同步辐射光谱技术在有机固废污染控制与资源化研究中的应用

有机固废中碳、磷、硫及重金属等元素赋存形态是决定其环境行为、反应活性及资源化再利用的关键因素.同步辐射光谱技术可以在分子水平、微纳米尺度原位表征有机固废中碳、磷、硫、重金属等元素赋存形态、结合位点、微观结构,为深入阐明有机固废环境行为、反应机制提供直接的证据.概述了X射线吸收光谱、微束X射线荧光光谱等同步辐射光谱技术在有机固废污染控制与资源化研究的中应用进展,并对同步辐射光谱技术在该领域应用前景和发展趋势进行了展望,以期为有机固废资源化再利用及其污染控制等研究提供参考.     

以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌驯化

以活性污泥为种泥,通过序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),在厌氧-缺氧-好氧交替的条件下驯化培养以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌(Denitrifying Phosphorus-Accumulating Organisms,DPAO)。在330 d的培养时间内监测磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等常规指标,并研究驯化不同阶段的一个周期内各指标的变化及进行相应的动力学分析。结果表明,随着驯化的进行,厌氧阶段释磷速率逐渐增加,释磷量也相应增大,出水磷质量浓度最终维持在0.8mg/L,去除率达到91.8%,硝氮全部去除。通过对16S r RNA测序结果的比对,得到聚磷菌占总菌的76.93%,反硝化除磷菌占聚磷菌的一半以上。而聚糖菌仅占5.13%,聚磷菌成为优势菌种。此外,在整个驯化过程中,水质和环境条件的变化使出水中磷质量浓度出现波动,而出水硝氮的变化不大。研究表明,以硝酸盐作为主要氮源培养反硝化除磷细菌的方式是可行的,并有利于聚磷菌对聚糖菌的竞争,使聚磷菌成为优势菌种。     

规模猪场沼液沉淀池底泥中磷形态变化特征

以规模猪场污染物排放定位监测点为依托,利用SMT法系统研究二级串联沉淀池0～10和10～20 cm深度底泥中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、NaOH提取态磷(NaOH-P)和HCl提取态磷(HCl-P)浓度变化特征。研究发现,0～10 cm深度底泥中各形态磷含量均高于10～20 cm深度底泥,且沉淀池I沉淀池Ⅱ。在沉淀池I的底泥中,各形态磷含量由大到小依次为HCl-P、NaOH-P和OP。在沉淀池Ⅱ的底泥中,各形态磷含量由大到小依次为OP、NaOH-P和HCl-P。HCl-P(惰性磷)占比均表现为0～10 cm深度高于10～20 cm深度,沉淀池I沉淀池Ⅱ,说明更深层底泥和二级沉淀池底泥中的磷活性更高。该研究可为提高沼液贮存池底泥中磷的安全合理利用提供参考。     

磷基材料对铅酸蓄电池污染场地土壤铅的稳定化研究

运用不同磷基材料对铅酸蓄电池污染场地土壤进行稳定化修复,通过毒性特征浸出测试、简单生物提取测试和效果—成本分析确定适用于铅酸蓄电池污染场地的磷基材料,并采用MINTEQ化学平衡模型模拟磷基材料添加后土壤中铅赋存状态的改变、识别土壤中铅的迁移受控相。结果表明:(1)优选的3种磷基材料(磷酸二氢钾(KP)、磷酸二氢钾+轻烧氧化镁(KPM)和磷酸二氢钾+贝壳粉(SKP))对铅的稳定率高于92%,可使铅的生物可给度降低幅度达到12百分点以上,修复成本为65～180元/t。(2)3种磷基材料可明显降低土壤中Pb~(2+)活度。KP和SKP添加后土壤中铅的迁移性主要受Pb_5(PO_4)_3Cl控制;KPM添加后土壤中铅的迁移性主要受Pb_5(PO_4)_3OH和Pb_5(PO_4)_3Cl控制。     

截污工程完成后武汉东湖自然净化速率探讨

根据几十年来武汉东湖水质监测资料和数据，在东湖截污工程完成后，没有新的污染物进入水体的前提下，对东湖水体通过自然净化恢复到健康状态所需要的时间进行了详细的数学和科学论证。结果表明，在不考虑地泥营养物质的情况下，东湖水体通过工业、农业、生活用水以及收获鱼类和高等植物造成的营养物的输出，只需要3a左右的时间就能恢复。然而如果考虑地泥的影响，几十年沉积在地泥的营养物质持续向水体中释放，然后再通过用水及生物输出，东湖水质需要35a以上才能得到恢复。可见，截污后东湖要相当长的时间内还将处于富营养状态，地泥是造成东湖长期富营养化的关键。解决东湖污染问题的关键是清除地泥，因此得出结论：挖底泥后引入长江水源来加速东湖水体改善的最佳途径。     

反硝化除磷菌驯化富集方式的探讨

以SBR反应器分别采用一段式和二段式培养方法对反硝化除磷菌进行了驯化富集.结果表明,一段式和二段式培养方法驯化完成后的活性污泥沉降性能均较好,污泥体积指数(SVI)分别约为60、50 mL/g,反硝化除磷菌占聚磷菌的比例达到了77%和71%.两种培养方法下反硝化除磷菌PO3-4-P去除率和脱氮率分别达到了97%和95%以上,缺氧结束时水中PO3-4-P质量浓度小于1 mg/L.驯化完成后污泥的含磷率最高达到了3.7%(质量分数).因此,采用一段式或二段式驯化方法均能实现反硝化除磷菌的有效富集.     

九龙江河口春季磷的形态分配及浮游植物对磷的响应

以石码河口及上游水域为研究对象，2007年5月对表层水中不同形态的磷及浮游植物生物量叶绿素a（Chla）进行了调查，分析河口磷形态分配的影响因素及与浮游植物生物量的关系。以颗粒态有机磷（POP）为主的颗粒态磷（PP）占总磷的61．2％；溶解态无机磷（DIP）占溶解态磷（TDP）的72．8％。河口区上游磷与河口磷的组成相似，雨水的淋洗作用对水体中磷的组成有较大影响，以颗粒态无机磷（PIP）的显著增高为特征。水中Chla与TP和DOP存在极显著的正相关，表明生物活动在一定程度上控制着该水域表层水中磷形态的分布。     

不同碳源模式下酵母菌PNY2013同步脱氮除磷的应用研究

针对首次分离得到的一株具有同步脱氮除磷新功能的热带假丝酵母（Candida tropicalis） PNY2013,通过生理及动力学特征,连续流运行操作及其在含糖类工业废水中的应用3个环节,探讨了不同碳源模式下PNY2013同步脱氮除磷的特性.结果表明：PNY2013以葡萄糖、乙醇及乙酸为唯一碳源时均生长良好,其最大比增长速率μ_max分别为0.1327、0.1252及0.1115 h^-1,其同步脱氮除磷率分别可达100%、80%、100%（NH₄⁺-N）及93%、95%、98%（PO₄^3--P）.3种碳源下PNY2013同步脱氮除磷的最佳条件基本接近为：温度30℃,pH=8.0,溶解氧0~2 mg·L^-1,C/N=200∶5左右.PNY2013同步脱氮除磷的长期连续运行条件下的实验进一步表明,以葡萄糖为碳源条件下,进水NH₄⁺-N及PO₄^3--P浓度分别达400及80 mg·L^-1时,两者去除率均接近100%.与这种超强能力相比,以乙醇及乙酸为碳源条件下,进水NH₄⁺-N及PO₄^3--P浓度分别达100及20 mg·L^-1时,两者的去除率也可达60%~80%（NH₄⁺-N）及40%（PO₄^3--P）,显示出相当的同步脱氮除磷能力.在以模拟制糖废水、淀粉加工废水、啤酒废水、味精废水这4种典型含糖工业废水为碳源条件下,除淀粉加工废水外PNY2013均能有效去除COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P,其中,制糖、啤酒、制药废水中的COD去除率分别可达40%、89%、96%,NH₄⁺-N去除率分别为85%、94%、76%,PO₄^3--P去除率均为90%.即使在40000 mg·L^-1（制糖）及12500 mg·L^-1（啤酒）的高COD条件下,PNY2013也均具有稳定的NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除效果,显示出良好的同步脱氮除磷应用前景.     

黄海麻坑群沉积物磷的保存与转化及环境效应

基于对北黄海典型麻坑群海域某单位麻坑内部和外缘沉积物中不同赋存形态的磷、甲烷（CH₄）和硫化物等参数的分析,探讨了麻坑独特的环境中磷的转化与埋藏机制、沉积物-水体系磷的释放及对区域磷循环的影响.研究表明,沉积物中碎屑态磷（Det-P）是磷主要的赋存形态（>50%）,其次是有机磷（Org-P）、铁结合态磷（Fe-P）和自生态磷（Auth-P）,交换态磷（Exch-P）对总磷的贡献较小;麻坑内部与麻坑外缘处沉积物中溶解态活性磷（DRP）向水体的释放通量分别为2.84μmol/（cm²·a）和1.03μmol/（cm²·a）,对上层水体的贡献依次为19.6%和3.03%,是上层水体磷的重要来源.麻坑内外磷的埋藏速率与转化过程存在不同;研究区地下水的渗漏是磷的沉积速率和释放通量都普遍高的原因.北黄海麻坑区沉积物中磷的保存与转化还与浅层CH₄的逸出相关,潜在提高黄铁矿的生成速率.较高的沉积物-水界面磷通量必然对区域富营养化等生态环境问题产生深远影响,值得关注.     

中国近岸海域优势藻种吸收利用磷的过程

通过现场采样和室内培养实验分析了藻类植物的生长状况和细胞结合态磷对磷酸盐浓度的响应.现场调查结果发现,在水华区域藻类植物的细胞磷库分布特点与非水华区域明显不同.室内培养结果发现,中肋骨条藻和东海原甲藻的最大磷酸盐吸收速率为7.71,2.39μmol/（L·d）,最大比生长率分别为0.517,0.262d^-1,磷酸盐吸收同化率为5.9×10^-8,4.7×10^-7μmol/cell,前者具有更快的磷酸盐吸收能力,更高的比生长率和较低的磷酸盐吸收同化率.2种藻细胞内结合态磷通常占细胞总磷库的50%以上,是细胞磷库主要存在形式.中肋骨条藻种群可以通过藻细胞数量增长来吸收环境中的磷源,而东海原甲藻则会优先满足细胞自身的磷储存后进行细胞增殖.在高浓度磷环境中,东海原甲藻种群的细胞不同结合态磷的质量浓度会达到饱和.磷匮乏时,中肋骨条藻和东海原甲藻的细胞内结合态磷的质量浓度与零时刻相比分别降低了45%和66%,前者明显低于后者.培养过程中,中肋骨条藻单个细胞的细胞表面吸附态磷库（95%）比细胞内磷库（50%）的降低幅度更大,东海原甲藻则与之相反.