复合垂直流构建湿地净化污水机制研究 Ⅰ微生物类群和基质酶

构建湿地是 2 0世纪 70年代才蓬勃兴起的一种处理污水的方式 ,由于其造价和运行费用低 ,净化效果稳定 ,越来越引起各国的兴趣和高度重视。现已广泛应用于城市生活污水、工业污水和农业污水的控制 ,有着十分广阔的应用前景。虽然关于构建湿地净化污水的研究已有不少报道 ,但关于湿地基质中的微生物类群和基质酶在污水净化中的作用仍不清楚。通过对生长在复合垂直流构建湿地和天然环境条件下菰和石菖蒲根区微生物类群数量及其根区基质酶活性的测定发现 :同种植物在复合垂直流构建湿地根区微生物的数量比天然条件下的要高 ,特别是硝化细菌和反硝化细菌的数量 ,最高可达 3个数量级以上 ;同时复合垂直流构建湿地中不同植物根区的酶活性有较大差别 ,这为研究复合垂直流构建湿地净化污水的机理和以酶活性强弱作为净化效果的评价指标提供了科学资料 。

构建湿地中试系统基质剖面微生物活性的研究

对稳定运行的复合垂直流构建湿地中试系统基质进行分层采样,测定微生物数量,生物量氮,酶活性,硝化作用,反硝化作用以及呼吸作用等各项指标.结果表明,上行流和下行流池0～10cm的基质层中好氧微生物数量高出30～55cm的层面1～2个数量级;反硝化细菌除下行流池0～10cm的层面外其他基质层数量都达到107个/g干土以上.0～20cm的基质层中脲酶活性明显高于30～55cm的层面;而0～10cm的层面中脱氢酶活性明显高出10～55cm的层面2～5倍.硝化反硝化作用广泛存在于基质中,硝化作用表现出一定的空间规律,0～10cm的基质硝化作用强度要比40～55cm层面的高出20%;反硝化作用的空间差别很小,其作用率最低也达到85.5%.

氧调控下人工湿地微生物群落结构变化研究

运用磷脂脂肪酸(PLFAs)技术研究了氧调控下复合垂直流人工湿地(IVCW)微生物群落结构及活性变化,结果表明,不曝气IVCW基质表层以好氧微生物为优势种群,但绝大部分微生物都集中在0～20cm基质层,系统的净化空间受到限制;氧调控下微生物群落向基质纵深发展,表征好氧微生物的单不饱和脂肪酸的含量显著增加,曝气系统下行池表层各类群微生物的生物量为不曝气系统的2～6倍,表征微生物活性的PLFAs总不饱和度水平也明显升高;革兰氏阴性细菌成为曝气IVCW基质微生物群落的优势种群,群落具有更高的活性和专一性,提高了污染物的去除效果。因此,进一步研究微生物的这种适应机制可以为优化湿地系统提供一定的理论基础。

微生物燃料电池与人工湿地耦合系统研究进展

将微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)与人工湿地(constructed wetland,CW)相结合是近几年来出现的一种新型产能及废水净化工艺。在综述CW-MFC耦合系统产电机理及其发展的基础上进一步分析讨论了当前研究中影响系统性能的组成要素(植物、微生物、电极及分隔材料)和运行参数(碳源、氧化还原电位及水力停留时间)两个方面,最后总结了当前尚未解决的关键问题,对今后耦合系统的潜在应用进行了展望。

构建湿地去除酞酸酯的基质微生物和酶机制研究

随着塑料制品的广泛使用,酞酸酯的污染越来越引起人们的广泛关注。目前,DBP(邻苯二甲酸二丁酯)和DEHP(邻苯二甲酸二异辛酯)已成为全球最普遍的污染物之一。报告了复合垂直流构建湿地对含酞酸酯(DBP等)的污水污染的去除效果,以及湿地去除酞酸酯的基质微生物和酶方面的净化机理。具体结果如下:复合垂直流构建湿地对酞酸酯污染具有较好的净化效果,去除率高达99.9%以上;构建湿地对酞酸酯的净化主要发生在氧气含量相对较多的下行流池,上行流池的净化作用相对较差;同时分层实验还发现,构建湿地的净化作用主要集中在湿地上层基质中。通过研究,为进一步研究利用构建湿地处理酞酸酯污染提供了有益的参考。

人工湿地系统中微生物的研究进展

微生物在人工湿地系统净化污水过程中发挥着重要作用。文章介绍了人工湿地系统中微生物的研究进展,重点讨论了人工湿地对病原微生物的去除以及系统基质中微生物的种群和活性等内容。

水环境中生物膜的研究进展

生物膜是近年来研究的一个热点领域,在水体自净和工业应用方面表现出非常重要的作用。文章介绍了国内外有关生物膜的组成、结构、形成及微生物种群分布特征等研究成果,重点探讨了水环境中生物膜对污染物的吸附和降解作用。

人工湿地生物堵塞研究进展

人工湿地生物堵塞是指由于微生物代谢过程中分泌大量胞外聚合物与水体中的有机物形成高含水量、低密度的胶状淤泥而堵塞基质床的现象。文章在综述生物堵塞形成过程及机理的基础上进一步分析讨论了生物堵塞的主要影响因素(废水特性、基质特性和级配、湿地植物搭配、运行方式)和生物堵塞原位缓解缓堵解堵技术(停床轮休、原位化学解堵、原位生物解堵),最后总结了当前尚未解决的关键问题,对今后生物堵塞的研究及防堵解堵技术进行了展望。

MFC处理人工湿地生物堵塞物及同步产电研究

为探究MFC(microbial fuel cells,微生物燃料电池)对人工湿地(constructed wetland,CW)堵塞物EPS(extracellular polymeric substances,胞外聚合物)组分的处理效果和产电性能,构建双室MFC,设置闭路组(closed circuit MFC,MFC-C)和开路组(open circuit MFC,MFC-O)对EPS中的主要组分〔PN(protein,蛋白质)和PS(polysaccharide,多糖)〕及人工湿地堵塞物进行处理,分析底物类型、底物浓度和外阻(R ex)对MFC系统产电性能的影响及系统对底物的处理效果.结果表明:①MFC系统的产电性能受底物类型、底物浓度及R ex的影响较大,底物浓度增加1.5倍(由200 mg/L增至500 mg/L)时,MFC系统最大电压(V max)增加5.8%(PN),最大功率密度(P max)分别增加188.30%(PN)和124.21%(PS);保持底物类型和底物浓度不变,R ex增加9倍(由100Ω增至1000Ω)时,MFC的V max分别增加110.26%(PN)和92.81%(PS),P max分别增加109.19%(PN)和7.51%(PS).②PN可全部被阳极微生物利用,但同时阳极微生物会分泌PS,底物浓度增加1.5倍时,出水中ρ(PS)分别增加107.85%(MFC-C)和78.55%(MFC-O);R ex增加9倍时,ρ(PS)分别增加415.85%(MFC-C)和294.29%(MFC-O);底物为PN时,出水中ρ(PS)均表现为MFC-C<MFC-O,说明MFC形成的微弱电场在一定程度上可抑制PS的分泌.③人工湿地堵塞物可作为MFC的底物,随着投加量的增加(除堵塞物投加量为0.500 g/L外),V max(约750 mV)变化不大,但电压稳定时间随投加量的增加而略有延长;堵塞物投加量为6.667 g/L时,MFC的P max为12.25 mW/m^2,内阻(R int)为1112.5Ω,MFC产电性能下降.研究显示,人工湿地堵塞物EPS可以作为MFC的阳极底物并同步实现能源回收.

富营养化城市湖泊水体生物膜的形态结构研究

在武汉市大莲花湖、小莲花湖以及东湖三个富营养化湖泊水体中培养生物膜。对生物膜样品的重量分析表明，生物膜厚度随培养天数的增加而增大。在一定的生长时间后，0.3m水深处生物膜样品的干重大于1.5m水深处样品的干重。挥发性生物膜重随培养时间的延长呈现稳定的增长趋势，90d后东湖中培养的生物膜达到“稳态”。用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察生物膜的形态和结构表明，生物膜内大量存在着细菌、藻类、有机碎屑、原生动物和轮虫等。三个湖泊水体中培养的生物膜上检测到的藻类均以硅藻为主。大、小莲花湖生物膜上轮虫和原生动物的物种丰度无明显差别，东胡0.3m处生物膜上轮虫的种类丰度明显高于1.5m处。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统缓解生物堵塞试验研究

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)利用电极表面富集的电化学活性菌(Electrochemically Active Bacteria,EAB)对生物堵塞的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)进行降解,并通过产电过程中形成的微弱电场来抑制微生物胞外多糖大量分泌,可在一定程度上控制人工湿地(Constructed Wetland,CW)的生物堵塞。为此,研究将阴极和阳极电极分别嵌入垂直流人工湿地的不同深度位置处,构建了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统。通过比较开路和闭路耦合系统的孔隙率、过水速率以及净化效果,评价CW-MFC系统的堵塞延缓能力。结果表明:相较开路系统,闭路系统的过滤速率增幅较大,孔隙率的降幅较小,在一定程度上缓解了堵塞。闭路系统对TN和NH4+-N的去除率显著高于开路系统。嵌入电极形成的CWMFC系统可原位缓解堵塞,有较好的应用潜力。

微生物燃料电池中产电微生物的研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)作为一种新型的环境治理和能源技术,目前已得到研究者们的广泛关注。微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能转化成电能的装置,产电微生物作为生物催化剂,对微生物燃料电池的发展至关重要。不同种类的产电微生物,其电子转移机制与能力有所差异,直接影响MFC的产电性能,从而决定MFC在工程实践中的性能与应用。任何含有大量微生物的废水、污泥、沉积物都可以作为产电微生物的筛选来源,尝试从不同环境条件下分离筛选高效产电微生物有望促进MFC的进一步完善,从而加速其在环境中的应用。通过对微生物燃料电池的发展、产电微生物种类及其电子传递机制等进行总结分析,综述了MFC中产电微生物的最新研究进展,包括产电微生物的筛选方法、种类以及技术研究等,最后展望了今后在产电微生物方面的主要研究方向及MFC的发展前景,以期为产电微生物的的筛选和应用奠定相应的理论基础及提供思路。

洪湖周边养殖池塘微塑料污染特征研究

研究通过调查分析湖北省重要的水产养殖区——洪湖周边的鱼塘、河蟹塘和龙虾塘等三种淡水养殖池塘的水体和水产品微塑料污染特征,可以为评估该养殖区的微塑料生态风险和了解我国淡水养殖环境微塑料污染现状提供数据支撑。结果表明,三种养殖塘水体微塑料丰度在(296±140)—(992±558)items/m3。与国内外其他淡水养殖水体相比,该地养殖塘水体微塑料丰度处于中等水平。该地养殖池塘中超过一半的水产品受到了微塑料的污染,微塑料丰度为0—16 items/ind.。纤维状微塑料是水体和水产品主要的微塑料类型。相关性分析和微塑料群落相似度分析表明,水体微塑料污染特征并不是影响生物暴露微塑料的直接原因,同时生物微塑料污染水平也不受生物种类的影响。考虑到水产品安全与人类健康关系密切,建议加强对养殖环境和水产品中微塑料污染的关注。

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。

人工湿地植物根区微生物与净化效果的季节变化

人工湿地污水处理系统具有净化效果显著、建设和运行费用低廉、管理简便等优点.近年来越来越受到人们的重视.人工湿地生态系统受环境影响较大,研究人工湿地在不同季节的净化功能对于充分发挥其作用具有重要意义.对不同季节的芦苇(Phragmite saus-tralis)、茭白(Zizania caduciflora)和香蒲(Typha latifolia)等湿地系统植物根区、无植物对照基质微生物分布状况以及净化效果进行了研究,结果显示:(1)种植不同植物的湿地系统根区微生物数量不同,其湿地净化效果也不同;(2)季节变化显示湿地系统秋季的细菌总数量比夏季高;但对照系统夏季的真菌和放线菌数量明显高于秋季;(3)湿地系统总磷(TP)的去除率夏季高于秋季;(4)相关性分析发现湿地植物根区的细菌总数与BOD5的去除率之间存在显著相关性;而根区微生物数量与TP、CODCr和凯氏氮(KN)的去除率之间不存在显著相关性,具体机理还需进一步研究.

构建湿地基质微生物与净化效果及相关分析

利用平皿计数法和其他传统方法,研究了复合垂直流构建湿地基质微生物数量的季节变化以及它们与污水净化效果的相关性.结果表明,不同月份复合垂直流构建湿地基质中的微生物数量也不相同;构建湿地净化污水的过程中,下行流池发挥了主要作用;构建湿地基质中微生物数量与污水中的KN以及CODCr的去除率存在显著相关性,说明微生物的活动是它们去除的主要途径;构建湿地基质中的微生物数量与TSS以及TP的去除率没有明显的相关性,这说明TSS和TP的去除有其他途径.本研究为进一步利用构建湿地处理污水提供了依据.

生物膜活性测定中TTC-脱氢酶活性测定法的改进

对生物膜活性测定中氯化三苯基四氮唑(TTC)-脱氢酶活性测定法进行了改进,解决了标准曲线制作稳定性差的问题,对测定中的诸多影响因素进行比较分析,确定了改进后的脱氢酶活性测定的最佳条件.结果表明,以甲苯作为萃取剂的液-液分层明显,提取效果好,操作简便.以硫化钠代替连二亚硫酸钠作还原剂,效果较好,显色稳定不褪色.反应的适宜pH值为8.6,适宜温度为38℃.同时确定了生物膜的最佳培养反应时间为6h.

复合垂直流人工湿地中基质生物膜的特性

从基质生物膜量、生物膜厚度和脱氢酶活性等方面研究了以复合垂直流人工湿地中基质颗粒作为附着生长载体的生物膜的特性。结果表明，复合垂直流人工湿地中，基质生物膜的形成时间为40～60d。进水水质不同，基质生物膜的形成时间有差异，进水中相对高的营养水平有利于基质生物膜的积累，60d内形成的稳定生物膜量相差1．59倍；生物膜活性也较大，平均相差1．5倍。不同发育程度的生物膜表现出的活性不同，最佳活性厚度为150um。人工湿地中不同层次基质生物膜厚度差异显著，最表层0～5cm层次基质生物膜厚度2～3倍于10cm以下层次，为最佳活性厚度的3～4倍，其生物膜的过量积累不仅不利于处理效率的提高，且易造成人工湿地的堵塞。

Zn^2＋、Co^2＋和Mn^2＋对人工湿地基质生物膜的影响

研究了金属离子Zn2+,Co2+和Mn2+对复合垂直流人工湿地基质生物膜脱氢酶活性和多糖含量的影响.结果表明,在生物膜混合液中添加Zn2+能在短时间内(6h)迅速提高生物膜的酶活性,增加多糖含量,浓度为2mg/L的Zn2+可以在较长时间(72h)内保持生物膜的酶活性并且促进多糖的积累.Co2+和Mn2+对生物膜脱氢酶活性及多糖含量的影响较为相似.当Co2+浓度<1mg/L、Mn2+浓度<2mg/L条件下,6h时,对脱氢酶活性呈现了不同程度的促进作用,但随着Co2+和Mn2+离子浓度的增加,对脱氢酶活性的影响则表现为抑制作用,并且随着时间的延长,抑制作用越来越明显.在所研究的浓度和时间范围内,Co2+和Mn2+对多糖含量没有明显影响.