黄铁矿基MFC-CW耦合系统反硝化动力学研究

研究比较了黄铁矿基双阳极MFC-CW在不同碳氮比(0和2.5)及初始硝酸盐浓度(7、14和28 mg/L)条件下上阳极和下阳极的反硝化速率,以及对不同阶段硝酸盐还原反应动力学的模拟,从动力学角度揭示系统自养-异养协同反硝化机理。结果显示:不同碳氮比下系统两阳极硝酸盐还原效果差异不大,而亚硝酸盐累积、硫酸盐生成的差别较大,两阳极处微生物群落组成相似,优势菌属的相对丰度受C/N、阳极位置影响较大;两阳极处的硝酸盐还原动力学均属于一级反应,且C/N=0时反硝化速率常数(0.0087、0.0045和0.0188/h)均小于C/N=2.5(0.0151、0.0071和0.0798/h;以上阳极为例);MFC-CW系统的反硝化动力学更符合Monod-CSTR模型,且在停留时间较长时取得更好的拟合效果,随着停留时间的增加,C/N=0时系统的反硝速率增加,C/N=2.5时系统的反硝化速率在一定范围内波动[0.6662—0.7744 g/(m^(2)·d)]。实验结果可为黄铁矿基MFC-CW的实际工程应用提供理论指导。

接种两株有益菌的生物絮团净水性能及饲料化潜力

为强化新的絮团形成菌伪杜擀氏菌YN12(Pseudoduganella eburnea YN12,YN)利用养殖尾水生成生物絮团效果,并将絮团制成饲料,探讨在胡子鲶(Claris fuscus)饲养上的可行性。在生物絮团系统中,接种活性污泥(Activated sludge,AS)、伪杜擀氏菌YN12和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,BS)并配制成7组(AS、YN、BS、AS+YN、AS+BS、YN+BS和AS+YN+BS),分析絮团形态结构差异,评估出对模拟养殖尾水氮去除效果及微生物群落结构优势的最佳组合,最终收集最佳组合絮团烘干研磨成粉末添加到商业饲料制粒,分成对照组和絮团组两组,探讨对胡子鲶的生长性能、饲料利用率、肌肉营养成分及肝脏的消化酶和免疫酶活性的影响。结果表明:YN+BS组水质净化效果稳定,总氮去除效果(89.6%)良好,氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐积累低,具有良好的絮团生成量(9.0 ml/L)及占据优势(47.5%)的反硝化菌群(包括Hydrogenophaga、Flavobacterium、Pseudoxanthomonas、Burkholderiaceae、Comamonas、Acinetobacter等)。该组絮团粉以5%比例与商业饲料混合、研磨加工制粒后用于胡子鲶养殖,发现胡子鲶生长性能[包括存活率:(100±0.00)%>(95±0.00)%;增重:(2.81±0.35)g>(2.52±0.52)g;体长增加(1.68±0.36)cm>(1.51±0.34)cm]和饲料系数55±0.03>46±0.12均优于纯商业饲料的对照组,然而在淀粉酶等消化酶、免疫酶包括过氧化氢酶、总超氧化物歧化物、谷胱氨酸过氧化物酶等及肌肉营养成分包括谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和甘氨酸等鲜味氨基酸上均低于对照组。YN+BS组絮团饲料在生长性能占据优势,然而在消化能力、免疫活性及肌肉营养成分上并未表现出明显优势,需要进一步调整水平絮团添加水平以优化胡子鲶饲养效果。

沉水植物对岩溶碳汇稳定性影响研究

岩溶碳汇是实现碳中和的重要手段,其稳定性是亟待解决的关键科学问题。地球上每年约45%的光合作用发生在水环境中,而岩溶区沉水植物如何影响岩溶碳汇稳定性仍不明确。以3条岩溶区河流中的沉水植物为研究对象,利用样方法、pH-drift技术和元素化学计量学,从定性和定量角度开展了沉水植物对岩溶碳汇稳定性的影响研究。结果表明:ZDR中沉水植物有8种,CTR中沉水植物有5种,HXR中沉水植物有7种,Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数的趋势均为ZDR>HXR>CTR。在3条河流中沉水植物的优势种为苦草、海菜花、竹叶眼子菜和黑藻,且均具有利用HCO-3的能力。ZDR、HXR和CTR中沉水植物的年固碳量分别为8.56×10^(3)、4.83×10^(3)和3.88×10^(3) g·m^(-2)·a^(-1),平均值为5.76×10^(3) g·m^(-2)·a^(-1),分别是草地的37.65倍和人工林的40.56倍。3条河流中沉水植物多样性越高,其固碳量也越高。总的来说,在岩溶水生态系统中沉水植物发挥着碳泵的作用,进而提高了岩溶碳汇的稳定性。

镧改性虾壳低温热解制备的生物炭对池塘养殖废水磷吸附的研究

为提高生物炭对磷的去除效果和将厨余废弃物的资源化利用,文章以废弃虾壳为原料,用NaOH将LaCl_(3)以La(OH)_(3)沉淀形式附着在虾壳表面,进行热解得镧改性生物炭(CSLa)。采用XRF、SEM、BET、FTIR和XRD对改性前后的生物炭表征分析。采用吸附等温线模型和吸附动力学模型拟合生物炭的吸磷特征。研究了改性剂用量、初始pH、共存干扰离子对生物炭吸附磷的影响。结果表明镧化合物负载在生物炭表面,对磷吸附能力明显提高,最大理论吸附量为160.51 mg/g,与CS400磷最大吸附量(100.60 mg/g)相比约提高60%。在低浓度或高浓度磷溶液条件下,CSLa对磷吸附量和去除率均高于CS400,在实际水产养殖废水中更实用。吸附过程主要受化学吸附、颗粒内扩散控制。有关机理分析的结论表明表面沉淀作用、静电吸引、配体交换和内层络合作用是CSLa吸附磷的主要机理。CSLa更适合在弱酸性环境中除磷,不过在碱性环境条件下其吸附量也比较高。HCO_(3)^(-)和CO_(3)^(2-)对CSLa磷吸附有一定的抑制作用。研究以低温400℃为热解温度制备镧改性生物炭,不仅提升了生物炭对磷的吸附量和去除率,而且消耗热能较少,更有利于实际应用。

浅水湖泊沉积物碳储存与释放及其影响因素研究进展

碳循环在参与全球物质能量交换流动与影响气候变化中扮演着关键的作用。淡水生态系统碳循环过程是全球碳循环的重要组成部分,因此研究沉积物储存与释放过程能提高人类对淡水生态系统碳循环过程的认识,同时研究沉积物碳储存与释放的影响因素对延缓和治理全球气候变暖措施的制定提供基础理论依据。文章首先综述了淡水生态系统中沉积物碳储存与释放的途径,其次在全球气候变暖的背景下,从气候、水文条件(水位、水质、温度)、生物因素(浮游植物、微生物、水生动物和沉水植物)等方面讨论了影响碳储存和释放的因素,这些因素之间不仅会相互影响与联系,且都会直接或间接对沉积物碳的储存和释放产生影响,沉积物碳的储存和释放的变化是多种因素综合作用的结果。最后对如何应对富营养化淡水生态系统实施固碳增汇进行展望。

河湖沉积物中重金属镉污染治理技术及应用

随着现代工农业的迅猛发展,矿山开采、冶炼及农业生产等活动逐渐增加,向环境排放的重金属Cd含量也逐年增多。湖泊沉积物作为“储蓄库”,其Cd污染问题也日益严重。河湖底泥中富集的Cd在水环境条件发生改变时,易重新释放入水体,被水生生物体吸收利用,并通过食物链对人体健康产生危害。目前,我国河流湖泊底泥中呈现出不同程度的Cd污染,且在部分底泥中Cd已成为污染最严重的重金属,对重金属Cd污染底泥的处理与处置已刻不容缓。因此,文中综述了我国湖泊沉积物中重金属Cd污染现状及潜在生态风险,依次介绍了Cd污染底泥原位修复治理技术研发进展及不同修复方法的机理与应用,并对湖泊重金属Cd污染底泥治理技术前景进行了展望,拟为湖泊重金属Cd污染底泥修复提供技术参考:(1)研究如何系统地统计分析Cd污染底泥现状及潜在生态风险,规定不同底泥环境中Cd的规范值十分必要;(2)碳基吸附剂的再生及可分离性等问题有待解决;(3)开展植物修复Cd污染底泥的中试试验及规模应用有利于底泥修复技术的研究;(4)选择合适有效的微生物和水生植物相结合对沉积物Cd进行控制和修复,可能是未来治理湖泊底泥Cd污染的重要研究方向。

淡水养殖尾水中环境激素污染现状及处理技术研究

系统地阐述了养殖尾水中环境激素的污染现状,对其进行了分类,并采用统计学方法进行了研究现状分析。进一步探讨了目前应用于环境激素处理的多种技术,包括物理法、化学法和生物法。物理法主要涉及吸附和膜分离技术,而化学法则包括氧化和还原反应。生物法通过使用微生物和藻类等生物资源,实现环境激素的有效降解。尽管各种方法各有优缺点,但生物法因其成本效益和可持续性而受到特别关注。最后对环境激素处理技术的未来发展进行了展望,强调了准确检测方法和联合工艺处理的重要性,以及环境激素管理和监测的法规需求。

矿物基活性覆盖材料对富营养化湖泊沉积物磷的控制研究进展

论述了内源磷释放对湖泊富营养化造成的影响,根据不同的性质对黏土矿物进行了系统分类,归纳了国内外关于黏土矿物对控制沉积物磷释放的研究和应用进展,分析了黏土矿物控制沉积物磷释放的应用效果和作用机理,并对未来应用黏土矿物治理与修复湖泊沉积物的发展方向进行了展望。

鄱阳湖西侧周边农村水塘夏季表层沉积物氮、磷、有机质分布特征及评价

水塘作为农村重要的水生态系统,其环境状况与人们生产生活和健康密切相关。为了解鄱阳湖西侧周边农村水塘沉积物的有机质和营养盐赋存状况,于2018—2019年对鄱阳湖流域西侧附近4个县的23个水塘进行沉积物营养盐的分析,同时通过相关分析和差异性分析对其来源进行解析,并采用综合污染指数评价法和主成分分析法对水塘沉积物的污染程度进行评价。结果表明:水塘沉积物污染物含量较高,其有机质、有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)含量分别为5.81%±2.16%、2.46%±1.02%、(6.48±2.35)mg/g和(1.89±0.80)mg/g。3种形态的无机氮中铵态氮含量最高,其次为硝态氮和亚硝态氮。沉积物TP受到洗涤废水的影响较大,清淤和活化显著减轻了沉积物TN和TOC污染。综合污染指数评价结果表明重度污染和中度污染的水塘占比分别为95.65%和4.35%,其平均评价结果为重度污染,表明水塘沉积物污染严重。而主成分分析结果表明P18水塘污染最重,而P6水塘污染最轻。综合污染指数与主成分分析总得分的相关系数为0.92,表明两者的评价结果较为一致。本研究通过分析鄱阳湖西侧农村水塘的沉积物营养盐含量、污染来源以及污染现状,拟为农村水塘的生态修复提供数据和技术支撑。

三种挺水植物对CW-MFC耦合系统脱氮及产电性能的影响

为探究不同植物类型对人工湿地微生物燃料电池系统(CW-MFC)耦合系统脱氮和产电性能的影响及机制,分别以芦苇(reed)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)构建3组CW-MFC小试系统,依次标记为CM-R、CM-L及CM-C。结果显示:(1)CW-MFC耦合系统的输出电压和功率密度呈现CM-L>CMC>CM-R;(2)CM-R耦合系统的NH_(4)^(+)-N和TN去除率[(76.8±9.9)%;(54.2±8.2)%]显著高于CM-L[(61.2±8.0)%;(43.1±6.5)%]高于CM-C[(58.9±9.5)%;(42.0±9.8)%],P<0.01;(3)植物生长速率整体表现为CM-R>CM-C>CM-L,并且千屈菜(CM-L)的叶片中MDA含量最高,代表其受损害程度可能较高;(4)地杆菌属(Geobacter)作为典型的产电菌属,在3个耦合系统中均具有较高丰度(4.45%—7.64%),并且其相对丰度大小与输出电压和功率密度大小变化趋势一致,此外,CM-R中不动杆菌属(Acinetobacter)和黄杆菌属(Flavobacterium)的相对丰度分别为21.10%和14.37%,显著高于其他两个系统(CM-L:0.33%和0.10%;CM-C:0.75%和0.07%),是CM-R中主要的脱氮菌属;(5)结合FAPROTAX预测结果可知,共检测出包括化能异养、好氧化能异养、铁呼吸、硝酸盐还原和氮呼吸等在内的47组功能群组,同时结果还表明CM-R耦合系统的功能群组与其他两个系统差异较大,其中化能异氧和好氧化能异养功能群组在CM-R中占比较高。该结果有助于加强植物对人工湿地微生物燃料电池耦合系统产电和脱氮性能影响的认识。

沉积物镉污染下苦草与根际微生物群落响应特征

研究以典型沉水植物苦草(Vallisneria natans)为研究对象,通过在0、1、5、10、20和50 mg/kg沉积物镉(Cd)污染环境下苦草鲜重、株高和叶绿素(Chlorophyll)及丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性测定来分析苦草对镉的耐受效应,并借助生物/底泥富集因子(BSAF)和植物转运因子(TF)来了解苦草的富集能力,同时利用16S rRNA基因扩增子测序技术研究苦草根际细菌的群落结构对沉积物镉污染环境下的响应特征。结果表明:(1)当Cd≥20 mg/kg处理时,苦草植株鲜重、株高、叶绿素含量和抗逆能力下降,SOD和POD活性先上升后下降,MDA含量上升;(2)BSAF均超过1表明苦草能有效地富集污染底泥中的镉,转运系数(TF)均小于1,说明苦草依靠根滤机制来富集镉,建议在收获苦草时需要定期连根去除;(3)测序结果表明苦草根际由放线菌门、厚壁菌门和变形菌门等37个门细菌组成,包含鞘氨醇单胞菌属、黄杆菌属、马赛菌属、芽孢杆菌属和节杆菌属等植物促生细菌,这些细菌可能在促进苦草生长、耐受和富集重金属镉起到重要作用。研究分析了苦草在镉胁迫环境下形态学和生理生化等相关指标的变化和苦草根际细菌群落组成及其对镉胁迫的响应特征,为后续提高苦草修复效果提供了基础。

内陆水体储碳作用机制研究进展

碳循环是全球变化科学的研究重点,其源汇问题已成为全球变暖与地球系统科学领域的研究热点。以海洋碳循环为基础,综述了水体储碳的生物学过程与机制并梳理存在的科学问题;探讨内陆水体的储碳效率,其影响因素包括全球气候变化、水体富营养化;结合水生植物的生理特性和生态位特点,以海洋MCP理论为基础,提出水生植物-微生物耦合的内陆水体储碳增汇作用新途径;展望内陆水体储碳作用所面临的机遇和挑战。

宁夏沙湖沉水植物恢复初期沉积物细菌群落特征研究

研究沙湖沉水植物恢复初期沉积物细菌群落特征,为微咸水湖沉积物生态修复提供参考。在沙湖南部选取A、B两个区域进行沉水植物恢复示范,并于1年内调查沉水植物生长状况和沉积物细菌群落特征,分析沉积物中细菌群落结构和沉水植物群落演替的相关性。研究结果表明,篦齿眼子菜在植物群落演替过程中的优势逐渐扩大,1年后成为单一优势种,示范区A、B和对照区C沉积物中细菌优势菌门为变形菌门(相对丰度分别为42.0%、50.3%、46.7%)、拟杆菌门(6.3%、9.8%、6.4%)、绿弯菌门(6.4%、4.9%、9.4%)和厚壁菌门(5.9%、5.7%、1.3%)等。双因素方差分析表明:时间、位点对沉积物优势菌门、属的相对丰度均有显著影响,时间和位点的交互作用显著影响螺杆菌属、芽孢杆菌属。冗余分析结果表明,沉水植物种类对沉积物细菌群落结构的影响较为显著,其中篦齿眼子菜对沉积物细菌的群落结构影响最大,其优势度决定了沉积物细菌核心群落的演化。在门水平上,篦齿眼子菜的盖度与蓝细菌门呈极强的正相关,与变形菌门呈负相关。在属水平上,粘液杆菌属和芽殖杆菌属与篦齿眼子菜的盖度呈正相关,芽孢杆菌属和发光杆菌属与篦齿眼子菜的盖度呈负相关。

湖泊沉积物磷形态分级提取及分析方法研究进展

磷是湖泊富营养化的重要限制性因子,其在沉积物-水界面的化学形态和迁移转化过程是调控湖泊富营养化问题的关键。文章综述了沉积物磷的化学形态、无机磷和有机磷连续提取方法及发展演变,分析和总结了各种提取方法的优缺点。最后详细介绍了当前较前沿的沉积物磷分析方法,如X射线吸收光谱、原子配对分布函数和核磁共振光谱等,总结了各项分析技术的特点和面临的挑战,指出各种分析技术应与磷连续分级提取方法有机结合,多种表征手段优势互补,以期为沉积物中磷素形态表征和转化机制研究提供有效的技术支撑。

膜前助滤预处理对高藻水微滤膜污染的影响研究

研究采用添加硅藻土、植物棉、活性炭等3种不同预处理手段来过滤铜绿微囊藻,并考察未预处理及预处理后的藻液过滤过程中的过滤特性、有机物分布及膜污染特性。结果表明,3种预处理手段对过滤通量均有所提高并减缓膜污染。其中,硅藻土预处理提高平均过滤通量达915%,明显优于其他助滤手段。活性炭预处理能够有效吸附芳香族蛋白质类荧光污染物,显著降低污染膜的不可逆化学污染阻力。通过OCT及SEM分析可知未预处理的高藻水直接过滤造成的膜污染最严重,饼层结构的粗糙度最低并且厚度也最小,而硅藻土通过优化饼层结构以达到缓解膜污染的效果。最后基于XDLVO理论结果也进一步证实硅藻土预处理手段对改善膜污染效果最好。研究结果对未来蓝藻水华膜处理技术的预处理手段研发具有指导意义。

重污染底泥对苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)繁殖体萌发及幼苗生长的影响

为探究重污染底泥对沉水植物繁殖体萌发和幼苗生长影响,以苦草(Vallisneria natans)种子和黑藻(Hydrilla verticillata)冬芽为研究对象,以轻污染底泥为对照组,通过室内模拟实验研究了重污染底泥对两种繁殖体萌发和幼苗生长、生理特性的影响。实验结果表明,与轻污染底泥相比,重污染底泥对苦草种子萌发和幼苗生长无显著影响。黑藻冬芽萌发和幼苗地上部生物量在两组间没有显著差异,但重污染底泥组幼苗的地下部生物量显著高于轻污染底泥组,其地上部和地下部生物量比值由7.06±0.38下降至2.97±0.08。此外,苦草和黑藻幼苗受到重污染底泥胁迫表现出不同的生理响应。苦草幼苗叶片的类胡萝卜素含量显著减少,可溶性糖和蛋白含量分别降低11.56%、24.10%,根系活力也明显受到抑制,仅为(34.93±3.28)mg/(g·h);黑藻幼苗生理响应与苦草略有不同,其叶片的叶绿素a、b含量显著增加,根系活力降低44.29%,可溶性糖和蛋白含量在轻污染组和重污染组之间无显著差异。由此可见,重污染底泥对苦草种子和黑藻冬芽的萌发影响不显著,但会明显影响幼苗的生长发育和生理特性,研究结果为底泥重污染的富营养化湖泊利用繁殖体恢复沉水植物提供一定的科学依据。

水产养殖水体附着生物对磺胺甲恶唑胁迫响应及其降解效应

研究通过模拟养殖水体,探究附着生物对磺胺甲恶唑(SMX)的胁迫响应及其对SMX的降解途径。结果表明,在5和10 mg/L SMX胁迫下,附着生物胞外聚合物(EPS)分泌较对照组增加31.3%和21.5%,抗氧化能力降低20.6%和31.8%,但生物量的积累没有显著差异。SMX使附着生物抗氧化系统受到损伤,并刺激其分泌更多胞外聚合物以提高耐受性。去除实验结果表明,附着生物会促进SMX的消减,1 g/L附着生物在第14天对SMX的去除率为25.10%。主要降解中间产物有N4-乙酰基-磺胺甲恶唑(TP295)、对苯醌亚胺(TP107)、去砜基磺胺甲恶唑(TP189)和去氨基磺胺甲恶唑(TP238),键的断裂和苯环上氨基反应是SMX降解的两种主要途径。研究结果对评估SMX在养殖水体中的生态风险和利用附着生物去除SMX提供技术支撑。

人工湿地植物根区土壤酶活性与污水净化效果及其相关分析

通过对人工湿地植物根区磷酸酶和脲酶活性的测定发现 ,其脲酶的活性与总氮的去除率有较明显的相关关系 ,而其磷酸酶的活性与总磷 (TP)的去除率相关性不显著 .同时其磷酸酶和脲酶的活性与BOD5及COD的去除率都不呈显著相关 .

垂直流人工湿地的设计及净化功能初探

阐述了垂直流人工湿地小试系统的设计 ,并测试其冬季污水净化效果 .垂直流人工湿地由下行流和上行流方式的两池组成 .对受污染地面水体中的CODCr、BOD5和TSS的去除率分别为 5 3.6 %、78.7%和 80 .2 % .对细菌、总大肠菌、粪大肠菌和藻类的平均去除率分别达 99.4%、85 .9%、89.7%和 97.7% .对KN、NH+ 4 N和TP的平均去除率分别为 39.2 %、16 .5 %和 2 5 .8% .各系统对污染物的去除作用无明显差异 .系统出水NO-3 N浓度高于进水 ,而有植物系统中又高于无植物的对照 ,表明湿地植物的存在有利于硝化作用 .表明下行流 上行流人工湿地在冬季仍能较好地改善水质 ,是一种有效的水处理技术 。

复合垂直流构建湿地基质酶活性与污水净化效果

构建湿地是 2 0世纪 70年代兴起的处理污水的生态工程 ,由于其具有建造、运行和日常管理费用低廉 ,处理效果稳定 ,且适用面广 ,越来越受到世界各国的重视。这种污水处理技术在发展中国家有着十分广泛的应用前景。本文研究与揭示了复合垂直流构建湿地基质中的磷酸酶和脲酶活性及与污水净化效果的关系 :1不同类型湿地基质酶活性不同 ,甚至不同月份的酶活性也不相同。2不同深度基质中的酶活性是不相同的。 3基质磷酸酶的活性与复合垂直流构建湿地对污水中总磷 ( TP)、无机磷 ( IP)以及化学需氧量 ( CODCr)的去除率有很显著的相关关系。 4脲酶的活性与凯氏氮 ( KN)的去除率相关性极显著。这些为利用酶活性强度作为评价净化效果和挑选合适湿地植物的指标提供了理论依据。