较大差异;MFCs与人工湿地等技术的耦合,有利于增强抗生素的去除效果,为MFCs的实际应用提供了新方向;利用MFCs作为生物传感器可实现废水中抗生素含量的在线监测,但目前尚处于起步阶段。基于上述结论,MFCs可以有效地去除废水中的抗生素,但对抗生素耐药基因的控制效果还亟待研究...     

温度对改良A2/O工艺反硝化除磷性能的影响

温度是影响微生物代谢活动的重要物理因素。为了提高生物同步脱氮除磷的效率,该研究采用改良A2/O反应器处理模拟城市污水,考察温度对活性污泥反硝化除磷性能和缺氧区微生物代谢动力学行为的影响,以期为反硝化除磷工艺的实际应用提供理论指导和技术支持。结果表明,当温度低于12℃时,改良系统化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和总氮(total nitrogen,TN)去除率明显下降,PO3-4-P去除率变化较小。通过污泥反硝化除磷性能测试发现,温度过高或过低均会导致释磷速率和吸磷速率的变化;温度对活性污泥中反硝化聚磷菌(denitrifying phosphorus accumulation organisms,DPAOs)比例影响较大,当温度为27℃时,DPAOs/PAOs达到最高值(56.16%),吸磷速率、硝酸盐还原速率以及聚-β-羟基丁酸盐(poly-β-hydroxybutyric acid,PHB)氧化速率达到最大,分别为5.15 mg/(g·h)、7.13 mg/(g·h)和0.81 mmol/(g·h)。通过拓展的阿伦尼乌斯方程对试验结果进行拟合,缺氧区动力学过程的温度系数分别为1.120~1.164和1.137~1.153,所有的缺氧化学计量学均对温度变化敏感。     

菌剂挂膜3D-RBC联合BCO工艺处理养猪沼液废水

针对养猪沼液废水寡营养、高氨氮的水质特征,该研究采用耐高氨氮、适应贫营养生长的异养硝化-好氧反硝化（Heterotrophic Nitrification-Aerobic Denitrification,以下简称HN-AD）菌挂膜启动三维结构生物转盘+生物接触氧化反应器（3D-RBC+BCO）组合工艺对沼液进行处理。该文研究了3D-RBC+BCO组合工艺在真实沼液条件下的启动过程及污染物去除效果,重点考察了溶解氧（Dissolved Oxygen,DO）浓度和C/N比2个关键因素对组合工艺污染物去除效果的影响。同时,借助高通量测序技术对DO和C/N比优化过程中微生物群落结构的变化规律进行解析。结果表明：在真实沼液条件下,采用HN-AD菌剂挂膜启动方法,仅用12和18 d就分别完成3D-RBC和BCO反应器的挂膜启动,同时组合工艺对COD、NH4+-N和TN的去除率分别稳定在94.8%、95.7%和80.1%,出水优于城镇污水厂排放一级B标准。在对3D-RBC反应器DO和C/N比的优化过程中,增设底曝后COD、NH4+-N和TN等指标的去除率分别降低了25.4%、15.4%和15.5%。高通量测序结果显示,增加底曝后3D-RBC盘片生物膜中微生物菌属的数量小幅下降,但HN-AD优势菌属的种类与丰度显著降低,导致脱氮效率下降;贫营养型Acinetobacter、Pseudomonas菌属是3D-RBC可以对真实沼液高效脱氮的关键,提高C/N比会显著降低其丰度,进而影响脱氮效果。     

焦化废水胁迫对玉米幼苗生长和抗氧化系统的影响

针对焦化废水污染现状,采用水培试验,研究了不同体积浓度焦化废水对玉米幼苗生长、生物量、抗氧化酶活性及非酶类抗氧化物质含量的影响,以期为焦化废水的毒性检测及生物监控指标的确定提供理论依据。结果表明,焦化废水经过A2/O工艺处理后,仍然能够显著抑制玉米幼苗的生长和生物量,且该抑制作用表现为对处理浓度和作用时间的双重依赖,处理浓度增大或作用时间延长对玉米幼苗生长和生物量的抑制作用增强;同时,经焦化废水处理后,染毒组玉米幼苗抗坏血酸（AsA）含量和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性明显增高,而谷胱甘肽（GSH）含量和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性却降低。这一结果提示,焦化废水经过处理后,CODCr、BOD5、NH3-N、挥发酚、氰化物、硫化物、油等物理化学指标大幅降低,但其生态风险依然存在。     

高氮和NO2-对中亚热带森林土壤N2O和NO产生的影响

利用15N同位素标记方法,研究在两种水分条件即60%和90% WHC下,添加硝酸盐(NH4NO3, 300mgN kg-1)和亚硝酸盐(NaNO2, 1mgN kg-1)对中亚热带天然森林土壤N2O和NO产生过程及途径的影响。结果表明,在含水量为60% WHC的情况下,高氮输入显著抑制了N2O和NO的产生(p<0.01);但当含水量增为90% WHC后,实验9h内抑制N2O产生,之后转为促进。所有未灭菌处理在添加NO2-后高氮抑制均立即解除并大量产生N2O和NO,与对照成显著差异(p<0.01)。在60% WHC条件下,这种情况维持时间较短(21h),但如果含水量高(90% WHC)这种情况会持续很长时间(2wk以上),说明水分有效性的提高和外源NO2-在高氮抑制解除中起到重要作用。本实验中N2O主要来源于土壤反硝化过程,而且加入未标记NO2-后导致杂合的N2O(14N15NO)分子在实验21h内迅速增加,表明这种森林土壤的反硝化过程可能主要是通过真菌的“共脱氮”来实现,其贡献率可多达80%以上。Spearman等级相关分析表明未灭菌土壤NO的产生速率与N2O产生速率成显著正相关性(p<0.05),土壤含水量越低二者相关性越高。灭菌土壤添加NO2-能比未灭菌土壤产生更多的NO,但却几乎不产生N2O,表明酸性土壤的化学反硝化对NO的贡献要大于N2O。     

过氧化氢及类芬顿试剂对土壤碳、氮和微生物的影响

基于过氧化氢(H₂O₂)的芬顿或类芬顿试剂被广泛应用于有机污染土壤的修复,但其对土壤基本性质及微生物群落的影响研究较少。本文以H₂O₂和不同的芬顿体系为研究对象,系统考察了H₂O₂、V₂O₃/H₂O₂、柠檬酸铁/H₂O₂体系对土壤有机质、铵态氮、硝态氮及微生物的影响。结果表明:H₂O₂在土壤中快速被分解,同时伴随着土壤有机质含量的显著下降和铵态氮含量的显著升高,土壤硝态氮含量变化不明显。高通量测序分析发现,H₂O₂和芬顿试剂显著降低了土壤微生物的多样性。     

城市污水的微生物-植物联合修复对水体N_2O、N_2和O_2释放的影响

针对城市河道污染水体治理这一问题,采用自主研发的自然水体原位收集装置对微生物和微生物-植物联合修复过程中气体N_2O、N_2及O2释放的特征进行野外原位监测。结果表明:微生物菌剂和微生物-植物联合净化期间水体氧化亚氮(N_2O)释放速率均值分别为10.68、5.91μmol·m~(-2)·h~(-1),与对照比,降幅分别为16.37%和53.86%;氮气(N_2)释放速率均值分别为1.49、0.87 mmol·m~(-2)·h~(-1),降幅分别为5.70%和67.54%;氧气(O_2)释放速率均值分别为1.14、0.69 mmol·m~(-2)·h~(-1),降幅分别为14.93%和72.06%;微生物菌剂及微生物-植物联合净化期间,目测水体透明度转好,藻类含量降低,水体溶氧由超饱和状态(17.17 mg·L~(-1))降至正常水体溶氧水平(9.49 mg·L~(-1)),降幅达到50%,可能是水体氧气释放速率降低的原因。因此,微生物-植物联合净化能显著降低水体N_2O、N_2及O_2的释放速率,推测是由于微生物和水生植物对水体养分的同化作用产生营养竞争,抑制了微生物反硝化作用产生N_2O、N_2并抑制藻类生长产生O_2及增加水体溶氧的原因。     

高氮和NO2-对中亚热带森林土壤N2O和NO产生的影响

利用15N同位素标记方法,研究在两种水分条件即60％和90％ WHC下,添加硝酸盐(NH4NO3,N 300 mg kg-1)和亚硝酸盐(NaNO2,N 1 mg kg-1)对中亚热带天然森林土壤N2O和NO产生过程及途径的影响.结果表明,在含水量为60％ WHC的情况下,高氮输入显著抑制了N2O和NO的产生(p＜0.01);但当含水量增为90％ WHC后,实验9h内抑制N2O产生,之后转为促进.所有未灭菌处理在添加NO2-后高氮抑制均立即解除并大量产生N2O和NO,与对照成显著差异(p＜0.01),在60％ WHC条件下,这种情况维持时间较短(21 h),但如果含水量高(90％ WHC)这种情况会持续很长时间(2周以上),说明水分有效性的提高和外源NO2-在高氮抑制解除中起到重要作用.本实验中N2O主要来源于土壤反硝化过程,而且加入未标记NO2-后导致杂合的N2O(14N15NO)分子在实验21 h内迅速增加,表明这种森林土壤的反硝化过程可能主要是通过真菌的“共脱氮”来实现,其贡献率可多达80％以上.Spearman秩相关分析表明未灭菌土壤NO的产生速率与N2O产生速率成显著正相关性(p＜0.05),土壤含水量越低二者相关性越高.灭菌土壤添加NO2-能较未灭菌土壤产生更多的NO,但却几乎不产生N2O,表明酸性土壤的化学反硝化对NO的贡献要大于N2O.     

集约化猪场废水强化生化处理工艺试验研究

该文采用新型厌氧反应器技术和强化生物脱氮及硝化技术处理猪场废水。试验结果表明：新型厌氧反应器容积COD_Cr负荷可达8 kg/(m³·d)以上,稳定运行COD_Cr平均去除率为75％;生物脱氮及硝化采用一体式A/O反应器,缺氧段水力停留时间为1 h,好氧段水力停留时间为3 d,氨氮浓度可控制在10 mg/L以下。总出水COD_Cr平均550 mg/L,BOD₅平均53.0 mg/L,NH₃-N平均8.8 mg/L,总COD_Cr去除率87%,总BOD₅去除率96%,NH₃-N总去除率在98％以上;采用原水碳源优化分配强化生物脱氮,TN去除率为77.11%左右。总出水BOD₅/COD_Cr约0.10,出水COD_Cr中难生物降解成分占绝大多数,需经过后续物化处理才能达到广东省水污染物控制标准(DB44/26-2001)。     

NaCl浓度对SBBR同步脱氮及N2O释放的影响

盐度是影响生物脱氮过程的重要因素。盐度增加会导致生物硝化和反硝化过程中N_2O的产生并释放。该文以添加NaCl的生活污水为研究对象,采用固定填料序批式生物膜反应器(sequencing batch biofilm reactor,SBBR),考察了不同NaCl浓度(0、5、10、15和20g/L)对SBBR脱氮性能及N_2O释放的影响。结果表明,试验NaCl浓度范围内,SBBR出水COD稳定在40～60mg/L。硝化过程NO_2~-/NO_3~-随NaCl浓度增加而增加。NaCl浓度≤10g/L时,NH_4~+-N去除率大于95%,N_2O产率由4.08%(NaCl浓度为0)增至6.72%(NaCl浓度为10 g/L)。NaCl浓度为20 g/L时,驯化后SBBR内平均NH_4~+-N去除率为70%,平均N_2O产率为13.60%。无添加NaCl时,N_2O主要产生于硝化阶段的AOB好氧反硝化过程,SBBR内缺氧区有助于减少N_2O释放;高NaCl浓度条件下,N_2O主要产生于AOB好氧反硝化过程和内源同步反硝化过程,高盐度加剧内源反硝化阶段NO_2~-和N_2O之间电子竞争,抑制N_2O还原,其活性抑制性能与电子受体和初始C/N有关。与硝态氮还原速率和亚硝态氮还原速率相比,氧化亚氮还原速率受NaCl抑制最为明显,是导致高盐度条件下N_2O释放量增加的重要因素。     

施肥对山核桃林地土壤N2O排放的影响

【目的】N2O是重要的温室气体,其增温潜势是CO2的298倍,而且破坏臭氧层。森林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,占全球陆地面积的33%,森林土壤N2O排放对全球气候变化有重大的影响。山核桃（Carya cathayensis）是非常重要的经济林,是山核桃主产区农民的主要经济来源。近年来,农民采取施用无机肥和有机肥等措施来提高山核桃产量,但施肥对山核桃林地土壤N2O排放的影响尚不清楚,本文以不施肥作为对照（CK）,研究单施有机肥(Organic fertilizer, OF)、单施化肥(Inorgnaic fertilizer, IF)、 有机无机肥配施(Organic fertilizer and Inorgnaic fertilizer, OIF)对山核桃林地土壤N2O气体排放的影响。【方法】 利用静态箱-气相色谱法对山核桃林地土壤N2O排放通量进行了为期1年的测定。采样箱为组合式,即由底座、顶箱组成,均用PVC板做成,面积为30 cm30 cm,高度为30 cm。气体样品采集频率基本为每月1次,采集气体时,将采集箱插入底座凹槽（凹槽内径和深度均为5 cm）中,用蒸馏水密封,分别于关箱后0、 10、 20、 30 min采集,用注射器抽样60 mL置于气袋,带回实验室用岛津GC-2014气相色谱仪进行测定,检测器为电子捕获检测器（ECD）,检测器温度为250℃。【结果】 山核桃林地不同施肥土壤N2O排放通量均呈现明显的季节性变化,以夏季最高、冬季最低。土壤N2O的排放通量在N -0.021~ 0.161 mg/(m2 h)之间变化,不同处理土壤N2O年累积排放量依次为单施有机肥单施化肥有机无机肥配施对照,对应值分别为N 2.17、 2.01、 1.94和0.94 kg/（hm2a）。与对照相比,施肥处理显著增加N2O的排放（P0.05）,但是各施肥处理N2O排放量之间的差异不显著。单施有机肥和有机无机肥配施处理土壤N2O排放通量与土壤水溶性有机碳含量和微生物量碳呈显著相关关系（P0.05）,而单施化肥和对照则无显著相关性。土壤N2O排放通量与地下5 cm处土壤温度均显著相关（P0.05）,而土壤N2O排放与土壤含水量间没有显著相关性。【结论】 施肥显著促进了山核桃林地土壤N2O排放,不同施肥处理之间山核桃林地土壤N2O排放无显著差异。添加有机肥引起土壤水溶性有机碳和微生物碳的增加可能是有机肥增加山核桃林地土壤N2O排放速率的主要原因之一。     

CeO2/Al2O3催化剂的制备表征及在污水处理中的应用

为了提高臭氧催化氧化污水深度处理的效率,分别利用CeO_2和Al_2O_3作为活性组分和载体制备掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂,通过X-射线衍射、透射电镜、N2吸附脱附曲线、X射线光电子能谱等方法对催化剂性能进行表征,考察CeO_2/Al_2O_3催化活性的变化,分析催化臭氧化去除有机物的作用机制。结果表明,制备的掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到125 m2/g、0.242 2 cm3/g和7.777 8 nm。催化剂的活性组分主要为高度结晶化立方萤石结构的CeO_2,煅烧并未改变CeO_2的结构晶型。当进水化学需氧量(Chemical oxygen demand)为70~80 mg/L,催化剂用量为110 g/L,臭氧浓度为18 g/m3,p H值为7.8时,COD去除率最高42.8%。较高的催化效率归功于活性物质CeO_2中同时具有Ce3+和Ce4+,加速了臭氧生成更多的强氧化性?OH,催化剂的多孔结构为有机物的降解提供了充足的反应空间。催化剂使用寿命长,当催化剂重复使用5次后,COD去除率仍保持40%以上。     

CO2浓度倍增和土壤盐胁迫对藜麦生理特征及产量的影响

利用可精准调控CO2浓度的人工气候室,设置2个CO2浓度（常规组：400 μmol/mol和倍增组：800 μmol/mol）,同时设置2个NaCl胁迫浓度（对照组NaCl浓度为0;盐胁迫组400 mmol/L NaCl）,探讨CO2浓度倍增和土壤盐胁迫对藜麦生长、生理、叶片离子含量、叶片光合特性和内禀水分利用效率的影响。结果表明,在盐胁迫下,CO2浓度倍增显著提升藜麦光合速率、降低藜麦气孔导度,提高藜麦内禀水分利用效率,从而增加藜麦产量。但是,在CO2浓度倍增处理下,随着藜麦生长,光合速率提升幅度逐渐缩小,藜麦产生光合适应现象。此外,在盐胁迫下,与CO2浓度常规组相比,CO2浓度倍增最终（63 d）降低藜麦叶片Na+浓度达42%,增加藜麦叶片K+浓度达26%,有效调控藜麦叶片中离子平衡,表现出明显的吸K+排Na+的现象。同时,CO2浓度倍增促进藜麦渗透调节,有效调控藜麦叶片水分运动,增加细胞含水率,降低叶片溶质势和水势,提高压力势,维持细胞正常的生理功能。此外,藜麦内禀水分利用效率与藜麦叶水势、溶质势,光合速率和K+浓度呈显著正相关。研究结果有助于深入理解CO2浓度倍增调控作物耐盐性的生理机制,为应对大气CO2浓度升高背景下土壤盐碱化问题,维护生态系统稳定性,保障粮食安全提供参考。     

覆盖作物对猕猴桃园土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

[目的]果园行间播种覆盖作物有利于改善土壤理化性状,改变氮循环过程中的氨氧化微生物群落结构.因此,我们分析不同覆盖作物下猕猴桃园土壤氨氧化微生物的群落结构和基因丰度,以探究其与土壤硝化作用的关系.[方法]选择湖北十堰的一个5年生猕猴桃果园进行了种植多年生覆盖作物试验,供试覆盖作物有白三叶草(Trifolium repe...     

Effect of biochar applied with plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) on soil microbial community composition and nitrogen utilization in tomato

Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) represent an important microbial community group and have beneficial effects on plant growth and development. A pot experiment was conducted to study the effect of biochar applied with PGPR on the soil microbial community composition and nitrogen use efficiency (NUE) of tomato, which could provide a theoretical basis for rational fertilization. Six treatments were designed: no nitrogen (N), PGPR, or biochar control (CK); biochar without N or PGPR (BCK); N without PGPR or biochar (U); N and PGPR without biochar (UP); N and biochar without PGPR (UB); and N, PGPR, and biochar (UBP). The tomato yield in the UP treatment was 9.09% lower than that in the U treatment, whereas that in the UB treatment was 19.93% higher than that in the U treatment. The tomato yield in the UBP treatment was 32.45%, 45.69%, and 10.44% higher than those in the U, UP, and UB treatments, respectively. Biochar combined with PGPR increased the relative abundance of Nitrospira and Bradyrhizobium in the soil. At the tomato maturity stage, the soil NO₃^--N content in the UBP treatment was 87.12%, 88.12%, and 31.04% higher than those in the U, UP, and UB treatments, respectively. The NUE in the UP treatment was 4.03% lower than that in the U treatment, and that in the UBP treatment was 13.63%, 17.66%, and 10.77% higher than those in the U, UP, and UB treatments, respectively. This study showed that biochar combined with PGPR can improve soil microbial community structure and increase the NUE of tomato.     

粒径对冻融过程中加氮灌溉土壤N2O排放的影响

通过室内模拟的方法,研究了冻融过程潮土两种粒径（1 cm和0.25 mm）在加氮灌溉条件下N2O的排放通量,并且分析比较了3种氮素形态（铵态氮、硝态氮和酰胺态氮）和3种浓度（40、200和800 mg/L）对土壤N2O的排放通量的影响。结果表明：冻结前,除硝态氮浓度在大于200 mg/L时,细土N2O排放通量小于粗粒径土壤,其他氮素形态和浓度得到相反结果;冻结过程细土达到N2O稳定排放通量的时间要早于粗粒径土壤;融化后细土比粗粒径土壤早出现N2O排放峰,并且该峰值总体比粗粒径土壤小;随氮素浓度增加,粗粒径土壤3种氮素形态平均N2O累积排放量分别比细粒径土壤多45.46%、7.81%和46.87%。建议土壤在加氮灌溉时应尽量避免施加硝态氮肥,铵态氮肥的施用应尽量考虑降低浓度,并建议在灌溉越冬水且土壤冻结后耙碎大土块以减少N2O排放。