研究比较了黄铁矿基双阳极MFC-CW在不同碳氮比(0和2.5)及初始硝酸盐浓度(7、14和28 mg/L)条件下上阳极和下阳极的反硝化速率,以及对不同阶段硝酸盐还原反应动力学的模拟,从动力学角度揭示系统自养-异养协同反硝化机理.结果显示:不同碳氮比下系统两阳极硝酸盐还原效果差异不大,而亚硝酸盐累积、硫酸盐生成的差别较大,两阳极处微生物群落组成相似,优势菌属的相对丰度受C/N、阳极位置影响较大;两阳极处的硝酸盐还原动力学均属于一级反应,且C/N=0时反硝化速率常数(0.0087、0.0045和0.0188/h)均小于C/N=2.5(0.0151、0.0071和0.0798/h;以上阳极为例);MFC-CW系统的反硝化动力学更符合Monod-CSTR模型,且在停留时间较长时取得更好的拟合效果,随着停留时间的增加,C/N=0时系统的反硝速率增加,C/N=2.5时系统的反硝化速率在一定范围内波动[0.6662-0.7744 g/(m2·d)].实验结果可为黄铁矿基MFC-CW的实际工程应用提供理论指导.

为探讨生活污水与营养液两种不同的水源对六价铬[Cr(Ⅵ)]污染人工湿地残根分解及铬化学形态转化的影响,该研究通过构建微型薏苡人工湿地处理含铬废水[分别以生活污水(DWS)和1/2 Hoagland营养液(HNS)配制含0、20、40 mg·L-1Cr(Ⅵ)的配制液作为模拟含铬废水],采用埋根分解法,研究残根的分解动态,以及铬化学形态转化规律.结果表明:(1)20、40 mg·L-1 Cr(Ⅵ)胁迫下,薏苡的生长均受到抑制,HNS处理株高和茎径均大于DWS处理,但HNS处理的株高和茎径受Cr(Ⅵ)抑制程度大于DWS处理.(2)薏苡残根分解速率随Cr(Ⅵ)处理浓度的提高而降低,HNS处理残根分解速率大于DWS处理.分解60 d后,DWS处理条件下,20、40 mg·L-1 Cr(Ⅵ)处理残根铬含量比埋根初期分别降低了 11.70％、8.09％,HNS处理下分别下降了 15.80％、18.42％.20、40 mg·L-1 Cr(Ⅵ)处理薏苡残根的残渣态铬占比均随埋根时间的延长而降低,而乙醇提取态铬和去离子水提取态铬占比增大,醋酸结合态铬占比则显著增大.(3)残根分解初期,HNS和DWS处理出水中的COD、TN、NH4-N以及总铬含量均有提高,而后降低,变化趋势与残根分解进程一致,HNS处理人工湿地对废水中铬的去除效率更高.该研究结果表明在人工湿地植物收割后,根系分解可短时间内提高出水中铬含量,适当改善污水中营养状况,可以促进残根分解和湿地对铬的去除.

为探讨植物种类对人工湿地中根际细菌群落结构特征分布的影响,以 7 种木本植物细叶水团花(Adina rubella)、南川柳(Salix rosthornii)、白棠子(Callicarpa dichotoma)、夹竹桃(Nerium oleander)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、水蜡(Ligustrum obtusifolium)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)为研究对象,运用 16S rRNA细菌高通量测序技术,探究垂直流人工湿地木本植物根际微生物群落结构及其主要功能类群.结果表明:细叶水团花、水蜡根际菌群的多样性、丰富度与均匀度均高于其他 5 种植物,其根系能够更好地富集微生物.门水平上,变形菌门、厚壁菌门是木本植物平均相对丰度较高的门,其次为绿弯菌门、放线菌门和蓝藻门;属水平上,乳杆菌属、片球菌属、地杆菌属为木本植物的共有优势菌属;大叶女贞、白棠子、夹竹桃菌落组成差异显著,乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属是引起 7 种木本植物样本间菌落差异的关键物种;7 种木本植物根际硝化功能菌属丰度普遍较低,相对丰度范围为 0.11%—1.06%;反硝化功能菌属的相对丰度范围为 3.51%—10.40%,水蜡对于反硝化功能菌属的富集能力最强.基于实验得出,在模拟垂直流人工湿地条件下,根系水淹处理的木本植物为微生物反硝化作用营造了适宜的厌氧条件,使反硝化细菌在木本植物根际大量富集,供试的 7 种木本植物在适应水淹缺氧逆境胁迫的同时,仍能够保障人工湿地系统的氮去除能力.

溶解性有机质(DOM)的存在会影响纳米氧化锌颗粒(ZnO NPs)在水中的稳定性.本文通过构建垂直潜流人工湿地,以腐殖酸(HA)作为DOM的代表物质,研究了 1 mg·L-1 ZnO NPs和不同浓度HA(1、5、10、20和30 mg·L-1)共存下对人工湿地处理性能、堵塞程度以及微生物群落变化的影响.结果表明:低浓度(≤1 mg·L-1)HA溶液会促进ZnO NPs的团聚,而中高浓度(1～25 mg·L-1)HA溶液则产生相反的作用.ZnO NPs和HA共存会降低人工湿地的净化效果,尤其是1 mg·L-1 HA时,COD、氨氮和总氮的去除率分别下降了 18.07％、19.94％和26.37％.连续投加1 mg·L-1 HA浓度和1 mg·L-1 ZnO NPs 60天后,人工湿地堵塞最严重,渗透系数下降67.5％.HA和ZnO NPs共存会影响微生物分泌胞外聚合物(EPS),当HA浓度为1 mg·L-1时,EPS高达140.30±0.29 mg·g-1,而空白组仅为78.67±0.32 mg.g-1,这也是人工湿地堵塞严重的一个重要原因.此外,ZnO NPs和HA的加入会降低微生物群落的丰富度和多样性,并促进分泌EPS微生物(Thauera)的生长.研究结果可为人工湿地的堵塞机制提供新的解释.

应用同时具有溶藻及降解藻毒素效果的功能菌Pseudomonas aeruginosa UCBPP-PA14(PA14)强化分别种植黄菖蒲和泽泻的微人工湿地,通过设置加菌与不加菌处理组及从微囊藻细胞、微囊藻藻毒素LR(MC-LR)去除效果的角度,研究功能菌PA14强化后的微人工湿地修复微囊藻污染水体的潜力.研究表明,在微囊藻去除方面,泽泻微人工湿地比黄菖蒲微人工湿地具有更稳定的微囊藻去除率;添加功能菌PA14后,可以提高黄菖蒲微人工湿地去除微囊藻的稳定性.在MC-LR去除方面,各微人工湿地去除MC-LR的效果随着处理藻污染水体的批次增多而增强,最终可达96％以上,且不同湿地植物微人工湿地间无显著差异(P＜0.05),表明随着处理藻污染水体的次数增多,各微人工湿地可能富集了除PA14以外的其他微囊藻毒素降解菌.

针对传统人工湿地治理污染河湖水工艺中存在的脱氮效率低、环境安全性差等问题,从污水处理厂生化池污泥中分离纯化获得菌株TY(CGMCC1.18865,该菌种已于2020年在中国普通微生物菌种保藏中心入库),通过配水试验,验证菌株脱氮特性,并进一步以火山岩为填料,采用湿地模拟系统装置对比附配TY菌的湿地系统与传统湿地系统对污染水体的脱氮效果的差异;通过16S rRNA基因序列分析,鉴定获得的菌株TY,同时对其表现出的反硝化作用进行分析研究.结果表明:分离获得的TY菌株为假单胞菌属(Pseudomonas sp.),配水试验中对氨氮和总氮的去除率分别为84.2％和93.6％.通过对模拟湿地系统出水氨氮、总氮和化学需氧量(COD)监测,发现30 d平均去除率分别可提升至94.3％、88.0％和82.3％,较传统湿地分别提高27.9％、28.8％和7.3％.研究表明,TY菌脱氮过程中有少量的硝态氮和亚硝态氮的积累,可降低对环境的不利影响、有利于脱氮反应连续进行,从而提高人工湿地脱氮效率,具有进一步探究的前景.

通过逐步提高进水中的有机碳源浓度,探讨进水碳氮比(C/N)对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮效能及其微生物特性的影响.结果表明:进水C/N可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.当进水C/N由0.0增至6.0时,TFCW中反硝化功能基因的丰度随之增加,系统反硝化性能提高,TFCW中逐渐形成同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化(SNAD)耦合反应体系,其脱氮效果得以强化.当进水C/N＞6.0时,好氧氨氧化菌活性受到抑制,数量逐渐减少,TFCW中的厌氧氨氧化作用与反硝化作用受阻,系统脱氮性能恶化.当进水C/N为6.0时,TFCW中的SNAD作用可得到最大限度的强化,其总氮(TN)去除率和去除负荷分别达(93.3±2.3)％和(149.30±8.00) mg·L-1·d-1,高于CANON系统中TN去除率的理论值.

目的:考察聚丙烯球强化表面流湿地处理模拟湖泊水脱氮能力.方法:采用室外对照实验的方法,构建了表面流湿地-聚丙烯球组合装置(系统A)、表面流湿地(系统B)、聚丙烯球装置(系统C)及空白对照4套平行小试装置.结果:表面流湿地-聚丙烯球组合装置对NH4+.N、TN的去除效果较好,6、12 d水力停留时间,对NH4+.N和TN的去除率分别达到80％和60％以上.比较系统A和B,水力停留时间为6d时,聚丙烯球的引入额外提高40.23％的NH4+.N去除率、11.50％的TKN去除率、7.87％的TN去除率.聚丙烯球微生物群落中比例最高的前5种菌门在湿地污水处理降解COD、脱氮除磷中起到重要作用;它们分别是Proteobacteria,Chloroflexi,Firmieutes,Acidobacteria,Bacteroidetes.结论:聚丙烯球可强化表面流湿地脱氮能力.

以外来克隆植物大米草和本土种藨草为研究对象,通过温室控制实验,人工模拟3种水位(基质表面积水5 em,基质表面微积水0 cm及基质表面下5 cm处微排水)交叉5种定植模式(试验容器内分别为大米草2株、藨草2株、大米草4株、藨草4株以及两物种各2株混种)的试验,研究水位对外来植物大米草和本土种藨草生长繁殖特性及种内种间关系的影响.结果表明:水位仅对大米草和藨草的根生物量及叶片数具有显著影响,而定植模式对两者的生长繁殖指标均有显著影响;大米草种间相对邻里效应指数均显著大于种内相对邻里系数,而藨草的种内和种间相对邻里系数无显著差异;由此推测,水位改变了大米草和藨草的种内种间关系,可以通过适当调节水位以及本土物种的恢复来有效控制大米草在中国海岸带的分布.

通过桶栽构筑微型垂直流人工湿地,在生活污水中添加不同浓度的 Cr6+(0、20、40 mg·L-1,用K2Cr2O7配置) ,研究了在铬(Cr)污染条件下薏米不同器官和亚细胞水平对铬的积累及分布.结果表明:薏米根茎叶铬含量均随铬处理浓度的提高和处理时间的延长而显著增加,根部铬含量最高,其次是叶片,茎部铬含量最低.随着铬处理浓度的增加和时间的延长,细胞壁和液泡中的铬含量大幅上升,但细胞器中铬含量上升幅度较低,根部细胞壁、细胞器、可溶部分及液泡铬含量均显著大于茎、叶相关细胞组分,根、茎、叶亚细胞水平铬含量分布均依次为细胞壁＞液泡＞细胞器.其中,细胞壁铬含量极显著大于液泡以及其他细胞器,薏米根部把大部分铬隔离在细胞壁中,从而降低了地上部分对铬的吸收,导致地上部分干重、鲜重的受抑制程度均低于根系,表明根部细胞壁是降低铬在薏米体内积累的重要屏障,也是薏米在低浓度铬胁迫下能够存活的根本保证.