电场耦合垂直流人工湿地对农村污水的净化效果及细菌群落结构变化特征

为进一步提高人工湿地处理农村污水效果,构建了耦合电场垂直流人工湿地系统(E-VFCW系统),以昆明市盘龙区长地梗城中村东干渠的原水为处理对象,探究其稳定性及净化效果,通过微生物群落演变特征,揭示其污染物去除的生物学化学机制.结果表明:①与垂直流人工湿地系统(VFCW系统)相比,E-VFCW系统对农村污水的净化效果更高,化学需氧量(COD)、总磷(TP)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)、总氮(TN)处理效果分别提高了7.94%、5.67%、51.14%、27.54%,其中NH_(4)^(+)-N去除率存在显著差异(P<0.05).②E-VFCW系统中,相对丰度排序前三的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria),其相对丰度之和约为80%;优势菌属包括脱氯单胞菌属(Dechloromonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas)等.③冗余分析表明,E-VFCW系统中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿菌门(Chlorobi)、放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)是COD、TN、TP、NH_(4)^(+)-N净化的主要驱动因素.④秩相关分析表明,电场施加能促进E-VFCW系统中产电细菌假单胞菌(增加4.76%)、氢噬胞菌(增加2.02%)、黄杆菌(增加12.54%)等的富集和积累.研究显示,将电场与垂直流人工湿地进行耦合后,可使产电细菌相对丰度显著增加,可为农村污水治理提供理论指导和科学依据.

生物转盘耦合垂直流人工湿地对生活污水的净化效果及其微生物群落结构特征

为提高垂直流人工湿地对农村生活污水的净化效率,构建生物转盘耦合垂直流人工湿地系统。以实际生活污水为对象,研究耦合系统对生活污水的净化效果,并采用高通量测序分析其微生物群落结构特征,揭示微生物群落结构与污染物处理效率之间的关系。结果表明:系统对化学需氧量(COD)、氨氮(NH_(4)^(+)-N)和总磷(TP)的去除率分别为64.97%、86.84%和79.18%,出水平均质量浓度分别为71.70、3.21和0.67 mg·L^(-1);新型湿地系统适于处理COD、ρ(NH_(4)^(+)-N)和ρ(TP)分别为<250、30~50和<2 mg·L^(-1)的生活污水,且24 h为系统最佳运行时间;2个系统中不同填料区微生物种类无较大差别,相对丰度差别较大,共有的优势菌门、优势菌纲和优势菌目分别有5、8和10类,系统中除氮微生物主要为氢噬胞菌属(Hydrogenophaga)、假单胞菌属(Pseudomonas)等,除磷功能微生物主要有假单胞菌属、脱氯单胞菌(Dechloromonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、红球菌属(Rhodococcus)等;细菌群落影响污染物的去除,NH_(4)^(+)-N、TP和COD去除率与变形菌门和蓝细菌门呈显著正相关,TP浓度与绿弯菌门、COD与绿菌门呈显著正相关(P<0.05);各污染物主要在火山石区、沸石区被去除。研究结果明确了生物转盘耦合垂直流人工湿地微生物群落结构特征及其与污染物去除之间的关系,可为进一步提高人工湿地的处理效率提供科学参考。

光催化、电场、磁场耦合垂直流人工湿地对生活污水的处理效果及微生物群落组成特征

为提高人工湿地对生活污水中污染物的有效去除,强化工艺耦合人工湿地已成为近年来的研究热点,通过构建的光催化、电场、磁场耦合垂直流人工湿地,探究该人工湿地对污水中化学需氧量(COD cr)、氨氮(NH+4-N)、总磷(TP)和正磷(PO 34-P)的去除效果,分析了各单元微生物群落的组成特征。结果表明:加入光催化、电场、磁场后,COD cr、NH+4-N、TP和PO 34-P的去除率分别是71.1%、95.5%、54.3%、52.4%,可提高对COD cr、NH+4-N的去除效果,与普通人工湿地相比,COD cr的去除率可提高8.6%~22.4%,NH+4-N去效率可提高6.3%~30.0%,未能提高TP和PO 34-P的去除效果;光催化单元促进了光能异养微生物蓝细菌门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、集球藻菌纲(Synechococcophycideae)、绿丝菌属(Chloronema)的生长代谢,提升了嗜热型微生物纤发鞘丝蓝细菌属(Leptolyngbya)的活性,电、磁场单元促进了脱氮除磷微生物变形菌门(Proteobacteria)的生长代谢,提升了硝化功能菌不动杆菌属(Acinetobacter)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)的活性。可见,光催化、电场、磁场单元与垂直流人工湿地耦合后,可使光合异养细菌和除氮细菌的丰度增加,提升COD cr、NH+4-N的去除效果,偏高的电、磁场强度可能影响到磷素的基质吸附沉淀作用。

水流扰动强度对高原山地农村沟渠底泥氮释放的影响

为揭示水动力扰动对高原山地农村沟渠内源氮营养盐释放的影响,通过室内模拟试验研究不同水流扰动强度(0、5、15、30、60 L·h^(-1))对底泥氮释放的影响。结果表明:(1)水动力扰动初期可引起底泥氮元素向上覆水释放,5 L·h^(-1)扰动下水体中NH_(4)^(+)-N浓度达到最高值,60 L·h^(-1)扰动下水体TN浓度达到最高值,在连续扰动30 d后,静置水体氮浓度高于扰动水体;(2)随扰动强度的增加,底泥TN含量也增加,但总体低于背景值,呈现出0<5<30<15<60 L·h^(-1)的规律;(3)底泥各形态可转化态氮(TTN)含量由大到小依次表现为强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)、强碱可提取态氮(WAEF-N)、离子交换态氮(IEF-N)和弱酸可提取态氮(SAEF-N);释放程度从易到难依次为IEF-N、WAEF-N、SAEF-N、SOEF-N;各形态氮的最小值均出现在静置时,说明扰动更有利于底泥对水体氮营养盐的吸收,减轻其沿途对周围环境造成潜在的危害。

微纳米曝气及挂膜人工湿地对生活污水的处理研究

微纳米曝气人工湿地是一种新型的人工湿地系统,微纳米气泡由于尺寸较小,能表现出有别于普通气泡的特性,可大幅提高增氧效率,改善水体供养,为微生物提供有利条件,加快微生物的分解作用;挂膜人工湿地中挂膜装置主要为微生物提供一个附着环境。本研究在构建人工湿地的基础上,以文山华宇卧龙府小区生活污水为模拟进水,通过连续进水方式,研究微纳米曝气及挂膜人工湿地模拟系统对生活污水中氮(N)、磷(P)处理效果,为探索生活污水高效处理的可行性进行探索研究。结果表明,1) 微纳米曝气人工湿地系统对污水中TN、NH4+-N、TP、PO43-具有较好的去除效果,对污水中TN、NH4+-N、TP、PO43-的平均去除率分别为:62.1%、75.1%、38.2%、56.6%;2) 微纳米曝气及挂膜人工湿地系统对污水中氮的去除效果较好,尤其对氨氮的去除较为明显,微纳米曝气人工湿地对氨氮去除率达到75.1%,挂膜人工湿地对氨氮去除率达到65.8%;3) 微纳米曝气及挂膜人工湿地系统对生活污水中N、P的去除效果高于生态填料人工湿地系统。研究结果可被应用于生活污水的处理。