自然曝气生物滤床对二级污水处理厂尾水中抗生素的去除效果及影响因素研究

采用自然曝气生物滤床工艺处理污水处理厂尾水中抗生素,对生物滤床中抗生素的去除特点和影响因素进行研究。研究结果发现,自然曝气生物滤床能够有效地去除四环素类抗生素(58±2)%、喹诺酮类抗生素(48±20)%和大环内酯类抗生素(18±11)%。微生物降解和物理吸附是生物滤床去除抗生素的主要途径,而这两种途径的协同作用则延长了生物滤床的运行周期。结果还表明,水力负荷对抗生素的去除效率影响较大,当水力负荷为4.8～6.4 m/d时,生物滤床对抗生素有较好的处理效果。此外,水质参数(水温、pH、COD浓度和硝化作用等)在一定程度上也可以影响生物滤床对抗生素的处理效果。

益塘水库浮游植物群落特征研究

为丰富广东省浮游植物的生物多样性及其群落特征研究,于2010年丰水期(7月)及枯水期(12月)分别对益塘水库4个样点的浮游植物样品进行采集。初步检出浮游植物共70种(含变型和变种),分属7门9纲17目28科51属;其中绿藻、硅藻、蓝藻分别为31,16和12种;其中,小球藻(Chlorella vulgaris)、针形纤维藻(Ankistrodesmus aciculars)、月牙藻(Selenastrum bibraianum)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)等种类在丰、枯水期均能形成优势;而湖沼色球藻(Chroococcus limneticus)、狭细贾丝藻(Jaaginema angustissimum)和四角十字藻(Crucigenia quadrata)仅在丰水期形成优势;颗粒直链藻极狭变种(Melosira granulata var.angustissima)、尖针杆藻(Synedra acus)和薄甲藻(Glenodinium pulvisculus)仅在枯水期形成优势。浮游植物丰度、生物量、Margalef指数、Shannon-Weaver指数和Pielou均匀度指数在丰水期分别(5.46±0.91)×107cells/L,(21.28±4.19)mm3/L,0.98±0.04,2.11±0.15和0.87±0.05;而在枯水期分别为(3.74±0.23)×107cells/L,(86.77±2.72)mm3/L,0.63±0.21,1.92±0.26和0.80±0.16。

东江流域水污染控制与水生态系统恢复技术与综合示范

归纳了水专项东江项目2008—2013年的主要研究成果:针对保护优质水源的国家需求,选择典型的东江流域开展前瞻性的水污染控制技术研发并进行工程示范,创建了由常规水质指标实时在线化,痕量污染物控制指标识别筛选全流域优化,生物毒性指标甄别多属性全程化等成套技术构成的水源流域水质风险识别技术体系;由各类工艺废水脱毒减害,同质污水区域集中强化处理,排水持续净化等成套技术构成的水环境风险控制工程技术体系;由水生物链各物种生长状况评级,生境恢复和物种受损关键环节恢复等成套技术构成的生态健康维护技术体系。集成以上3个技术体系形成成套的流域水环境风险控制技术体系集。基于上述技术创新提出了"控制风险、维护生态、保水甘甜、发展持续"的水源流域管理创新总体策略。研发的技术体系与策略在东江流域的示范与应用,实现了东江主干流水质常年优于Ⅱ类的污染控制目标。

黄丝藻处理废水与生物质高值化利用研究进展

基于黄丝藻在二氧化碳减排、废水生物修复及生物炼制方面的优势,重点介绍了该藻对不同废水的净化效果及过程强化技术,系统阐述了影响油脂积累的因素及生物质综合利用的研究进展,归纳总结了黄丝藻处理废水的优势和挑战,在生物炼制背景下展望了黄丝藻资源化处理食品废水耦合高附加值产品生产的发展方向。

外源植物激素调控微藻生长及目标产物积累研究进展

微藻因独特的生长优势及富含油脂、蛋白质、类胡萝卜素、不饱和脂肪酸等物质,使其在生物能源、功能食品、医药保健等领域应用广泛。非生物胁迫(缺氮、高光强、高温、高盐、重金属等)是诱导藻细胞快速富集油脂等代谢物的传统且有效的手段,但通常是以牺牲微藻生长量为代价,限制了目标产物的高效积累。植物激素是一种调节微藻细胞生长代谢的重要小分子信号物质,其调控微藻的生长代谢过程主要包括促进藻细胞的分裂、调控藻类抗逆性、提高光合作用效率及重要次级代谢产物的积累等。因此,通过将植物激素和非生物胁迫相结合的手段可以进一步促进目标产物的合成并提高微藻在非生物胁迫条件下的耐受能力。论文总结了近年来被应用到微藻培养体系中的植物激素种类、可能的合成途径及其生理功能,分析了其在藻类应答非生物胁迫中的作用及对细胞生长和目标产物合成的影响,探讨了植物激素调控下微藻抵抗不同非生物胁迫的内在机制研究及其耐受逆境协同油脂积累的可能机制,并展望了外源植物激素在微藻生物质产业发展中的机遇和挑战,旨在为微藻高效培养及高附加值产物的积累提供理论依据和技术指导。

回流立式组合人工湿地对农村混合废水中重金属的净化效果

针对农村分散式混合废水中的重金属难以集中处理的问题,提出一种占地面积小、操作灵活、维护简单的新型回流立式组合人工湿地工艺,研究其对重金属混合废水的处理效果以及进水水质与运行条件对重金属去除的影响。结果显示,回流立式组合人工湿地在运行时间为6 h,回流周期T=30 min的条件下对CODCr、TN、TP和TSS的平均去除率分别为82.83%、27.67%、64.64%和92.58%,对As、Cd、Pb、Cu和Zn的平均去除率分别为50.01%、62.43%、91.02%、63.37%和51.92%;其去除负荷高达92.4、12.1、160.9、1 214.9、1 989.0 mg·m-2·d-1,约为其他研究平均值的4～27倍。进水pH和CODCr的波动以及回流周期的变化对重金属去除无显著影响(P>0.05);将运行时间由6 h延长至24 h时,重金属的去除效率有明显的提高(Zn除外)。回流立式组合人工湿地对重金属的去除快速高效、去除负荷高,在农村分散式含重金属混合废水处理方面具有较好的利用前景。

水力停留时间对自然曝气生物滤床净化效能的影响

论文采用自然曝气生物滤床工艺处理富营养化水体,研究水力停留时间(HRT)对其净化效能的影响并进行机理方面的探讨。研究结果表明,当HRT为9.6 min时,自然曝气生物滤床对各目标污染物的去除效果最好,TN、NH4+-N、COD及Chl a的去除负荷分别为1.08、1.30、3.36和26.02 g/(m2.d)。随着HRT的减小,异养细菌所占的比例从7.0%增加到98.4%,自养细菌所占的比例从93%下降到1.6%。填料表面的生物膜及菌丝体结构也随着HRT的减小而增多。此外,本文还得出了沸石生物滤床HRT与HLR之间的经验公式,可以为类似滤床的设计和运行提供理论参考。

E2-3S在水平流人工湿地中的降解与转化

研究采用同时检测15种自由态雌激素(Free estrogens,FEs)及结合态雌激素(Conjugated estrogens,CEs;包括雌激素手性分子、异构体、单位点及多位点结合的CEs)的方法,探讨目标污染物17β-estradiol-3-sulfate(E2-3S)与其他类型雌激素(包括自由态雌激素与其他结合态雌激素)间的转化关系,研究E2-3S在有/无植物水平流人工湿地(HFCWs)中的降解规律。结果显示:在停留时间为1.5d的工况下,E2-3S在HFCWs进水端基质水平距离0 cm深度15 cm中转化率已达98%,E2-3S可转化为其他雌激素,产物以FEs为最丰富(均占70%以上),植物可以显著提高湿地DO浓度,使FEs残留浓度比无植物CW(U-CW)更低,有植物CW(P-CW)和U-CW对总雌激素去除效率分别为86%和58%;E2-3S的主要转化路径为经硫酯键断裂形成E2再氧化生成E1,其次路径为直接氧化为E1-3S再水解生成E1,少量路径为羟基化形成E3-3S再水解生成E3,此外,E2-3S还可以产生痕量双位取代D-CEs(<总雌激素的5%),且植物系统中存留量更低。

8种湿地植物的生长状况及泌氧能力

湿地植物是人工湿地的核心部分,筛选优良的植物种类,将有利于充分发挥湿地植物的功能,提高人工湿地污水处理的能力.分析4种须根型植物香蒲(Typha orientalis)、美人蕉(Canna indica)、灯芯草(Juncus effusus)、纸莎草(Cyperus papyrus)和4种根茎型植物菖蒲(Acorus calamus)、再力花(Thalia dealbata)、芦竹(Arundo donax)、黄菖蒲(Iris pseudacorus)在厌氧、水培条件下的生长状况及根系泌氧特性;比较它们的根和茎叶生物量、相对生长速率(RGR)、根长、根孔隙度和泌氧量(率)等生理生态特性.结果表明,8种湿地植物在厌氧条件下生长状况良好;其中,须根型植物的生物量、RGR和泌氧能力均显著优于根茎型植物.在相同光照条件下,灯芯草的泌氧率最大,为192.62μmol O2/(d·g(DWroot)),而黄菖蒲的根系泌氧率最小,仅为68.81μmol O2/(d·g(DWroot)).各植物根系泌氧率大小为:灯芯草>纸莎草>香蒲>美人蕉>菖蒲>再力花>芦竹>黄菖蒲.方差分析显示:植物根系泌氧率与根孔隙度呈极显著正相关,而植物泌氧量与RGR、各生物量呈极显著正相关,但与根茎比呈显著负相关.

水质改善的浮游植物群落演替机制模拟研究

模拟了广州市某河流的不同水质改善阶段,并研究其对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、短线脆杆藻(Fragilaria brevistriata)和易变裸藻(Euglena mutabilis)生长及超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响.同时,考察了由4种藻类构成的人工群落的生长特征和群落演替率,以探讨河流水质改善过程中浮游植物群落演替机制.结果表明:4种藻类对氮、磷营养盐和COD Cr等胁迫的响应程度差异及种间相互竞争作用等是水质改善过程中导致浮游植物群落演替的影响因素;水质改善初期(1～3 d),群落演替率与改善程度呈显著的正相关关系(p<0.05);但较长时间(约13 d)处于相对稳定的环境条件下时,群落演替速率将趋于零,从而达到一个新的稳定状态.水质的不断改善将导致浮游植物的种类和数量呈现出蓝藻和裸藻逐渐减少,而绿藻和硅藻逐渐增多的变化趋势.

大亚湾大鹏澳海域表层沉积物中浮游植物休眠体集群的季节变化

于2007年4月至2008年3月对大亚湾大鹏澳海域表层沉积物中浮游植物休眠体进行了每月1次的周年调查.本调查分析鉴定出浮游植物休眠体79种,包括甲藻孢囊50种,硅藻休眠体26种.浮游植物休眠体丰度没有明显的季节变化规律,变化范围为217～6 764 cells/cm3,平均为1 376 cells/cm3;鱼类养殖区休眠体丰度较高,平均丰度为1 999 cells/cm3.浮游植物休眠体在数量上以硅藻为主,甲藻次之,而在鱼类养殖区也出现了较高的蓝藻休眠体.硅藻休眠体的平均丰度为783 cells/cm3,百分比含量为56.9%,从而反映了该海域硅藻型浮游植物群落结构.甲藻孢囊丰度的变化范围在79～1 237 cells/cm3,位于湾口对照区丰度较高,年平均为733 cells/cm3,而鱼类养殖区和贝类养殖区平均值分别为502、388 cells/cm3.异养型甲藻孢囊的种类和数量均比较丰富,其百分比含量为26.7%～82.4%.研究结果显示,在富营养化程度较高的养殖区海域,硅藻休眠体和异养型甲藻孢囊百分率均较高,而鱼类养殖区还出现了较高蓝藻孢子丰度.本次调查中还出现了易碎藻和艉杆藻等在本海域浮游植物调查中未记录种类的孢囊,有毒有害赤潮生物的休眠体如亚历山大藻、链状裸甲藻、旋沟藻、巴哈马梨甲藻孢囊等也在此次调查中频繁出现,说明大亚湾海域存在较大的有毒有害赤潮发生的风险.

温度对空心菜生长的影响

通过设置4个温度梯度的生活污水实验,研究了温度变化对空心菜增长、分枝、生根及生物量变化等的影响。结果表明空心菜在较高温度条件下生长旺盛,培养15 d后,35℃培养条件下的空心菜增长10 cm,极显著高于另外3个温度培养条件下的植株增长(P<0.01);新生根21条,显著高于25℃培养条件时的空心菜新生根数量(P<0.05),极显著高于15℃和5℃条件下的空心菜新生根数量(P<0.01)。培养15 d后,5℃培养条件下空心菜的生物量最低,显著低于其在15℃和25℃培养条件下的生物量(P<0.05),极显著低于其在35℃培养条件下的生物量(P<0.01)。实验结果为空心菜在浮床系统中的植物选择和应用提供了参考依据。

珠江流域东江干流浮游植物叶绿素a时空分布及与环境因子的关系

为了解珠江流域东江干流水体叶绿素a的时空分布及与环境因子的关系,于2012年6月（丰水期）和12月（枯水期）对东江干流进行采样调查分析.结果表明,东江水体叶绿素a含量具有明显的时空分布特征,其全年变化范围为0.84~14.93μg/L,整体均值为3.60±2.45μg/L,丰水期叶绿素a含量显著高于枯水期;而丰、枯水期叶绿素a含量空间分布特征相似,上游河段显著低于下游河段.相关性与主成分分析结果显示,水体中总氮浓度、总磷浓度、有机物含量、水温和水流流速等都是影响东江浮游植物生长的重要因素,其中以总磷的影响最为显著,表明磷可能是东江浮游植物生长的限制因子.

回流立式组合人工湿地处理生活污水的效果

针对目前我国农村存在的生活污水随意排放问题,构建了一种安装方便、工艺简单的回流立式组合人工湿地系统用于处理生活污水,研究其对污染物质的去除效果和过程,及不同基质(砾石、陶粒、火山石)间污染物质去除的差异。结果显示,回流立式组合人工湿地系统对COD、NH+4-N、TN、TP的去除率分别高达95%、99%、53%、57%,其中COD、NH+4-N的去除过程符合一级动力学模型。不同基质组湿地对生活污水处理效果存在显著差异(P<0.05),砾石组对NH+4-N、TN的去除效果较好,火山石组对COD、TP去除效果较好,可分别作为人工湿地脱氮除磷的优先选择。结果表明,回流立式组合人工湿地去除能力好、占地面积小、操作方便,是一种具有广阔发展前景的农村污水处理技术。

人工湿地中抗生素抗性大肠杆菌和抗性基因的去除与分布

抗生素的滥用导致抗生素抗性菌和抗性基因随生活污水和养殖废水的排放在环境中肆意散播,其去除及环境行为越来越受到关注。采用K-B纸片法测定了9套不同工艺构型模拟人工湿地中大肠杆菌对7种抗生素的抗性率,并应用多重PCR检测磺胺类sul1、2、3与四环素tetA、B、C、D抗性基因,探究人工湿地对抗性菌的去除效率及抗性菌、抗性基因的分布规律。结果显示,人工湿地能有效去除污水中70%左右的抗性大肠杆菌,有效降低了细菌抗性的传播风险;共计分离出535株大肠肝菌中有378株对一种以上抗生素有抗性性,以四环素、磺胺类和氨苄西林抗性率最高,达到25%以上,其他4种抗性率较低,不足20%;2种抗性基因的检出率都在70%以上;对不同采样点大肠杆菌的抗性性及抗性基因的比较发现,各部分大肠杆菌的抗性水平、多重抗性指数(MRI)以及抗性基因(sul、tet)检出率和组合数表现出:基质≥出水>进水,推测抗性菌被湿地基质截留,在基质生物膜上发生抗性基因的重组,并释放抗性菌,提高了出水中抗性水平和抗性基因检出率。

环境因素对不同工艺人工湿地反硝化功能基因丰度影响

反硝化细菌在人工湿地对N元素去除的过程中发挥着关键作用。为了解湿地类型、基质、植被和水力负荷及物理参数对人工湿地反硝化功能细菌丰度的影响,构建了9个不同工艺组合的人工湿地小试装置。利用实时荧光定量PCR技术检测湿地基质中反硝化功能基因nir S,nir K和nos Z的丰度。结果显示,湿地中nir S,nir K和nos Z丰度(以每ng总DNA中的拷贝数计)分别为4.88×103~2.13×105copies/ng,1.2×101~2.14×103copies/ng和1.98×103~2.09×105copies/ng,其中nir S显著高于nir K丰度,nir S丰度与湿地出水的p H显著正相关。分析湿地4种设计参数对反硝化功能基因丰度的影响程度,结果显示,对nir S丰度影响程度大小依次为湿地类型>植被类型>水力负荷>基质类型,水平潜流和上行垂直流人工湿地中nir S丰度显著高于下行垂直流人工湿地,无植物人工湿地nir S丰度显著高于有植物人工湿地;对nir K丰度影响程度大小依次为湿地类型>植被类型>基质类型>水力负荷,水平潜流人工湿地nir K丰度显著高于下行垂直流湿地;对nos Z丰度影响程度大小依次为湿地类型>水力负荷>植被类型>基质类型,但影响都不显著。

火山石生物滤床对微囊藻毒素的去除

微囊藻水华爆发导致大量微囊藻毒素释放至地表水环境中,严重威胁着饮用水供水安全。通过不同条件火山石自然曝气生物滤床(活性挂膜、灭活挂膜、未挂膜和无填料滤床)对不同形态、构型(MC-LR、MC-RR)的微囊藻毒素的去除实验,探讨其去除效率、途径和机理。结果表明,火山石自然曝气生物滤床对微囊藻毒素的去除是微生物降解和基质吸附共同作用的结果。胞外毒素和胞内毒素的总去除率分别为58%和91%。其中,胞外毒素主要通过微生物降解作用途径去除,占胞外毒素总去除率的(41±4.2)%,胞内毒素则主要通过基质吸附途径去除,占胞内毒素总去除率的(64±5.1)%。生物膜吸附、光降解等其他途径无明显作用。另外,不同构型的微囊藻毒素在火山石自然曝气生物滤床中均能有效去除,MC-LR和MC-RR的去除率分别为68%和54%。