城市水体表观污染颜色识别技术的优化研究

城市水体表观污染指数是评价和表征城市水体感官污染程度的重要指标。在基于吸收光谱和颜色识别技术的原有检测方法基础上,以苏州城区景观水体为例,通过实地采样与检测,对人工判别与颜色识别程序的判别结果进行了对比验证。根据验证结果分别从颜色判别模型、颜色识别程序参数的调整两个方面对颜色识别技术进行优化,最终验证吻合率均上升到90%以上,让识别更精准。同时验证使用手机照片进行颜色判别的吻合率,灰色水体吻合率达到100%,黄色水体吻合率达到96.7%,绿色水体吻合率达到100%,使识别更加便捷,为城市水体表观污染现场检测设备和线上检测系统的研发、使用与推广提供技术支持。

我国农村生活污水处理:技术策略路径

以绿色低碳为理念、因地制宜为原则,循环利用为目标,结合我国生态宜居美丽乡村建设和发展的要求,在全面深度分析我国农村污水处理(资源化利用)现状的基础上,根据农村的基本特点以及农村生活污水的特征,基于将农村沼气生产、农村厕所革命、垃圾分类以及污水资源农业利用等作为一个系统加以整体规划,提出了针对我国乡村生活污水处理以集群式分散性处理(CDWT)为主要模式、资源化充分利用为核心目标、规范化运行管理为长效机制的因地制宜“三位一体”的技术策略路径选择,并提出了可供选择的工艺技术路线。

反硝化厌氧甲烷氧化微生物的生态分布研究进展

反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)过程是以甲烷为唯一电子供体、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的生物化学过程,这一过程在碳氮元素生物地球化学循环和控制全球温室效应方面都起着非常重要的作用。综述了DAMO微生物在典型生态系统(如淡水湖泊、湿地、河流)和非典型生态系统(如海洋、盐湖)中的分布特征、群落结构、物种丰度及影响因素,探究了不同区域环境中DAMO微生物的多样性差异,对比讨论了DAMO微生物环境调研采用的主要检测方法。DAMO微生物在绝大部分生态环境中均有分布,且DAMO微生物在不同生境间的群落结构和物种丰度均存在一定差异,其中盐水环境与淡水环境中的DAMO微生物差异较大。水体中的总碳、TP/TN、氨氮含量也是影响DAMO微生物菌群分布的重要因素。然而,目前针对DAMO古菌的环境调研非常缺乏,还需要开展更多的研究工作。此外,更特异/有效的引物设计以及其他检测技术的发展将有利于进一步认识和理解环境中DAMO微生物的多样性及生态功能。

污水磷资源回收

自然界中磷近乎单向循环,而对磷矿资源的需求仍在逐年攀升,导致全球磷资源短缺压力不断加剧。污水中含有大量磷,直接排放水体不仅造成资源浪费,也将会导致水体富营养化。因此,进行污水磷回收兼具废物资源化与环境保护双重功能,这已受到国际社会的高度关注。传统污水处理在废水资源、能源利用技术及模式等存在明显不足,经济可持续的水处理技术才是今后污水处理发展的必经之路。通过对磷资源回用现状进行分析,提出污水处理磷回收工艺及发展的建议。

低基质CANON中短程硝化稳定性控制研究

为研究主流PN/A(短程硝化/厌氧氨氧化)工艺中短程硝化稳定运行控制策略,采用连续流CANON反应器,以人工模拟低氨氮[ρ(NH4+-N)为50 mg/L]无机废水为进水,考察了FA(free ammonia,游离氨)、DO等控制参数对低氨氮下连续流CANON反应器短程硝化的影响.结果表明,启动前期提高进水NLR(nitrogen volume loading,氮容积负荷)有利于维持CANON的稳定运行,控制NLR在1.01 kg/(m3·d),运行至32 d,ΔNO3--N/ΔNH4+-N(指NO3--N产生量与NH4+-N消耗量的比值)始终维持在(0.11±0.02).然而随着运行时间的延长,ρ(NO3--N)逐渐增长,ΔNO3--N/ΔNH4+-N从理论值升至0.49,短程硝化受到严重破坏.过程中控制ρ(FA)在2 mg/L以上,NOB(亚硝酸盐氧化菌)受到明显抑制,但抑制周期短暂,并且随着ρ(FA)的降低,ρ(NO3--N)快速升高,FA抑制失效.限制氧供给,控制ρ(DO)<0.3 mg/L,ΔNO3--N/ΔNH4+-N降至0.16,但NOB并未被完全抑制,ρ(NO3--N)仍呈上升趋势.微生物活性测定结果表明,运行中功能菌活性均得到增强,并且发现VAOB>VAn AOB>VNOB,在限氧条件下[ρ(DO)<0.3mg/L]运行,NOB虽受抑制但仍维持较高活性.研究显示,在低氨氮条件下,采用FA以及限氧的方式对NOB抑制作用有限,对NOB控制条件的选择需结合反应器内微生物种群结构、生长特性进行进一步研究.

城市水体表观污染线上检测系统的构建

在吸收光谱法表征城市水体表观污染指数评价方法的基础上,通过构建照片拍摄约束条件、水体颜色识别和提取、水体颜色判别、集成计算和网络部署,完整的实现了线上的、客观的、以定量形式的城市水体表观污染程度表征。通过实际采样,考察了方法与公众判别的吻合程度,验证了该系统的可行性。通过该系统,可以在与主观判别基本一致的前提下,进一步提升了评价的细分程度,为环境管理部门、城市水环境工作人员方便快捷的评价城市水体表观污染程度和水体修复工程效果,对水体表观质量预警、水生态修复提供了较好的评价支撑。

n-damo细菌在不同生态环境中的遗传多样性和潜在功能研究

反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)是自然环境中减少甲烷排放的关键过程。近年来研究发现,亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化(n-damo)细菌在湖泊、河流、稻田和生物反应器等环境中表现出不同的分布特征和群落格局。然而,以往的环境调研主要集中在单一生态环境或样本类型,使得n-damo细菌在全球生态格局中的总体作用和分布特征仍然存在一定的未知。此外,在描述不同生态环境中n-damo细菌多样性时,16S rRNA和pmoA基因之间的具体区别或偏好性尚不清楚。因此,为了填补这一研究空白,基于n-damo细菌的两个关键基因,即16S rRNA和pmo A,通过生物信息学分析来评估不同生态系统中n-damo细菌的多样性特征。研究发现,16Sr RNA和pmoA基因所揭示的n-damo细菌遗传多样性和潜在功能存在差异。保守性更高的16S r RNA基因在湿地环境中多样性最高,而在人工富集环境中多样性最低。pmo A基因则在淡水环境中表现出最高的多样性,但也同样在人工富集环境中表现出最低的多样性。热图和韦恩图显示,淡水环境和湿地环境中n-damo细菌的相似性最高,但人工富集和咸水环境下的n-damo细菌与其他环境差异显著。此外,系统发育分析显示,16S rRNA与pmoA基因具有不同的同源模式,16S r RNA因其保守性而具有较高的同源性,而pmo A基因则表现出更多的簇族分化。这些结果为了解DAMO微生物对不同生态系统中甲烷减排和碳氮生物地球化学循环的贡献提供了重要见解。此外,未来n-damo细菌的环境调研工作应同时分析16S rRNA和pmo A基因,从而对n-damo细菌的分布和功能进行更加科学地综合评价。

污泥转移SBR工艺中胞外聚合物的强化除磷机制

以污泥转移SBR工艺为对象,采用人工模拟城市污水研究了非平衡条件下活性污泥中胞外聚合物(EPS)除磷效能及机制。研究表明,污泥转移显著强化了SBR中活性污泥的蓄磷能力,好氧末端污泥中TP含量达到37.71mg/(g MLSS),EPS好氧吸磷量占比高达98.31%,其厌氧比释磷速率高达28.88 mg/(g·h),而活性污泥在经历厌氧/好氧过程中胞内的聚磷(Poly-P)变化不显著。证明了活性污泥通过高/低基质负荷下的厌氧/好氧交替,实现以EPS为载体对磷酸盐的快速吸收与释放。该技术可成为未来城市污水中磷资源回收的可选生物技术手段之一。

铁强化厌氧氨氧化脱氮机理研究进展

如何强化厌氧氨氧化细菌生长代谢,提高厌氧氨氧化工艺脱氮效能以及保障工艺长期稳定运行是有关厌氧氨氧化研究的热点之一.铁强化厌氧氨氧化是当前研究最为广泛且最具经济性和实用性的一种措施.本文简述了铁强化厌氧氨氧化技术及其强化脱氮效能;重点从优化厌氧氨氧菌的生长环境、促进胞外聚合物分泌、加速脱氮功能菌群富集、诱导细胞结构演变、调控关键酶和功能基因表达、促进信号分子合成以及强化非生物脱氮反应等方面总结了铁强化厌氧氨氧化菌生长代谢和厌氧氨氧化系统脱氮效能的机理.最后对铁强化厌氧氨氧化技术进行总结展望,并提出废铁屑强化厌氧氨氧化技术的构想.

苏州市景观水体表观污染类型识别及特征指标筛选

为解决表观污染成因的问题,以苏州市区河网为主要研究对象,采集796个数据样本,对景观水体的表观污染类型进行划分界定,并通过对数据样本的统计分析,探究水体表观污染类型和水质指标之间的关系。结果表明:氧化还原电位、溶解氧、叶绿素a、高锰酸盐指数和浊度对不同污染类型的水体具有很好的区分度,可作为主要特征指标;景观水体可分为有机主导型、无机主导型、营养主导型和混合型4种表观污染类型;不同表观污染水体判别的优先次序为有机主导型、无机主导型、营养主导型、混合型。

生物炭老化及其对重金属吸附影响研究进展

生物炭是一种理想的可有效固定重金属的材料,应用于环境后会不可避免地受到各种老化作用,从而影响其对重金属的去除能力和修复稳定性。该文梳理了常见的生物炭老化方法,并对老化过程中生物炭理化性质的变化进行了归纳总结,对比分析了老化作用对生物炭吸附重金属的性能及作用机制的影响。生物炭老化主要包括物理老化、化学老化和生物老化;老化过程对生物炭元素组成、比表面积、孔隙大小、表面官能团、离子交换容量、芳香性和亲水性等理化性质会产生不同程度影响。生物炭吸附重金属的主要机制包括静电作用、离子交换、沉淀作用、络合作用、阳离子–π和氧化还原作用等,这些作用机制受到老化生物炭理化性质变化的影响。老化过程中含氧官能团的增加促进了生物炭对重金属的吸附,生物炭中的矿物成分和阳离子交换容量的减少又会导致生物炭对重金属的去除能力降低。生物炭原材料、老化条件和重金属种类等会影响老化生物炭对重金属的吸附。对于生物炭老化及对重金属的吸附影响研究,未来可从比较不同原料生物炭老化后理化性质差异、多种老化方法共同作用、老化生物炭对多种重金属吸附性能、吸附重金属后生物炭的老化对重金属吸附稳定性影响等方面展开进一步研究,为生物炭在重金属污染环境修复中的应用提供借鉴。

城市污水厌氧氨氧化脱氮面临的挑战与应对策略

基于厌氧氨氧化(Anammox)的高效自养脱氮技术用于城市污水处理为污水处理厂的能量自给运行提供了可能。首先,简述了污水Anammox自养脱氮的反应过程和技术优势,然后重点从亚硝酸盐氧化细菌(NOB)抑制、厌氧氨氧化细菌(AnAOB)富集截留以及AnAOB与好氧氨氧化细菌(AOB)等之间平衡调控3个方面总结分析了Anammox自养脱氮技术用于城市污水处理面临的挑战及其应对策略。最后展望了城市污水Anammox自养脱氮技术的未来研究方向。

氨氮浓度对生物膜磷富集效果的影响

在厌氧/好氧运行的聚磷生物膜反应器中,考察模拟污水中氨氮浓度对生物膜磷富集效果以及吸、释磷速率的影响.结果表明:当模拟污水中的氨氮浓度由15mg-N/L提高至30mg-N/L,生物膜中聚磷菌(PAOs)的吸磷速率略微下降,但由于反硝化聚磷菌(DPAOs)的吸磷速率加快,生物膜系统整体的吸、释磷速率有所提高,分别达到11.25和12.02mg-P/(L·h);富集液浓度达到52mg-P/L;继续提高氨氮浓度为40mg-N/L时PAOs的磷代谢活性几乎被完全抑制,此时生物膜内的吸、释磷速率主要依靠DPAOs,生物膜系统的吸、释磷速率有所下降,分别为8.65和8.81mg-P/(L·h),富集液浓度仅为40mg-P/L.化学计量学分析显示:当氨氮浓度由15mg-N/L升高至40mg-N/L时,生物膜系统P_(rel)/HAc_(upt)(吸收单位量的碳源所释放的磷)呈现先升后降的变化规律,平均值分别为0.06,0.11和0.07P-mmol/C-mmol,这表明聚磷生物膜释磷过程对碳源的利用效率也受到氨氮浓度变化的影响.通过降低厌氧阶段进入反应器的模拟污水与富集液体积比(由3:1~1.5:1),可以有效改善高浓度氨氮(40mg-N/L)对生物膜的不利影响,生物膜系统的吸、释磷速率分别提升至16.25和15.60mg-P/(L·h),富集液浓度稳定在70mg-P/L,同时P_(rel)/HAc_(upt)提高至0.29P-mmol/C-mmol,磷富集效果得到显著强化.本研究的结果表明,采用生物膜法对模拟城市污水中的磷进行富集,其富集效果不会受污水中氨氮(浓度通常不超过40mg/L)的影响,且系统总氮去除率可达到95%,该技术具有实现同步富集磷与去除氮的潜力.

一种绿色高效获得蓝藻活细胞数的方法探究

绿色高效计数蓝藻活细胞是预警蓝藻水华发生的重要手段,目前我国尚未颁布蓝藻活细胞计数的国家标准。本研究使用浮游植物荧光仪测定活性蓝藻叶绿素a浓度;超声(2.5~3.5 min、45 kHz、200 W)裂解蓝藻气囊后染色镜检计数蓝藻活细胞数;建立叶绿素a浓度与活细胞数的标准曲线;测定未知藻液活细胞的叶绿素a浓度,带入标准曲线获得未知藻液的活细胞数。该方法建立的标准曲线R2为99.73%,符合标准曲线的线性要求;只需使用浮游植物荧光仪测定活性蓝藻的叶绿素a浓度即可获得蓝藻活细胞数,无需使用一类致癌物甲醛进行藻液的固定,该方法绿色、高效,可为蓝藻水华快速预警提供新的监测方法。

基于仿射不变算子的无人机多光谱影像匹配算法

针对传统的无人机多光谱影像匹配算法存在匹配精度不高、匹配准确度不高、整体效果不佳等问题,提出了一种基于仿射不变算子的无人机多光谱影像匹配算法。首先,通过直方图均衡方法对无人机多光谱影像进行增强处理并通过仿射不变算子提取无人机多光谱影像的仿射不变区域;其次,通过多尺度乘积LoG方法完成无人机多光谱影像角点检测及特征点提取;最后,使用形状描述算子描述影像特征点,并利用高斯加权距离算法完成最终的影像匹配。实验结果表明,本文方法的无人机多光谱影像匹配精确度更高、误差更小、整体效果更佳。

反硝化-短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能

本研究在一体式分区反应器中接种成熟的厌氧氨氧化污泥和亚硝化污泥,通过与反硝化反应器串联,研究了前置反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联工艺处理晚期垃圾渗滤液的脱氮除碳性能.结果表明,未串联反硝化之前,短程硝化-厌氧氨氧化反应器在进水氨氮浓度为600 mg·L^(-1),COD浓度<483 mg·L^(-1)时,总氮去除速率(NRR)可达1.88 kg·(m3·d)-1,总氮去除率(NRE)可达90.3%;而在进水COD浓度>483 mg·L^(-1),即C/N>0.8时,短程硝化-厌氧氨氧化反应器的NRR下降至1.50 kg·(m3·d)-1.通过前置反硝化反应器可以迅速缓解有机物对厌氧氨氧化的不利影响;反硝化与短程硝化-厌氧氨氧化串联反应器在进水NH+4-N浓度为1 100 mg·L^(-1),COD浓度1 150 mg·L^(-1)时,仍可稳定高效运行,整体NRR可达1.37kg·(m3·d)-1,厌氧区NRRana高达15.6 kg·(m3·d)-1,平均NRE可达98.6%,在仅利用原水中有机碳源的情况下实现了垃圾渗滤液的高效深度脱氮.此工艺晚期处理垃圾渗滤液可去除大部分易生物降解有机物.

不同溶解氧浓度下硝化工艺中微生物种群结构对比

运用高通量测序技术分析了不同溶解氧(DO)浓度下硝化工艺微生物种群结构.结果表明,低氧硝化反应器(RL,DO浓度为0. 2~0. 3 mg·L^-1 )比高氧硝化反应器[RH,DO=(2. 0±0. 1) mg·L^-1 ]具有更高的种群多样性,而RH中微生物种群功能组织性更高.尽管RH和RL共有物种信息达85%以上,但DO浓度的不同造成了单个物种在相对丰度上的显著差异.Proteobacteria门(80. 7%)在RH中被高度富集,其中Nitrosomonas菌属相对丰度达到65. 1%;而在RL中则以Proteobacteria(43. 8%)、Firmicutes (20. 0%)以及Bacteroidetes (15. 1%)为共同主导者,同时RL中含有大量Lactococcus、Anaerolineaceae以及Rhodocyclaceae等可在厌氧或缺氧条件下进行水解发酵作用的菌属. Nitrosomonas oligotropha和Nitrosomonas europaea分别为RH和RL中优势氨氧化细菌,而亚硝酸盐氧化细菌均以Nitrospira defluvii为主导.反应器中NH4+-N和NO2--N浓度(而非DO浓度)是上述硝化菌群被选择性富集的关键因素.

ANAMMOX培养物中硫酸盐型氨氧化生物转化机制

厌氧条件下,ANAMMOX培养物中发生的硫酸盐型氨氧化(SRAO)现象被认为是由ANAMMOX细菌(AnAOB)介导的自养生物转化过程.在这个过程中,作为电子供体的氨被电子受体硫酸盐氧化.在某一些自然环境中观察到的氨与硫酸盐转化现象也被认为是由于上述生物转化作用而导致的.然而,在不同研究中,关于氨与硫酸盐的转化摩尔比(N/S)、硫酸盐还原的中间产物和最终产物的认定均有存在较大差异.因此,氨和硫酸盐在ANAMMOX培养物中的转化机制仍不明确.为探明ANAMMOX污泥中SRAO现象背后的基质转化途径,在不同厌氧状态(微氧:-100 mV<ORP<0 mV,0.5 mg·L^(-1)<DO<1 mg·L^(-1);缺氧:-300 mV<ORP<-100 mV,0.2 mg·L^(-1)<DO<0.5 mg·L^(-1);厌氧:ORP<-300 mV,DO<0.2 mg·L^(-1))以及不同污泥组成(ANAMMOX污泥和混合污泥)的条件下开展连续流实验和批次实验.结果表明,SRAO现象只能在缺氧条件且存在异养硫酸盐还原细菌(SRB)的混合污泥中发生;在ANAMMOX污泥中无论处于哪种厌氧状态,均不会发生SRAO现象.微生物群落变化与功能基因表达分析表明,ANAMMOX污泥和混合污泥中均存在以Nitrosomonas和Nitrosospira为主的携带amoA基因的氨氧化细菌(AOB),可将氨氧化生成亚硝酸盐,为AnAOB代谢提供底物.Desulfomicrobium、Desulfovibrio以及Desulfonatronum等携带apsA基因的SRB只存在于混合污泥中,它们利用微生物衰亡释放的有机物将硫酸盐还原.AnAOB并不能以硫酸盐为电子受体氧化氨维持代谢.因此,在ANAMMOX污泥中观察到的SRAO现象(即氨与硫酸盐的同步转化)实际上是氨氧化、ANAMMOX和异养硫酸盐还原这3个过程联合的结果,上述生物转化过程分别由AOB、AnAOB和SRB完成.

基于细胞色素c的胞外电子传递过程

电活性微生物具有独特的胞外电子传递功能,在地球化学循环和环境污染修复中起着重要作用。细胞色素c在电活性微生物胞外电子传递过程中扮演了重要角色,不仅参与直接电子传递途径,还参与电子媒介介导的间接电子传递。其电子传递功能不仅对地球环境中铁、锰、碳等元素的循环具有重要作用,还应用于能源生产、废水处理、生物修复等众多领域,具有良好的应用潜力。本文以电活性微生物的2个模式菌属(希瓦氏菌属和地杆菌属)为例,综述了电活性微生物将电子由胞内转移至胞外的方式和途径,详细阐述了细胞色素c在该胞外电子传递过程中的重要作用,总结了细胞色素c介导的胞外电子传递过程所涉及的分析方法,并对微生物胞外电子传递未来的研究方向提出了展望。

改良型UNITANK工艺冬季运行特性及微生物群落分析

针对苏州某城市污水处理厂改良型UNITANK工艺冬季出水水质波动大的问题,采用模型分析了改良型UNITANK工艺的周期性运行特征,通过Illumina MiSeq高通量测序对改良型UNITANK工艺冬季活性污泥的微生物种群结构进行了分析。结果表明,冬季改良型UNITANK工艺缺氧池反硝化充分,边池的均匀曝气导致边池前端和中段硝化不充分,周期性出水氨氮、溶解性磷酸盐的质量浓度逐渐升高。微生物种群结构分析结果表明:冬季微生物多样性较高,独特的工艺运行方式会对生物多样性产生影响;Saprospiraceae、Nitrosomonas、Nitrospira作为冬季活性污泥中的优势菌属,保证了改良型UNITANK工艺内生物脱氮除磷功能的发挥。