基于响应曲面法的垂直流人工湿地脱氮工艺优化

以新型间歇增氧垂直流人工湿地系统为研究对象,采用中心复合设计响应曲面法优化垂直流人工湿地脱氮处理过程中曝气工艺参数并预测其脱氮效能。以曝气量、曝停比、曝停周期为间歇曝气影响因素,分别以人工湿地氨氮去除率和总氮去除率为响应值建立垂直流人工湿地氨氮去除率和总氮去除率的二次回归模型,通过假设检验(F-test),模型均非常显著且具有较好的相关性。间歇增氧垂直流人工湿地脱氮处理中曝气量、曝停比为对氨氮去除影响极显著的曝气参数,通过影响因子主次分析,曝气量、曝停比、曝停周期对氨氮去除率的影响顺序是:曝停比>曝气量>曝停周期;曝停周期为对总氮去除具有极显著影响的曝气参数,通过影响因子主次分析,曝气量、曝停比、曝停周期对TN去除率的影响顺序是:曝停周期>曝气量>曝停比。模型预测氨氮与总氮去除率的最佳曝气参数分别为:曝气量2 m3/h、曝停比0.25、曝停周期12 h、曝气量2 m3/h、曝停比0.25、曝停周期6 h;氨氮、总氮去除率预测值分别为98.4%、83.2%,预测值与实测值吻合。响应曲面法用于优化曝气参数对人工湿地脱氮效能影响具有可行性,可实现间歇增氧人工湿地脱氮效能的准确预测。     

海水人工湿地系统脱氮效果与基质酶活性的相关性

利用海水人工湿地系统处理海水养殖外排水,分析了人工湿地对不同形态氮的净化效果,探讨了人工湿地表层基质酶活性变化及其对系统脱氮效果的影响。选取互花米草作为人工湿地植物,煤渣、珊瑚石和细砂作为人工湿地基质,实验期间连续进水,系统运行稳定。研究结果表明:海水人工湿地系统对氨氮(NH4-N)、亚硝态氮(NO2-N)、硝态氮(NO3-N)、总氮(TN)和可溶性有机氮(DON)去除效果显著,去除率分别为(99.6±0.7)%、(99.9±0.0)%、(98.2±2.0)%、(92.6±1.5)%和(86.1±4.8)%。人工湿地表层基质下行池脱氢酶、硝酸还原酶和脲酶的酶活性均高于上行池,下行池对污染物的去除效果更好。脱氢酶活性与海水人工湿地系统氨氮的去除有关;硝酸还原酶活性影响着海水人工湿地硝态氮的去除;脲酶活性与人工湿地总氮和硝态氮的去除存在明显相关趋势。下行池硝酸还原酶和脲酶的酶活性间具有显著相关性(r=0.76, P0.05)。人工湿地微生物种类丰富,下行池微生物多样性高于上行池,植物根部微生物多样性最高,提高了系统脱氮的效率。上述研究结果将有助于阐明海水人工湿地系统中不同形态氮的迁移转化机理。     

水位对复合基质垂直流人工湿地净化效果的影响

为了研究水位变化对垂直流人工湿地净化效果的影响,2个填充复合基质的湿地同步运行。湿地上层均为厚35cm、粒径5~10mm的炉渣;中层为厚度35cm的砾石,粒径分别为10~20(湿地1)和5~10mm(湿地2);底层均铺设厚15cm、粒径50~100mm的粗砾石作为支撑层;湿地表面种植黄花鸢尾。研究期间2个湿地均为连续进水,设置6个运行水位:85、66、51、36、19和2cm。结果表明,2个湿地系统对COD、NH_4~+-N、TN和TP的去除率分别为:50.5%~81.1%、34.1%~84.6%、29.1%~75.7%和49.1%~84.6%。统计分析表明,水位对污水中有机物及氮的去除有显著影响(P0.05),36cm水位时TN去除率最高,湿地1和湿地2分别达到68.8%和75.7%;85cm水位时NO_3~--N去除率最高,湿地1和湿地2分别为95.5%和96.6%;2cm水位时COD和NH_4~+-N的去除率最高,湿地1分别为75.9%和81.1%,湿地2分别达到79.4%和84.6%。以上结果表明,通过改变垂直流人工湿地的水位可以有效地改变污染物的去除效果。湿地2对磷的净化效果显著高于湿地1(P0.05)。     

二价钴离子对序批式反应器性能、微生物活性及其微生物群落的影响

本文考察了二价钴离子(Co(II))浓度变化对序批式反应器(SBR)性能、脱氮速率、微生物酶活性和微生物群落的影响。结果表明,进水中Co(II)浓度在0～10 mg/L时,COD和NH~+_4-N去除率分别为(92.21±1.31)%和(98.40±0.66)%。在进水Co(II)浓度为20 mg/L时,COD和NH~+_4-N去除率分别降至(81.78±0.52)%和(80.30±1.08)%。与进水未添加Co(II)时相比,活性污泥比耗氧速率、脱氮速率、脱氢酶活性和与脱氮相关的微生物酶活性在进水Co(II)浓度小于5 mg/L时略微升高,而在进水Co(II)浓度为10和20 mg/L时则明显降低。活性污泥活性氧产生量和乳酸脱氢酶释放量随进水Co(II)浓度升高而逐渐增加,表明Co(II)的存在能造成细胞氧化应激和细胞膜损伤。随着进水Co(II)浓度从0 mg/L升至20 mg/L,活性污泥微生物群落丰富度和多样性逐渐降低,且活性污泥中硝化菌属(Nitrosomonas、Nitrospira)和反硝化菌属(Luteimonas、Flavobacterium、Comamonas、Thauera和Zoogloea)的相对丰度发生改变,从而影响SBR脱氮性能。     

凡纳滨对虾养殖池塘高效脱氮芽孢杆菌的分离筛选及特性研究

本研究通对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖池塘的底泥进行富集筛选,以菌株对人工海水培养基中的NH~+_4-N和NO~-_2-N的去除能力为依据,共筛选得到4株具有高效NH~+_4-N或NO~-_2-N去除能力的芽孢杆菌,分别命名为MP2、MP6、MP15和MP21。根据菌株的形态特征、生理生化特性以及16S rDNA序列和特异性序列比对分析,菌株MP2、MP6和MP15被初步鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumlius)和地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。进一步研究了不同菌株在人工海水培养基中的生长和脱氮特性,研究发现,4株菌均可同时去除人工海水培养基中的NH~+_4-N和NO~-_2-N,但不同菌株的脱氮特性有所差异,其中菌株MP2和MP15对人工海水培养基中的NO~-_2-N的去除能力优于对NH~+_4-N的去除能力,最高去除率分别为95.00%和100.00%,与此同时,2株菌株可分别同时去除人工海水培养基中约69.59%和54.97%的NH~+_4-N;而菌株MP6则表现出高效的NH~+_4-N去除特性,去除率高达100.00%,显著优于其对NO~-_2-N的去除率(约53.71%);菌株MP21虽能够同时去除NH~+_4-N和NO~-_2-N,但去除效果显著低于上述3株菌株,其对NH~+_4-N和NO~-_2-N的最大去除率分别为56.60%和34.80%。因此,综合菌株对NH~+_4-N和NO~-_2-N的去除效果,选取菌株MP2、MP6和MP15进行不同比例的配伍。对配伍后复配菌的脱氮特性研究表明,不同菌株经配伍后,通过菌株间功能互补,不仅可以高效的去除人工海水培养基中的NH~+_4-N和NO~-_2-N,且去除效果更加稳定和持续。本研究结果初步表明,菌株MP2、MP6和MP15不仅具有同时高效去除水体中的NH~+_4-N和NO~-_2-N的特性,且不同菌株通过一定比例配伍可更好的发挥脱氮特性,在水产养殖水环境调控和微生态制剂开发中具有潜在的应用价值。     

超高盐度对耐盐活性污泥脱氮、微生物活性和群落结构的影响

采用能耐受3%盐度的活性污泥处理高盐度废水,探究了盐度升至4%～7%对污染物去除的影响,考察了微生物活性和群落结构随盐度升高的变化。结果表明,盐度提升到4%、5%和6%对COD、NH~+_4-N和总无机氮(TIN)去除几乎没有影响,而7%盐度时三者的去除率均明显下降;盐度提高到4%对污泥的氨氧化活性和亚硝酸盐氧化活性有刺激作用,使两者提高,而盐度提高到5%、6%和7%时氨氧化活性受到明显抑制,亚硝酸盐氧化活性在6%和7%盐度条件下明显降低;盐度提升使硝酸盐和亚硝酸盐还原活性均受到明显抑制;耗氧速率测试结果表明,盐度提升对自养硝化菌的负面影响较异养好氧菌更大。微生物群落结构随盐度升高发生了明显变化,微生物群落丰富度和多样性均在6%盐度时最大,3%盐度时Roseovarius为优势菌属,而盐度提高至4%～7%时Azoarcus成为优势菌属。氨氧化菌(AOB)只在3%、4%和6%盐度下被检出,亚硝酸盐氧化菌(NOB)在所有盐度下均未检出,短程硝化反硝化(PND)为主要脱氮途径;自养反硝化菌、好氧反硝化菌和厌氧氨氧化菌的存在说明脱氮途径不局限于传统的自养硝化-异养反硝化。盐度驯化提高了活性污泥的抗盐能力,使生物法处理超高盐废水成为可能。     

一株异养硝化-好氧反硝化地衣芽孢杆菌的脱氮特性及机制研究

分离自对虾养殖池塘的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)MP15具有高效的异养硝化-好氧反硝化性能。为了进一步研究菌株MP15的脱氮特性和脱氮机制,本研究采用氮同位素标记法,对其在氮基础降解液中的脱氮特性和机制进行了深入的研究。研究结果显示:在初始无机氮浓度为42 mg/L的氮基础降解液中,其对NH~+_4-N、NO~-_2-N和NO~-_3-N的最大去除速率分别为1.03 mg NH~+_4-N/(L·h)、1.74 mg NO~-_2-N/(L·h)和1.02 mg NO~-_3-N/(L·h)。氮代谢过程中羟胺氧化还原酶、亚硝酸盐还原酶和硝酸盐还原酶的酶比活力分别为0.540 6、0.157 8和0.160 9 U/mg。对菌株MP15脱氮过程中的~(15)N同位素示踪结果显示,以NH~+_4-N作为唯一氮源时,仅产生~(15)N_2O;当菌株MP15分别以NO~-_2-N和NO~-_3-N作为唯一氮源时,可同时检测到~(15)N_2O和~(15)N_2。综合上述结果,菌株MP15对无机氮的去除主要包括:同化作用、硝化作用和反硝化作用。其中对NH~+_4-N的硝化途径为:NH~+_4-N→NH_2OH→N_2O;对NO~-_2-N的硝化-反硝化途径为:NO~-_3-N←NO~-_2-N→N_2O/N_2;其对NO~-_3-N的反硝化途径为:NO~-_3-N→NO~-_2-N→N_2O/N_2。     

不同水位垂直流人工湿地中植物及微生物特征

利用4个连续进水的垂直流人工湿地,比较分析水位对污染物去除效果的影响,研究湿地中植物对氮磷去除的贡献,阐析湿地中脱氮功能菌数量的演变规律。3个湿地栽种黄花鸢尾,水位分别控制在19、51和84cm,另一个湿地不栽种植物,水位为51cm。结果表明,水位对氮和有机物的去除有显著影响(p0.05),栽种植物的湿地中,51cm水位时总氮去除率(67.4%～79.2%)最高,19cm水位时氨氮(85.3%～93.0%)和COD(81.8%～92.9%)去除效果最好。试验中黄花鸢尾均生长良好,植物吸收对总氮(Total nitrogen,简称TN)和总磷(Total phosphorus,简称TP)去除的贡献分别为19.2%～27.3%和14.7%～19.2%;植物地上部分发挥更重要作用,其TN和TP含量及对TN和TP的吸收量均高于地下部分。湿地表层基质中3种脱氮功能菌数量均随运行时间的增加而显著提高,亚硝化细菌和硝化细菌数量分别为10~4～10~6和10~5～10~7 MPN/g,随水位升高而减少;反硝化细菌数量为10~3～10~6 MPN/g,随水位升高而增加。     

人工湿地在水污染处理方面的机理研究

湿地特殊的生态环境和水化学循环能力对污水有着很好的净化作用,基于此,越来越多的国家和地区开始构建人工湿地,以处理水污染.从自由表面流、垂直潜流、自由漂浮的大型植物3种不同类型的人工湿地角度介绍了其对水中污染物的去除机理,特别阐述了人工湿地系统对氮、磷污染物的去除过程.     

纳米ZnO对1株异养硝化-好氧反硝化菌Halomonas sp. KGL1的生物胁迫效应研究

本文通过纳米ZnO(ZnO-NPs)对具有高效脱氮能力的异养硝化-好氧反硝化菌Halomonas sp. KGL1的短期暴露实验,探讨在不同作用浓度下(0,1,10,50 mg·L~(-1)) ZnO-NPs对菌株的生物胁迫效应。结果表明,ZnO-NPs破坏菌株Halomonas sp. KGL1的细胞膜完整性并改变其粘滞性,使菌株形态结构改变,菌体发生团聚;同时诱导该菌株细胞产生活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS),对菌株细胞产生氧化胁迫,进一步损伤菌株细胞,抑制菌株的生长和脱氮能力,且ZnO-NPs浓度越高,该菌株受胁迫程度越强。不同浓度的ZnO-NPs对菌株Halomonas sp. KGL1的NH~+_4-N去除率无显著影响,而其NO~-_3-N、NO~-_2-N的去除效率显著降低。研究结果可为提高海水养殖废水等高盐含氮废水中脱氮菌株的抗ZnO-NPs胁迫能力的理论研究和实际应用提供科学依据。     

碳氮比对移动床生物膜反应器处理海水养殖废水性能的影响

本文研究碳氮(C/N)比变化对移动床生物膜反应器(MBBR)处理海水养殖废水性能的影响。结果表明,当C/N比从7∶1降至3∶1,出水COD浓度无明显变化,平均去除率保持在90%以上。C/N比的变化对脱氮过程有较大影响,当C/N比从7∶1降低至3∶1,NH⁺₄-N去除率由89.51%±1.24%增至92.70%±1.08%,NO^-₂-N浓度由(4.84±0.50)mg/L降至0 mg/L,NO^-₃-N浓度由(0.47±0.29)mg/L升至(8.12±0.25)mg/L。C/N比的降低提高了比氨氧化速率、比亚硝酸盐氧化速率和与硝化相关的微生物酶活性,但降低了比耗氧速率、比硝酸盐还原速率、比亚硝酸盐还原速率、脱氢酶活性和与反硝化相关的微生物酶活性。松散型胞外聚合物和紧密型胞外聚合物的多糖含量随C/N比的降低而降低,说明在低COD条件下,多糖能够被微生物利用。微生物群落的丰富度和多样性随C/N比的降低而降低,硝化菌属(Nitrosomonas和Nitrospira)和反硝化菌属(Azoarcus、Comamonas、Hyphomicrobium、Paracoccus、Thauera、Devosia、Pseudomonas和Rhodanobacter)的相对丰度发生改变,从而影响MBBR脱氮性能。     

象山港大黄鱼Pseudosciaena crocea网箱养殖区沉积物-水界面营养盐通量研究

2013年5月、8月和11月调查了象山港大黄鱼网箱养殖区及附近沉积物中总有机氮(TON)、总有机碳(TOC)和总磷(TP)含量,并采用实验室模拟法研究了底泥耗氧率(SOCs)和沉积物-水界面营养盐(NH⁺₄、NO^-₂+NO^-₃和PO^3-₄)通量。结果表明:养殖区(YZ)沉积物中的TON和TP含量显著高于距离养殖区50 m(F1)和100 m(F2)的区域(P<0.05)。底泥释放NH⁺₄到上覆水中,但是从上覆水中吸收NO^-₂+NO^-₃和PO^3-₄。沉积物-水界面营养盐通量表现出明显的季节性变化,在8月,NH⁺₄及PO^3-₄的释放量达到最大值。上覆水中NH⁺₄、NO^-₂+NO^-₃和PO^3-₄的质量浓度随着沉积物-水界面营养盐通量的变化而变化。研究表明,象山港大黄鱼养殖活动对养殖区底泥造成了一定污染,且通过影响沉积物-水界面营养盐通量影响上覆水中营养盐分布,最终给整个养殖系统造成生态负担。     

PCR-DGGE解析阴离子交换膜生物反应器反硝化过程中微生物群落结构变化

通过扫描电镜和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法考察了进水NO3-浓度变化对阴离子交换膜生物反应器微生物种群结构的影响。研究结果表明,在进水NO3-浓度从47.01 mg/L逐渐增加到168.55 mg/L的过程中,出水中NO3--N浓度满足我国饮用水水质标准中小于10 mg/L的要求。电镜扫描图显示微生物的形态结构发生了很大变化。对不同阶段的样品进行PCR-DGGE图谱和相似系数分析,发现随着反应的持续进行,微生物种群结构发生了演替变化,证实污泥微生物生态能够迅速进行优胜劣汰的筛选,调整内部微生物种群结构,从而达到适应环境的目的。     

深圳湾浮游细菌生物量的时空动态及影响因素

自2015年5月至2016年3月在深圳湾布设了3个站位,对该海域进行了每季至少1次共7个航次的浮游细菌生物量调查。结果表明:(1)深圳湾浮游细菌生物量季节均值的变化范围为(4.90~86.90)×10^-2μg·mL^-1,总均值为3.14×10^-1μg·mL^-1;(2)深圳湾浮游细菌生物量的季节变化模式为:冬季(5.98×10^-1μg·mL^-1)>秋季(3.02×10^-1μg·mL^-1)>夏季(2.79×10^-1μg·mL^-1)>春季(7.52×10^-2μg·mL^-1);(3)从空间分布来看,浮游细菌生物量湾中含量最高,湾口其次,湾顶最低;(4)深圳湾浮游细菌生物量与亚硝氮含量呈极显著的正相关(P<0.01),与氨氮含量呈显著正相关(P<0.05);(5)深圳湾水体中浮游细菌丰度季节均值变化范围为(2.45~43.50)×10⁶个·mL^-1,年均值达1.57×10⁷个·mL^-1;(6)从整体的细菌丰度及生物量来看,深圳湾海域呈现富营养化状态,湾中最严重,湾口次之,湾顶最轻。     

海水抽水蓄能电站运行中的有机污染物排放对周边海域的环境影响

为保障海水抽水蓄能电站运行的环境友好和生态安全,文章以大万山岛为例,在海水水质监测分析的基础上,模拟拟建海水抽水蓄能电站运行中的化学需氧量（COD）排放对周边海域的环境影响。研究结果表明：大万山岛周边海域水质较好,COD浓度在0.2 mg/L以下;当海水抽水蓄能电站的COD排放浓度不超过50 mg/L时,周边海域的COD最高浓度为2.29 mg/L,满足海水水质要求,但当COD排放浓度超过100 mg/L时即存在超标风险;受水温和潮流的影响,海水抽水蓄能电站周边海域COD的浓度、扩散方向、聚集位置和影响面积随季节变化而变化;海水抽水蓄能电站排水口周边海域的COD最高浓度随排水量增大而提高,COD最高浓度海域与排水口的距离约为1.6 km。研究结果可为控制海水抽水蓄能电站的COD排放对周边海域的环境影响提供科学参考。     

钦州湾海域COD 时空分布及对富营养化贡献分析

根据2010年4月(春季)和9月(秋季)钦州湾海域现场调查资料,对表层海水中化学需氧量(COD)的时空分布特征进行研究,评价其污染水平,分析COD对该海域富营养化的贡献,并探讨了COD的主要来源及与环境因子之间的关系。研究结果表明,钦州湾海域表层COD的平均浓度为(1.21±0.55)mg/L,浓度范围为0.57~2.38 mg/L,水平分布呈现由湾内向湾外逐渐递减的趋势;秋季研究海域COD污染水平高于春季;COD对富营养化的贡献范围为42.1%~64.7%,平均贡献为(50.3±6.7)%,贡献随着富营养化指数的增加而减小;COD与盐度、pH存在显著负相关,而与DIN、SiO-23Si存在显著正相关。COD时空分布主要受陆地径流、陆源输入和水动力过程的影响,COD是影响钦州湾海域富营养化的重要因素,但并非决定性因子,富营养化程度加重时来自营养盐的贡献表现更为突出。     

东太湖水环境质量调查及保护对策

根据１９９１年２月－１９９４年１０月对太湖的水质监测，分析了东太湖水质现状、变化及发展趋势，并提出一些保护水质的对策。适当网围养鱼对东太湖水质影响不大，相反可延缓东太湖的沼泽和富营养化进程。     

温度和盐度对几种大型海藻生长率和NH4-N吸收的影响

温度和盐度对细基江蓠繁枝变型(Gracilaria tenuistipitata var.liui)、孔石莼(Ulva pertusa)和蜈蚣藻(Grateloupia filicina)生长率及细基江蓠繁枝变型NH₄-N吸收的影响进行了实验研究.结果表明,温度和盐度对上述3种海藻生长率及NH₄-N吸收均有显著影响.3种海藻的生长适宜温度和盐度范围分别为细基江蓠繁枝变型20～30℃,15～30,孔石莼15～25℃,15～40,蜈蚣藻20～25℃,25～35;最大日特定生长率(SGR)分别为8.66%,12.28%,2.24%;N饥饿细基江蓠繁枝变型对NH₄-N的吸收存在短期的快吸收.细基江蓠繁枝变型NH₄-N吸收的最适温度和盐度范围分别为15～25℃,10～25.生长率及NH₄-N吸收速率与温度和盐度之间分别存在以下关系:SGR_G.t.=0.873(S-5.487)(T-9.007)e(-0.0708S-0.0745T);SGR_U.p.=0.222(S-2.665)e-0.047S(T-9.98)e-0.00057(T-9.98)2.7;SGR_G.f.=2.6×10-4(S-10.856)(T-11.704)e0.156T-3.36×10-6STe0.219T;V_upt=11.812(S-4.081)(T-9.221)e-0.1S-0.148T.     

光合细菌对重盐碱地养殖池塘水质的影响

通过实验室试验结合池塘试验的方法研究了光合细菌(Photosynthesis Bacteria;PSB)对重盐碱地区养殖池塘水质的影响。结果表明:施用不同剂量的PSB后试验组pH变化不大,DO(溶解氧)显著升高,COD(化学耗氧量)、NH4+-N、NO-2-N显著降低,Alk(总碱度)、CO32-、HCO-3、NO-3-N、PO34--P变化不明显;试验池塘与施用同浓度的试验组的水质因子变化规律相似;PSB适宜施用浓度为6.68×1011个/m3,周期为8~10d。