张亚雷:而向碳中和的农村污水资源化技术

3月9日,“第12届中国农村和小城镇水环境治理论坛”在内蒙古呼和浩特举行。同济大学工程与产业研究院院长、新农村发展研究院常务副院长张亚雷作题为《面向碳中和的农村污水资源化技术》的报告。

光合微生物在畜禽养殖废水资源化处理中的研究进展

畜禽养殖废水成分复杂,具有污染物种类多和浓度高的特点。目前对畜禽养殖废水的处理方式已由传统的处理技术逐渐向资源化技术转移。鉴于畜禽养殖废水的水质特点和资源回收潜力,基于光合微生物的处理技术成为传统废水处理技术的一种成本效益高的极具潜力的替代方法。介绍了畜禽养殖废水的特点和资源化处理趋势,分析了传统处理技术的局限,并比较了传统处理技术与基于光合微生物的处理技术的优劣。从微藻和光合细菌两类光合微生物的角度解释了基于光合微生物的处理技术的作用原理。此外,还讨论了光合微生物技术在畜禽养殖废水处理中的几种复合处理技术,以及其可生产的生物燃料、生物塑料、生物饲料等增值产品。最后,提出了未来光合微生物处理技术应朝着规模扩大化、适用环境自然化、附加产品价值具体化的方向发展。

饮水系统中抗生素抗性基因赋存特征及健康风险评估

近几年抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新型污染物在世界各地的水体、土壤中被频繁检出,其在环境中大量扩散和增殖十分容易导致微生物获得抗生素抗性,对人体健康产生潜在威胁。结合国内外文献报道数据,介绍了ARGs在城市饮水系统中污染现状,描述了其赋存特征,发现在国内外城市饮水系统中ARGs的数量不容小觑,数量最高可达1.38×105 copies·ml-1。其次对城市饮水系统中常用工艺对ARGs的赋存与传播影响因素进行了总结,发现城市常用水处理工艺对ARGs的灭杀效果差,甚至对其富集和繁殖往往起着促进作用;在不同的环境影响因素中,微生物群落结构是影响ARGs的主要驱动力,其次是重金属。最后提出ARGs对人体可能造成的健康威胁以及现有健康风险评估方法的局限性,并对未来ARGs的研究进行了展望。

含过氧键化合物在土壤及地下水PAHs污染修复中的应用进展

土壤及地下水中多环芳烃(PAHs)污染的修复治理是当前亟需解决的问题,其中基于含过氧键化合物的高级氧化技术由于对土壤及地下水中PAHs具有高效的降解能力,在近年来受到越来越多的关注。本文重点总结了过氧化氢、过硫酸盐以及过氧乙酸在土壤及地下水中PAHs污染修复方面的研究,从过氧键断裂产生自由基的角度讨论了其活化机制与降解机理,探究了过氧乙酸在土壤及地下水中PAHs污染修复中的应用前景,分析了影响修复效率的主要外部因素。总体来看,不同活化方式所产生的自由基种类有所不同,对PAHs污染的修复效果也有所差异,与此同时,土壤及地下水复杂环境因素对修复效果有着重要的影响。因此在未来的研究中应开发新型活化材料,提高修复效果并降低二次污染,同时需针对不同的土壤及地下水环境选择合适的活化方式,采用表面活性剂增强氧化剂的修复范围,在过氧乙酸修复PAHs污染方面开展更深入的研究。含过氧键化合物修复PAHs污染土壤及地下水是一个值得深入研究的领域,未来具有广阔的应用前景,本综述为此提供了理论基础。

页岩油气开采对地下水污染研究现状与动向

页岩油和页岩气开采过程产生的大量废料,如果不经过处理,将对地下水造成污染。首先,介绍了页岩油气的分布和赋存机理,以及地面干馏、水平钻井和水力压裂等开采技术;然后,阐述了页岩油气在现场准备、钻井压裂、采油采气等不同开采环节中的主要污染源;进而讨论了页岩油气开采中主要的地下水污染物,分别是有机污染物、重金属和放射性物质,同时阐述了其带来的地下水污染长期性、隐蔽性和差异性的特点;最后,从技术改进和废料处理等方面对页岩油气开采对地下水污染的防治手段进行了展望。

微藻在农业可持续发展中的应用研究进展

近年来,饲料、饵料产量不足和化肥、农药大量施用带来的环境污染问题给农业可持续发展带来了巨大挑战。微藻因其含有能够促进动植物生长、提高农产品品质的营养元素和生物活性物质,且能同化氮、磷等污染物,被广泛应用于农业种植业、畜禽业和水产养殖业。该文系统总结和分析了微藻在土壤改良、农作物保护、直接刺激农作物生长、畜禽和水产养殖废水处理、饲料和饵料等领域的应用现状、特征和环境与经济效益,以及面临的机遇和挑战。分析发现,通过优化微藻培养技术降低其规模化应用的采收成本和提高其对污染物的去除效率,系统增强其在农业应用中的经济价值和可持续性,为农业可持续发展提供科技支撑是未来微藻研究的重点关注方向。

基于形态学和宏基因组学的养殖蟹塘浮游植物群落分析

为全面准确评估中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)养殖池塘中后期水体浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系,于2022年6—10月逐月监测水质指标,同时采用基于形态学和宏基因组学的人工镜检和高通量测序两种方法分析浮游植物的群落结构特征,探讨浮游植物优势种与环境因子的关系。结果显示,人工镜检鉴定的浮游植物共4门65种,而高通量测序数据分析所得浮游植物共4门1463种,其中人工镜检鉴定的优势种为蓝藻门的水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)、细小隐球藻(Aphanocapsa elachista)以及硅藻门的中肋骨条藻(Skeletonema costatum),而高通量测序数据分析所得优势种为蓝藻门的水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)、铜绿微囊藻(M.aeruginosa)。人工镜检方法计算所得多样性指数普遍低于高通量测序结果。两种方法共同分析得出溶解氧(DO)、叶绿素a(Chl-a)、总氮(TN)和氨氮(NH3-N)是影响浮游植物群落结构的关键环境因子。建议采用人工镜检与高通量测序法相结合的方式分析养殖期间的浮游植物群落结构,以便更全面、准确地评估养殖生态系统中的浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系。

基于宏基因组学的中华绒螯蟹养殖池塘水体微生物群落结构和功能组成分析

养殖水体中的微生物群落结构及功能组成对养殖生态系统具有重要作用。为了全面系统评估中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)养殖中后期水体微生物群落结构和功能组成,于2022年6―10月逐月监测上海市崇明区中华绒螯蟹养殖池塘内水质指标,同时基于宏基因组学技术分析了养殖期内水体中微生物物种组成及功能结构特征,并探讨了二者与环境因子的关系。结果显示,该养殖池塘在养殖中后期主要超标水质指标为p H、高锰酸盐指数、总磷和总氮。在养殖期水体中,6―8月的微生物群落多样性以及7―8月的微生物群落丰富度处于较高水平,优势门为细菌中的变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、蓝细菌门(Cyanobacteria)和病毒中的尾噬菌体门(Uroviricota),而在属水平上,丰度占比前10的优势属在多组之间均存在显著差异,如7月蓝藻门微囊藻属(Microcystis)细菌和8―10月的有尾噬菌体目(unclassified_o_Caudovirales)病毒丰度明显高于其他月份。微生物的主要功能为代谢功能包括能量代谢、全局和概览图、氨基酸代谢等,不同月份的功能组成存在显著差异,尤其是6―7月代谢途径丰度明显高于8―10月,而优势细菌变形菌门、放线菌门和拟杆菌门是上述功能的主要贡献者。环境因子对微生物群落结构和功能组成的影响趋势一致,叶绿素a和pH是影响最显著的环境因子,溶解氧、总磷的影响作用稍弱。在养殖水体中,丰度占比较大的致病菌为肠道沙门氏菌(Salmonella enterica)、爱德华氏菌(Edwardsiella ictaluri)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。研究结果可为中华绒螯蟹养殖池塘水体微生物群落结构和功能组成研究提供基础数据,并可为养殖水质调控及生态系统构建提供理论依据。

页岩油气开发影响下的地下水污染风险评价方法综述

水平钻井与水力压裂等原位开采技术的应用引发了世界页岩油气开采的热潮,但由此可能造成的地下水污染风险导致公众的强烈担忧。对页岩油气开发造成地下水污染的主要途径与风险评价方法进行了综述。在已有研究的基础上,首先介绍了页岩油气开发造成地下水污染的特征污染物、污染途径与迁移驱动力,然后综述了页岩油气开发影响下的地下水污染风险主要评价方法,指出了指数叠加法、过程模拟法和统计方法在页岩油气开发场景中的研究现状与发展方向,最后对页岩油气开发影响下的地下水污染评价方法的后续研究方向进行了展望。

水环境中性激素污染现状及其高级氧化控制技术研究进展

系统性地梳理了水环境中性激素的主要来源､环境分布与潜在风险;详细评述了以羟基自由基为氧化物质的高级氧化过程的工作原理和应用优势;同时,综合考察了高级氧化过程及其复合技术在性激素去除方面的实际应用效果和未来发展方向,为性激素污染水体的高效治理提供理论参考。

纳米限域催化膜在高级氧化领域的研究进展

详细阐述了纳米限域催化膜的主要特征,全面总结了空间限域效应下催化膜强化降解污染物的作用机制;同时,综合归纳了当前纳米限域催化膜的构建策略及其在不同体系中的应用;最后,对纳米限域催化膜未来的研究方向进行了展望。

CaO_2不同投加方式对底泥磷释放的抑制效果分析

利用CaO2进行底泥修复,在实验室模拟条件下,研究了2种不同的CaO2投加方式(混匀和覆盖)上覆水活性磷酸盐(SRP)的变化趋势,并通过底泥磷形态之间的转变来分析其不同效果的原因.结果表明,混匀条件和覆盖条件下上覆水的SRP浓度呈现2种不同的变化趋势,前者先降低后增加而后者则持续降低,平均释放速率分别为6.077 mg/(m2.d)和-0.879mg/(m2.d).底泥磷的分级提取实验结果表明,铁磷的不同变化趋势是CaO2投加方式引起底泥磷释放不同效果的内在原因.

城市化粪池粪便污泥基本物料特性及潜在环境风险

对城市化粪池粪便污泥的基本物料特性及潜在环境风险进行初步探讨,以上海市5座公共厕所化粪池为研究对象,采用多种方法测定其粪便污泥中的养分、病原微生物、重金属及抗生素含量,以期为后续资源化利用提供一定的数据支撑。结果表明:粪便污泥中有机质和营养元素丰富,可以作为肥料原料应用,但碳氮比(C/N)远低于一般常规堆肥处理工艺的C/N要求(15~25);粪大肠杆菌、粪肠球菌和沙门氏菌在所有样品中均被检出,其中粪大肠杆菌高达53700~92100 n/g;粪便污泥中重金属含量远低于市政污泥,其中Zn、Cu、Cr、Cd、Pb和Ni的环境风险指数均<10,且综合风险指数为19.36,属低生态风险;5组粪便污泥被检出的四环素、金霉素和磺胺甲恶唑的生态风险等级均为第二风险等级(低风险),即粪便污泥直接农用的抗生素生态风险虽然较低,但不能被忽视。因此,城市化粪池粪便污泥具有较高的资源化利用潜力,但需选择适当处理技术以应对以上存在的潜在风险。

二步法腈纶废水有机污染物生物降解性实验研究

二步法腈纶废水中含有大量的有机污染物 ,包括腈类、酚类、烷烃类、酰胺类、表面活性剂及其它芳香族物质等 ,因此 ,对其中有机污染物的生物降解性进行了实验处理研究 ,实验对二步法腈纶废水进行了混凝沉淀预处理、A/O生物膜法处理 ,分析了有机物变化情况 。

二步法腈纶废水有机污染物的理论生物降解性

二步法腈纶废水中含有的有机污染物种类为腈类、酚类、烷烃类、酰胺类、表面活性剂及其它芳香族物质等 .运用相关学科知识研究了其中所含有的主要有机污染物的化学结构与其生物降解性能的关系 ,深入分析研究了它们的理论生物降解性能 ,并进行了分类 .

烷烃高效降解菌的广谱降解性能研究

针对分离、筛选出的正烷烃高效降解菌株C-14-1的广谱降解性能进行研究．结果表明，C-14-1菌株不仅对较高浓度（大于50mg／L）的正烷烃降解能力显著，对低浓度（约2mg／L）的正烷烃系列同样具有较好的降解效果，并且降解率和烷烃的碳原子数紧密相关．经过48h的发酵，当烷烃碳原子数为10～22时，降解率基本上大于85％；当烷烃碳原子数大于22时，降解率降低到15％～78％．C-14-1菌株对浓度很低（约0．3mg／L）的原油也显示出一定的降解效果，当烷烃碳原子数为12～22时，降解率平均为65％；当烷烃碳原子数大于22时，降解率降低为平均28．3％．当试验系统处于限氧状态时，C-14-1菌株对5α-雄甾烷和六甲苯基本上无降解作用，但对姥鲛烷的降解率却高达97％．在供氧充足的通气状态下以5α-雄甾烷为唯一碳源时，C-14-1菌株对5α-雄甾烷的降解率达到77％．当与其它低碳原子数的正烷烃共存时，5α-雄甾烷更容易被C-14-1菌株通过协同代谢而降解．通气培养48h时，其降解率达到100％；即使在限氧状态下，其降解率也能达到64％．

鸟粪石-絮凝强化工艺处理鸡粪发酵废水

以鸡粪厌氧消化液为对象,研究鸟粪石法回收氮磷的工艺条件.结果表明,反应时间30 min,搅拌转速100r.min-1,加药前调节pH值至9.0,镁氮磷物质的量比1∶1∶0.8条件下,氨氮去除率为71%,总磷去除率为59%,化学需氧量(COD)去除率为32%.反应后的上清液pH值在6～7之间,适宜投加絮凝剂进一步絮凝强化沉淀.聚合氯化铝(PAC)投加量为150mg.L-1时,氨氮、总磷、COD的总去除率为74.6%、66.8%、68.9%.有效提高了废水的可生化性.

A_mO_n一体化污水生物处理装置的开发

AmOn一体化反应器将传统生物处理工艺的反应、沉淀和污泥回流集中于一个反应器中完成,并以自主开发的新型射流扩散式曝气代替了传统的鼓风曝气、表面曝气等形式,反应器的容积负荷大,水力停留时间短,节省了基建投资与运行费用,降低了操作管理强度,增加了系统运行的可靠性。通过自控系统的调节,可根据不同进水水质和出水要求,沿反应进程自动调节曝气量和搅拌程度,根据要求实现脱氮和除磷,具有广阔的应用前景。

生物强化技术处理2,6-二叔丁基酚的研究

利用从腈纶废水处理厂中分离出来的一株2,6二叔丁基酚高效降解菌F34菌株,进行生物强化处理技术研究。通过对照环境中的2,6二叔丁基酚降解效果的比较分析,发现包埋后的F34菌株降解底物的能力相比游离的略有提高;F34菌株在活性污泥存在时受到其抑制作用,通过包埋,菌株所受的抑制作用减弱;在含活性污泥的B.H.和实际废水的环境中,投加F34菌株包埋颗粒显著改善了原系统对底物的处理能力,其对底物的去除率分别提高了164%和71.4%。

绿色技术与可持续发展

本文着重论述了绿色技术的概念、层次及意义，指出在我国尽快树立起崭新的生态伦理观，大力推行绿色技术，把我国经济、社会、环境纳入协调发展的轨道，是实现可持续发展的必由之路。