潜流式人工湿地消纳城市污水厂尾水微生物特性及机制

为揭示潜流式人工湿地消纳城市污水厂尾水微生物特性及机制,以位于常州市城北污水处理厂内的潜流式人工湿地消纳城市污水厂尾水旁路试验系统中的植物根系、湿地填料及湿地土壤中微生物为研究对象,通过镜检、脲酶、磷脂脂肪酸(PLFA)等分析手段对其进行相关研究。结果表明,植物根系、填料中含有团藻等菌胶团和轮虫、变形虫等原生动物,团藻等菌胶团通过自身新陈代谢及光合作用,利用尾水中N、P进行生物代谢,去除低碳源条件下尾水中的N、P等。湿地脲酶平均含量(N)约为22.43mg/g,其活性与TN的去除呈线性相关,活性越高,TN去除率越高。消纳城市污水厂尾水湿地填料中饱和脂肪酸(PLFA)含量为99.30%,不饱和脂肪酸含量仅为0.70%,这与潜流式人工湿地处理城市污水中的PLFA含量有很大差别(分别为76.97%、23.03%)。以脂肪酸生物标记量为指标,显示湿地填料中形成了以好养细菌为优势种群的微生物生态结构。团藻、好氧微生物是低碳源尾水中TN等污染物去除的主要载体微生物。

某有机污染地块污染土壤的修复方案比选研究

当前,我国城市化不断发展,许多近郊的工业企业都进行了搬迁或停产,遗留了大量受污染的土地。目前国内外应用于污染场地修复的技术较多,采用科学方法选取经济、高效、技术可行的修复技术尤为重要。以苏南某市某有机污染地块为例,采用TOPSIS法根据污染物特征、修复目标及污染地块现状等因素,结合以往类似修复工程的经验进行评估,确定最优修复方案。研究结果表明,低温解吸与最佳修复技术相对接近度最高。对轻度污染土壤,推荐采用原地异位化学氧化技术;对重度污染土壤,采用低温解吸改良预处理后再进行热脱附处理。该研究不仅为地块后续修复管理工作提供了依据,同时也可作为工程案例,为相同类型的污染地块修复方案的制定提供参考。

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响

在150～600℃范围内制备生物质炭,并通过室内培养实验研究了施加不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳矿化及腐殖质组成的影响。结果表明,随热解温度升高,生物质炭比表面积加大,芳香化结构加深。土壤中添加不同温度制备的生物质炭培养400d后,土壤有机碳的含量都有不同程度的增加。土壤有机碳的累积矿化量随热解温度升高而降低,且添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤CO2累积释放量低于未添加生物质炭的土壤处理;添加低温(<400℃)制备生物质炭增加了土壤腐植酸和胡敏酸含量,而添加高温(≥400℃)制备生物质炭的土壤其腐植酸和胡敏酸含量的变化不显著。另外,添加生物质炭后,土壤H/F皆未发生显著变化,而胡敏酸的E4/E6值则在添加200℃和250℃制备的生物质炭时显著高于其他处理,添加500℃和600℃制备的生物质炭时显著低于其他处理。

生物质炭的加入对土壤吸附菲能力以及玉米幼苗对菲吸收量的影响

通过等温吸附试验以及玉米幼苗的盆栽试验,研究了加入生物质炭对土壤吸附菲的性能以及玉米幼苗对土壤中菲的吸收量的影响。结果表明,生物质炭的加入使土壤对菲的吸附能力显著增强:不加炭<炭A<炭B<炭C,相应的分配系数Kd值分别为0.16、0.31、0.34 L.g-1和0.42 L.g-1;生物质炭的加入能有效地减少玉米幼苗对土壤中菲的吸收,通过玉米幼苗栽培试验可以看出,加入生物质炭A、炭B和炭C后,玉米幼苗对土壤中菲的吸收量都有明显的下降。

水稻秸秆燃烧对土壤有机质组成的影响研究

研究生物质(水稻秸秆)燃烧行为对土壤有机质含量和组成的影响,探讨不同燃烧次数下土壤中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、水溶性有机质(DOM)的含量和结构特征的变化情况。结果表明:土壤有机碳的变化仅在土壤表层几厘米以内,随燃烧频次增加土壤有机碳含量减少量增加,而水溶性有机质及组分则呈现不断增加的趋势。不同来源土壤的腐殖物质对生物质燃烧作用的响应不同,3种供试土样中腐殖物质随不同次数同强度秸秆燃烧并未呈现较一致的变化趋势,但每一种土壤的HA和FA含量及HA/FA、E4/E6值均随燃烧频次的增加呈现规律性的升高或者降低,而且FA含量的变化是影响HA/FA值大小的主导因素。此外,通过红外光谱图可知,随燃烧频次增加,FA中芳香性成分和含脂肪族C—OH、C—O物质增加,而HA由于本身芳香缩和度高而无明显变化。

化学老化后稻壳生物炭理化性质的改变及微观结构表征

为研究化学老化对生物炭理化性质与微观结构的影响,本研究采用H2O2、HNO3老化不同温度(350℃和550℃)下制备的稻壳生物炭,并利用元素分析、扫描电镜、漫反射红外光谱、X射线光电子能谱等测定比较生物炭老化前后表面理化性质及微观结构的变化.结果表明,经两种氧化剂老化后两种生物炭中O元素含量及O/C原子比均增加.与老化前生物炭相比,老化后两种生物炭中羟基、羧基、酮羰基、脂肪醚、酯基等含氧官能团的含量均发生不同程度的变化.通过漫反射红外与X射线光电子能谱分析相结合,发现两种稻壳生物炭经H2O2、HNO3老化后均生成了羟基、羧基等含氧官能团,从而使得生物炭极性增加.此外,经HNO3老化后稻壳炭表面生成硝基、硝酸盐等含氮基团,N元素含量亦显著增加.但氧化剂对两种温度下制备的生物炭中炭元素含量影响存在差异:经H2O2、HNO3氧化后550℃制备的生物炭(R550)中C元素含量与芳香性降低;而经H2O2氧化后,350℃制备的生物炭(R350)中C元素含量与芳香性均上升.

大蒜废弃物对农作物病原菌的抑制效果

我国大蒜废弃物资源丰富,为引导其合理化、资源化利用,测定了大蒜提取物对大豆尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum fsp.tracheiphilum)、油菜菌核病菌(Sclerotinia sclerotiorum(Lib.)d eBary)、大豆细菌性斑点病菌(Pseudomonas.s yringae pv.glycinea)和水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae〔Ishiyama〕Dye,Xoo)4种植物病原菌的抑制作用,并通过大蒜提取物、大蒜渣、大蒜肥对土壤中大豆尖孢镰刀菌的抑制试验,测定了其在土壤中对土传病原菌的抑制效果。结果表明,高浓度的大蒜提取物对这4种植物病原菌有抑制作用,随着提取物浓度的升高,抑菌效果也更为明显。质量浓度为500mg.mL-1时对大豆尖孢镰刀菌、大豆细菌性斑点病菌和水稻白叶枯病菌的抑菌效果最好。培养基中提取物浓度达100mg.mL-1时对两种真菌的抑制达100%。同时,含大蒜提取物0.05mL.g-1、大蒜渣5%或大蒜肥25%的土壤能抑制土传病原菌大豆尖孢镰刀菌在土壤中的定殖。

不同热解温度牛骨生物炭特征及对Cd^(2+)的吸附

本文研究了不同热解温度条件下牛骨生物炭理化性质及对Cd^(2+)的吸附特性,采用限氧控温慢速热裂解的方式,在300、350、400、500、700℃和900℃条件下制备牛骨生物炭。分别采用热重分析仪、傅里叶变换红外光谱以及扫描电镜能谱仪等设备对牛骨生物炭进行表征,并通过批量吸附实验分析其对Cd^(2+)的吸附特性。结果表明:牛骨生物炭pH值、灰分含量随热解温度提高而增加,芳构度逐渐增强,孔径与比表面积增大,而挥发分、有机碳含量与全氮含量减少;准二级动力学模型可以准确拟合5种牛骨生物炭对Cd^(2+)的吸附动力学过程(R2>0.999),在接近吸附平衡时,吸附速率由颗粒内扩散主导;牛骨生物炭对Cd^(2+)等温吸附过程更符合Langmuir模型,700℃条件下制备的牛骨生物炭对Cd^(2+)的吸附效果最好,最大平衡吸附量为44.32 mg·g^(-1);随着热解温度增加,牛骨生物炭对Cd^(2+)吸附机制中官能团络合作用减弱,表面吸附、阳离子交换以及π电子配位作用增大。在实际规模化制备牛骨生物炭过程中应充分考虑能耗成本以及尾气收集问题。

生物质炭降解过程中易氧化部分的定量方法

研究将土壤有机质测定方法(KMnO4和K2Cr2O7氧化法)运用到生物质炭上,探讨了生物质炭(Biochar,BC)降解过程中易氧化部分的定量方法.研究结果显示,生物质炭抗氧化性存在不均一性,既可能是生物质炭制备过程产生的热解小分子物质,也可能是生物质炭降解产生的易氧化部分;进一步选定重铬酸钾作为氧化剂,确定氧化条件,氧化降解前后生物质炭,得出生物质炭降解确实产生易氧化部分.本文研究建立的生物质炭易氧化部分定量法可以作为生物质炭的降解程度的定量指标,为土壤中有机碳循环提供重要研究方法.值得强调的是该定量法应用到不同种类的生物质炭上须对氧化条件做出相应讨论.

热辐射对水稻土有机质组成的影响

本文研究了受不同程度热辐射后的水稻土中有机质组分的变化情况,结果表明:随温度升高,土壤中水溶性有机碳(DOC)含量先增加后减少,200℃变化尤为显著,增加为CK的3.68～7.45倍,中性糖、糖醛酸与DOC的变化趋势一致。辐射温度不同,土壤中的胡敏酸、富里酸组成和含量亦发生不同程度的变化,300℃胡/富比值最大(1.79～5.04),土壤腐殖质聚合程度增加;200℃胡敏酸的E4/E6比值最大,反映此温度下土壤芳香缩合度低、具有较多的脂族结构物质、土壤腐殖化程度低。

热辐射影响下土壤对铜离子的吸附性能

热辐射影响下的土壤理化性质会发生改变,从而影响它对重金属的吸附性能。本试验利用序批式吸附法研究了经过不同温度灼烧后的土壤对铜离子的吸附性能。结果表明:热辐射显著改变了土壤的理化性质,特别是水溶性有机物(DOM)含量改变巨大,200℃处理土壤的DOM含量可以达到原土的4.3倍左右;土壤对铜离子的吸附等温线能用Langmiur模型、Freundlich模型进行拟合,其吸附系数都在90%以上;不同程度热辐射处理的土壤对铜离子的吸附量按大小依次为CK>300℃>200℃。

热处理修复对土壤胡敏酸含量及光谱特征的影响

为研究热处理修复对土壤胡敏酸含量和结构特征的影响,将3种土壤样品于200、250、300℃下分别加热2、4、6 h,对热处理前后土壤的胡敏酸(HA)进行了紫外光谱、三维荧光和红外光谱分析。结果表明:随着加热温度和时间的增加,HA的含量逐渐减少,HA与富里酸(FA)的比值(HA FA,胡富比)则逐渐增加;热处理使胡敏酸的芳香部分比例、腐殖化程度、平均分子量均增加,使胡敏酸更趋于稳定。供试土壤HA的三维荧光光谱也显示,HA荧光峰强度随加热温度增加而增加,表明HA中芳香类物质增加。热处理对土壤胡敏酸官能团数量有明显的影响,200℃或250℃加热时间少于6 h时,HA中具有更多的脂族成分,复杂结构减少,300℃加热时脂族结构成分减少,芳香结构物质增加;250℃加热6 h和300℃加热后碳水化合物或多糖则大量分解。因此,从不破坏土壤本身肥力和自净能力方面考虑,200℃或250℃加热时间不超过6 h是热修复最适宜的加热强度。

水田土壤富里酸组分的结构表征及对多环芳烃芘的吸附特征

本文依次用pH4.8、pH7.0及pH11.0的通用缓冲液、水和乙醇,梯度淋洗吸附富里酸的XAD-8树脂,根据其不同解离程度及亲水性质将富里酸细分为5个组分(包括3个亲水性组分和2个疏水性组分);利用元素分析、红外光谱和核磁共振等分析方法确定各组分的理化特征,并研究各组分对特定多环芳烃(芘)的吸附特性。结果表明,按照淋洗次序,后分离的组分其羧基碳含量低于先分离的组分,烷基碳含量则高于后者;芘在被水和乙醇淋洗出的两种组分上的吸附等温线体现出良好的线性;组分中的烷基组分对吸附有促进作用,相反,羧基和羰基不利于芘的吸附,表明梯度淋洗分组方法对研究芘与富里酸的作用机理是十分有效的。

生态强化法原位净化村镇污水微生物特性

为揭示生态强化法原位净化村镇污水机制与微生物特性,以常州市武进区前黄镇前桥污水治理示范工程底泥中微生物为研究考察对象,通过倒置显微镜镜检、磷脂脂肪酸(PLFA)分析手段对其进行了系统研究.镜检显示底泥中含有原生动物、轮虫以及菌藻.PLFA分析表明,底泥中饱和脂肪酸含量最为丰富,占76.97%;其次为单不饱和脂肪酸,占19.07%;最少是多不饱和脂肪酸,占3.96%.以脂肪酸生物标记量为指标,表明底泥的生态群落中是以假单胞杆菌、好氧细菌为主导.生态强化法原位净化村镇污水可能主要通过微生物的分解、水生植物的吸收以及藻类-水生动植物-细菌的协同作用实现对污染物的去除.

洗脱处理对生物质炭吸附铜离子行为的影响

常用生物质炭制备方法会产生焦油、醋液和无机盐等热解副产物,这些物质附着在生物质炭表面,会影响对其性质和应用的研究。以四种溶剂(水、稀酸溶液、稀碱溶液、无水乙醇)作为洗脱剂,对生物质炭进行浸泡处理,比较洗脱前后的性质;用洗脱后的生物质炭吸附铜离子,探讨不同洗脱处理是否会对生物质炭吸附重金属离子的能力产生影响;分析不同洗脱处理得到上清液的成分,探讨洗脱处理去除的热解副产物组成;比较洗脱前后生物质炭的漫反射傅里叶变换红外光谱,分析洗脱处理对其表面官能团的影响。结果表明,四种洗脱处理均能不同程度地去除生物质炭表面附着的热解副产物,为使洗脱处理对生物质炭性质的影响较小,据此建议以醇-水处理和水洗处理作为生物质炭吸附铜离子研究的前处理方法。

水生植物-菌藻-生物膜复合生态系统污染物去除特性

为揭示水生植物构成的表面流人工湿地复合生态系统的污染物去除特性,以聚草(Myriophyllum spicatum)、菖蒲(Acorus calamus)、圆币草(Hydrocotyle verticillata)、人工水草(Artificial aquatic plant)、立体弹性填料(Three-dimensional elastic filler)为载体,构建5个"水生植物(填料)-菌藻-生物膜"复合生态系统.结果表明,各复合生态系统对污染物去除效果明显,化学需氧量去除率均达到60%以上,其中由聚草复合生态系统对污染物去除效果最好,其氨氮、总氮、总磷去除率分别为91.4%,81.6%,93.3%;各生态系统中污染物的降解符合一阶指数衰减动力学模式;经生物相分析揭示,随着复合生态系统运行延续,附着于水生植物表面上的藻类数量呈现减少趋势,但藻的种类及Margalef多样性指数呈增加趋势,同时伴随出现高等微型原生动物,表明复合生态系统水质改善后更适于多种类微生物生存与繁殖;复合生态系统中的菌、藻、水生植物及其表面附着的生物膜对污染物的去除具有协同作用.

模拟生物质炭老化前后对菲吸持作用的影响

通过实验室培养实验模拟生物质炭的老化过程,探索不同材料制备的生物质炭老化前后对多环芳烃(菲)吸持作用的影响,利用扫描电镜与傅里叶变化红外光谱等技术探究生物质炭老化前后的结构变化.结果表明,生物质炭老化过程中会形成老化层,550℃热解条件下,两种材料制备的生物质炭老化后含氧量增加、CEC增加,对菲的吸附能力均增强,主要与老化后表面羧基减弱和脂肪族官能团增加有关,而老化后稻壳炭的吸附能力更强与醚键的显著增加有关.

生物炭添加对土壤腐殖物质组成的影响

为研究生物炭施入对土壤腐殖物质及组成的影响,将2种不同温度(350、550℃)下制备的稻壳生物炭分别以1%、3%、5%的比例加入供试土壤中共培养,采集培养后0、30、120、240 d的样品,提取土壤中的腐殖物质并进行分析。结果表明,随着2种温度制备的生物炭与土壤共培养的进行,土壤腐殖酸含量均呈先升高后降低的趋势,并随培养时间及生物炭添加比例增加而明显减少;土壤胡敏酸含量的变化趋势与腐殖酸一致,低温制备生物炭的添加可提高土壤胡敏酸E4/E6值,并随生物炭添加量的增加而增加,从而使土壤腐殖物质芳香缩合度降低;而高温制备生物炭则会增加土壤腐殖物质中芳香族成分的含量;此外,2种不同温度制备生物炭的输入均会使土壤胡富比值(H/F)低于未添加生物炭土壤。

水稻秸秆田间焚烧残留物的结构特征初探

秸秆焚烧残留物(生物质炭,biochar)因其特殊的结构特征,对土壤的碳固定及其污染物的迁移转化行为产生重要的影响。本文利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等一系列定性定量分析方法研究了田间不同焚烧强度下产生的稻杆残留物的基本理化性质及结构特征。结果表明:田间秸秆焚烧残留物的基本理化特征与焚烧强度密切相关。焚烧强度越高,TOC含量越低,但所产生残留物中碳原子的有序度增加,其中的脂肪性成分逐渐减少而芳香性则逐渐增加。此外,有机组分对田间秸秆焚烧残留物比表面积的贡献较为显著。

城市污水处理厂尾水湿地生态消纳安全评价模型构建及应用

城市污水处理厂尾水主要采用人工湿地生态消纳排放,针对这种尾水排放方式的生态安全性问题,以层次分析法和压力状态响应(PSR)理论为依据,构建基于城市资源环境压力、人工湿地状态和人文环境响应3个类别的尾水湿地生态消纳安全评价模型。以中国长三角地区的江苏省常州市城市污水处理厂的尾水湿地消纳为例,以该市资源环境压力、人工湿地状态和人文环境响应等指标为权重,得到人工湿地安全值S=2.179 6,属于安全状态,即采用人工湿地消纳该市污水处理厂尾水,从生态学角度是安全的,但仍然需要持续追加环保设施的投资,提高污水处理运行效率,强化对人工湿地的日常管护水平,确保人工湿地运行的稳定性与可靠性。