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不同配方菌剂对黑臭水体及底泥修复效果差异研究

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环境工程技术学报 2023年第6期13卷 2184-2191页

作者：陈世杰汪凯谭勇刘思韵周金艳裴昌盈黄铭涛李柏林中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司武汉理工大学资源与环境工程学院

为探究不同菌剂对黑臭水体的修复效果,揭示研究过程中微生物群落变化规律,采用不同配方菌剂对黑臭水体进行修复,探讨不同菌剂对上覆水、底泥和微生物的影响。结果表明:投加菌剂组上覆水pH均略高于试验前;化学-复合微生物菌剂组上覆水DO... 详细信息

为探究不同菌剂对黑臭水体的修复效果,揭示研究过程中微生物群落变化规律,采用不同配方菌剂对黑臭水体进行修复,探讨不同菌剂对上覆水、底泥和微生物的影响。结果表明:投加菌剂组上覆水pH均略高于试验前;化学-复合微生物菌剂组上覆水DO浓度略低于空白组(6.95 mg/L),且上覆水NH+4-N和TP去除率分别达到86.60%和66.07%,底泥酸可挥发性硫和有机质去除率分别达到79.20%和52.71%,去除效果均明显优于其他试验组;高通量测序表明,投加菌剂组底泥中硝化、反硝化细菌和有机质降解类细菌均具有较高相对丰度,且Vicinamibacterales下的某属在化学-复合微生物菌剂组中的相对丰度明显高于其他试验组(1.07%~2.18%)。研究显示化学-复合微生物菌剂对黑臭水体具有良好修复效果。

关键词：微生物菌剂黑臭水体底泥修复微生物群落结构

湿地植物—沉积物微生物燃料电池产电及底泥修复研究

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湿地植物—沉积物微生物燃料电池产电及底泥修复研究

作者：朱娟平华南理工大学

学位级别：硕士

本研究以受污染的城市黑臭河涌底泥为底质,构建了两种湿地植物-沉积物微生物燃料电池(PSM1、PSM2)与一种无植物的沉积物微生物燃料电池(SM),并构建两种植物沉积物模拟湿地非产电系统(PS1、PS2)的做对照,以此来研究该系统的产电特性、系... 详细信息

本研究以受污染的城市黑臭河涌底泥为底质,构建了两种湿地植物-沉积物微生物燃料电池(PSM1、PSM2)与一种无植物的沉积物微生物燃料电池(SM),并构建两种植物沉积物模拟湿地非产电系统(PS1、PS2)的做对照,以此来研究该系统的产电特性、系统运行期间受污染底泥有机质的降解效果及氮磷的迁移转化规律;系统对底泥中As、Zn、Cd的迁移转化影响及As的形态变化的影响;阳极生物膜微生物群落的多样性。主要研究结果如下:(1)在系统运行的200天内,三个P-SMFCs处理组均能维持较稳定的产电,输出最大电压分别达到PSM1处理组(0.69V)、SM处理组(0.63V)、PSM2处理组(0.66V),输出平均电压分别为PSM1处理组(0.32V)、SM处理组(0.24V)、PSM2处理组(0.28V)。三个处理组PSM1、SM和PSM2的内阻分别为602Ω、498Ω和636Ω,最大输出功率密度分别为10.74mW/m2、7.90mW/m2和10.05mW/m2。结果显示,产电系统中植物存在输出最大电压略有增大,平均电压显著增大;最大输出功率密度明显提高,植物的存在会增大系统的内阻。(2)P-SMFC系统中电极和植物的引入均对底泥有机质的降解有显著的促进作用,系统在运行的200天内有机质降低量分别为PSM1处理组(19.25%)、SM处理组(13.57%)、PSM2处理组(15.38%)、PS1处理组(8.70%)、PS2处理组(4.78%)。系统运行前64天,PSM1和PSM2处理组氨氮含量显著低于其他三个处理组,之后随着运行时间的延长,各处理组之间的变化差异性不大。五个处理组底泥中氨氮去除率均达到80%以上,分别为PSM1处理组83.67%、SM处理组81.28%、PSM1处理组83.79%、PS1处理组85.94%、PS2处理组84.62%。系统整个运行过程中,各处理组硝氮含量在同一时间内无显著性差异,电极的引入及产电过程对底泥中硝氮的去除没有产生显著影响;P-SMFC电极的存在抑制了磷的迁移,促进了磷在底泥中的稳定。(3)产电过程和植物的引入有助于底泥中As、Zn、Cd的稳定,能够减缓底泥中As、Zn、Cd向上覆水中的释放。且离阳极越远,阳极对底泥中As、Zn、Cd的影响越弱。电极产电过程影响重金属生物有效性从而影响了植物对底泥中As、Zn、Cd的吸收。阳极产电能够改变底泥中砷的形态从而影响其向上覆水中释放的速度,有助于底泥中砷的稳定,但其对弱酸提取态砷及可还原态砷影响较小。随着底泥至阳极距离的增大,电极对底泥中各种As形态的影响越弱。另一方面,系统中植物的引入增加了弱酸可提取态砷的吸收,能降低活性强的弱酸提取态砷的含量。(4)植物的存在有助于阳极生物膜细菌微生物的生长及细菌群落多样性的增加。在门水平的细菌分类分析中,各处理组都以Proteobacteria变形菌门为优势菌种。风车草的引入显著增加了系统中Nitrospirae硝化螺旋菌门及GOUTA19菌属的数量。在属水平细菌分类分析中,三个处理组均以Geobacter的相对丰度最高,为优势菌种。植物的引入及不同植物之间均会对微生物燃料电池系统中的微生物群落结构产生影响。进一步聚类分析发现,PSM1、SM、PSM2处理组之间的微生物群落结构差异较大,不同植物种类会对阳极生物膜微生物群落结构产生不同影响。(5)系统中风车草和短叶茳芏的引入对阳极古菌群落结构产生了显著影响。各处理组古菌群落丰度的顺序为:PSM1处理组>SM处理组>PSM2处理组,风车草的存在有助于阳极生物膜上古菌的生长,而短叶茳芏则会抑制古菌的生长。另一方面,植物的引入有助于系统中古菌群落多样性的增加,且风车草相比短叶茳芏而言,更能增加系统的古菌群落的多样性。在门水平的古菌群落分类中,三个处理组中都以Euryarchaeota广古菌门的相对丰度最高,为优势菌种。古菌在属水平的群落分类中,三个处理组均以Methanosaeta为优势菌种,其相对丰度最高分别达到PSM1处理组21.43%、SM处理组25.00%、PSM2处理组23.16%。且在已检测出的基因序列中,只有少部分氨氧化类古菌的序列,其余序列都为产甲烷类古菌序列,其相对丰度总和达到30%以上。三个处理组中古菌群落结构各自不同,微生物群落结构差异较大。

关键词：湿地植物-微生物燃料电池产电底泥修复重金属

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黑臭水体污染底泥修复技术可持续评估研究

黑臭水体污染底泥修复技术可持续评估研究

作者：魏小川北京化工大学

学位级别：硕士

黑臭水体是亟待整治的影响生态环境和市容市貌的极端污染水体。在黑臭水体整治的过程中,黑臭水体的底泥修复是尤为关键的一环。随着科技进步和环保意识提高,黑臭水体底泥修复技术不断进步和发展。现有的物理、化学、生物修复技术虽然基... 详细信息

黑臭水体是亟待整治的影响生态环境和市容市貌的极端污染水体。在黑臭水体整治的过程中,黑臭水体的底泥修复是尤为关键的一环。随着科技进步和环保意识提高,黑臭水体底泥修复技术不断进步和发展。现有的物理、化学、生物修复技术虽然基本可以满足工程所需修复要求,但黑臭水体污染底泥修复技术是否满足绿色可持续却难以判断。此外,现有的可持续修复方法并不完全适用于黑臭水体污染底泥技术的可持续评估。因此,构建完整实用的黑臭水体污染底泥修复技术可持续评估框架十分必要。本研究结合环境、经济、社会三准则,以多标准分析(MAC)绿色土壤可持续修复为总框架,选择部分生命周期评估(LCA)及费用效益分析(CBA)指标共同搭建黑臭水体污染底泥修复可持续评估体系。本评估体系结合黑臭水体污染底泥修复现状和绿色可持续修复相关理论,设立7个一级指标和23个二级指标,以熵值法和分层分析法(AHP)搭建两种不同权重体系评估框架,并通过结合黑臭底泥修复实例评价修复效果的可持续性和筛选最佳框架体系。研究结果如下:(1)通过对河北衡水某河段黑臭底泥修复技术可持续评估,结果得到底泥疏浚技术为较不可持续。通过分析唐河污水库及雄安新区的黑臭底泥修复实际情况,对植物修复、电动力修复(EKR)、药剂修复等三种不同修复方法分别进行可持续评估,由熵值法体系评分结果依次为2.10、2.06、1.96,AHP法体系评分结果依次为2.78、2.01、2.06,最终一致得出植物修复较EKR和药剂修复更可持续,EKR和药剂修复均为较可持续修复方法。(2)选取地表水环境质量、生态环境质量和灰尘、噪声、臭味影响为敏感因子对河北衡水某河段和唐河污水库的黑臭水体底泥修复的可持续评估分别进行敏感性分析,结果表明,提高地表水环境质量指标可以使EKR由较可持续变为非常可持续,AHP法相较于熵值法对指标变动更加敏感。(3)选择蒙特卡洛模型,对河北衡水某河段和唐河污水库的黑臭水体底泥修复的可持续评估进行不确定性分析,结果表明,在河北衡水某河段中,底泥疏浚为较不可持续修复放方法;在唐河污水库中AHP法下,三种修复方法评估结果与实际评分结果一致,为植物修复>药剂修复>EKR,且药剂修复和EKR差距较小。(4)对四种修复方式的可持续性评估结果分析,得到底泥疏浚在修复周期指标,植物修复法在生态环境质量指标和社会满意度指标,EKR在修复周期和生态环境质量指标,药剂修复水环境质量和资源消耗得分较高。底泥疏浚在生态环境质量指标,植物修复在交通影响和灰尘、噪声、臭味影响指标,EKR在大气环境质量和能源消耗指标,药剂修复在生态环境质量和灰尘、噪声、臭味影响指标上表现不佳。

关键词：黑臭水体底泥修复可持续修复评估

生态浮床与化学-生物法联合用于景观水体-底泥修复

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生态浮床与化学-生物法联合用于景观水体-底泥修复

作者：田琪天津大学

学位级别：硕士

景观水体的富营养化近年来已成为国内外普遍存在的水环境问题。景观水体如果出现富营养化现象,其水体自净能力将会严重下降,污染物含量明显增多,给自然环境和周围的居民环境造成巨大影响。河道底泥污染是造成景观水体富营养化的主要原... 详细信息

景观水体的富营养化近年来已成为国内外普遍存在的水环境问题。景观水体如果出现富营养化现象,其水体自净能力将会严重下降,污染物含量明显增多,给自然环境和周围的居民环境造成巨大影响。河道底泥污染是造成景观水体富营养化的主要原因之一,底泥中储存着大量的氮、磷等污染物,在切断水体的外部污染源后,底泥作为内污染源将继续向水体中释放污染物。因此有必要通过实验研究景观水体富营养化和河道底泥污染的修复方法。实验中搭建了由强化生态浮床-底泥构成的小试装置,底泥中分别添加好氧反硝化菌剂、生物促生剂和硝酸钙,以探究菌剂组合和强化生态浮床对富营养化水体及底泥的修复效果。论文主要结论如下:(1)实验中有5个装置装有底泥,2个装置未设置底泥。实验结果表明,设置生态浮床-菌剂组合底泥装置对表层水体、底层水体和底泥的污染物去除率都是最高,对COD的去除率在80%以上,对氨氮的去除率可达到90%,强化组合生态浮床和菌剂组合可产生协同降解作用;在不含底泥的装置中,设置了生态浮床的装置可有效去除污染物,生态浮床对富营养化水体的修复效果显著。在装置的三个运行时段,5月各装置的污染物去除率最高,7月降雨频繁且降雨量大,雨水中污染物含量影响了去除率,101月天气寒冷,微生物代谢活动减慢,污染物去除率下降。(2)对7个装置的表层水体、底层水体和底泥进行微生物多样性分析,发现底泥的微生物多样性高于水体。添加了强化生态浮床的装置,其水体和底泥的多样性都得到提高。实验中期(9月份)水体和底泥样品中微生物多样性普遍高于实验初期(6月份),结果表明随着装置的运行微生物多样性逐渐提高。实验末期(11月份)测序时水体和底泥的微生物多样性低于初期,因为装置运行末期已进入冬季,室外低温使得植物及微生物的代谢活性降低,进而导致装置中微生物多样性有所降低。(3)对三个设置有生态浮床-底泥装置的COD和TN指标的去除情况进行Monod动力学模型分析,曲线拟合的相关系数均在0.8以上,拟合效果良好,说明Monod动力学方程可用于描述生态浮床COD和TN的降解过程。

关键词：强化组合生态浮床富营养化微生物多样性底泥修复 Monod动力学

基于CiteSpace的水体底泥修复研究文献计量分析

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山东化工 2023年第5期52卷 127-130页

作者：范小龙贺志刚苏州逸凡特环境修复有限公司江苏苏州215000

为探究底泥修复领域未来研究方向,利用CiteSpace文献计量工具,以Web of Science数据库和知网中收录的期刊作为数据来源,对2000~2022年底泥修复研究领域的相关文献进行分析。底泥修复领域发文数量整体呈现逐年上升的趋势。关键词突现词... 详细信息

为探究底泥修复领域未来研究方向,利用CiteSpace文献计量工具,以Web of Science数据库和知网中收录的期刊作为数据来源,对2000~2022年底泥修复研究领域的相关文献进行分析。底泥修复领域发文数量整体呈现逐年上升的趋势。关键词突现词分析和关键词聚类分析结果表明当前底泥修复的目标是削减与去除水体和底泥中重金属、氮、磷和多环芳烃;底泥修复的手段主要是以生物修复和材料修复为代表的原位修复技术。中外文献被引频次分析结果可知,近20年来生物修复技术一直是底泥修复领域研究的重点。原位修复技术在底泥修复领域极具应用前景,微生物-植物联合修复、生物炭材料修复、硝酸钙和过氧化钙修复作为行之有效的原位修复手段备受学者青睐。

关键词：底泥修复文献计量分析 CiteSpace 重金属

黑臭水体底泥修复中载体微生物技术的应用研究

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中国资源综合利用 2024年第10期42卷 264-267页

作者：侯露露徐婷赵风斌常建科(江苏)环保工程有限公司江苏常州213000 同济大学上海200092

载体微生物技术具有高效、环保和经济等优点,可应用于黑臭水体底泥修复。以江苏省常州市黑臭河道整治工程为例,探讨载体微生物技术在城市黑臭水体底泥修复中的应用效果。试验选取十字河为场地,持续150 d,使用沸石作为载体固定光合细菌,... 详细信息

载体微生物技术具有高效、环保和经济等优点,可应用于黑臭水体底泥修复。以江苏省常州市黑臭河道整治工程为例,探讨载体微生物技术在城市黑臭水体底泥修复中的应用效果。试验选取十字河为场地,持续150 d,使用沸石作为载体固定光合细菌,并实时监控底泥和上覆水。结果显示,底泥中有机质及Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Cr等重金属含量显著降低,上覆水中化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、氨氮(NH_(3)-N)、总氮(Total Nitrogen,TN)、总磷(Total Phosphorus,TP)的去除率显著提升,证明该技术能有效改善水质并增强水体自净能力。研究表明,载体微生物技术可以提高菌体密度,避免菌体流失,为城市黑臭水体底泥治理提供一种长效的方法。

关键词：黑臭水体底泥修复载体微生物原位修复

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河道底泥修复与处理技术

珠江水运 2021年第23期 65-66页

作者：孙朝阳中国水利水电第十二工程局有限公司

目前,地区经济发展与环境保护工作之间的矛盾日渐激化。因部分企业随意排放未处理或处理不达标的污水,导致河道污染问题更为严重,河道底泥中还有大量的污染物质,使水资源受到二次破坏。基于此,本文以某河道底泥处置工程为例,提出该工程... 详细信息

目前,地区经济发展与环境保护工作之间的矛盾日渐激化。因部分企业随意排放未处理或处理不达标的污水,导致河道污染问题更为严重,河道底泥中还有大量的污染物质,使水资源受到二次破坏。基于此,本文以某河道底泥处置工程为例,提出该工程环境特征,分析底泥修复与处置任务及规模,提出底泥修复处理具体技术及管控要点。

关键词：河道底泥修复处理技术

城市黑臭河涌底泥-微生物燃料电池产电性能及对底泥的修复

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生态环境学报 2015年第3期24卷 463-468页

作者：杨玥王健朱娟平张太平华南理工大学环境与能源学院广东广州510006

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)是一种将化学能转化为电能的技术。它可以利用包括河涌与海底的沉积物在内的众多基质来产生电能。在利用微生物燃料电池对沉积物进行修复时,通常采用将阳极埋在水底沉积物中,阴极悬于上覆水中... 详细信息

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)是一种将化学能转化为电能的技术。它可以利用包括河涌与海底的沉积物在内的众多基质来产生电能。在利用微生物燃料电池对沉积物进行修复时,通常采用将阳极埋在水底沉积物中,阴极悬于上覆水中的方式来构建电池。由于上覆水的存在,底泥中的污染物质不仅会被电池修复,也会向上覆水释放,影响底泥和上覆水的整体修复情况。以广州某黑臭河涌底泥为阳极微生物接种源及阳极基质,50 m M·L-1铁氰化钾缓冲溶液为阴极室溶液构建了双室有膜型微生物燃料电池,排除上覆水对微生物燃料电池修复底泥的影响,研究在不同的外接电阻下,MFC的产电性能以及MFC对底泥的修复效果。结果表明:以黑臭河涌底泥为阳极底物能够保持MFC较长时间产电运行(650 h)。构建的电池内阻分别为:1 341.6、1 339.2、1 330.2、1 386.7和1 311.7Ω。外阻能够对MFC的产电和功率密度输出产生影响:在外接电阻为1 500Ω时,MFC获得的稳定输出电压最高为0.753 V,最大输出功率为4.94 m W·m-2。在运行中,微生物燃料电池对底泥进行了修复:在外接电阻为1 500Ω时,有机质去除效果最佳,去除率为7.834%;全磷在外阻100Ω达到29.98%的最高去除率;铵态氮在外阻100Ω处达到41.64%的最高去除率;在硝态氮最高去除率则在外接1000Ω时,为71.52%。这说明了外阻能够影响电池对底泥的修复效果。

关键词：微生物燃料电池黑臭底泥产电底泥修复外阻

复合污染下水体黑臭发生过程及硝酸盐材料添加对黑臭底泥的修复效果研究

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复合污染下水体黑臭发生过程及硝酸盐材料添加对黑臭底泥的修复效...

作者：李岚淼四川大学

学位级别：硕士

近年来,水体黑臭现象在我国频发,黑臭会使水体完全丧失使用功能,严重影响景观及人类生活健康,同时制约我国经济可持续发展。然而,黑臭水体发生的机理还尚不完全明晰,对于在复合污染条件下黑臭发生的过程研究匮乏。另外,现阶段针对黑臭... 详细信息

近年来,水体黑臭现象在我国频发,黑臭会使水体完全丧失使用功能,严重影响景观及人类生活健康,同时制约我国经济可持续发展。然而,黑臭水体发生的机理还尚不完全明晰,对于在复合污染条件下黑臭发生的过程研究匮乏。另外,现阶段针对黑臭水体的重要污染源——底泥的治理方法还存在许多不足,底泥修复的过程中带来的二次污染问题还需要进一步研究。本研究使用正交试验的方法,模拟了在四种污染物(TOC、TP、NH-N和NO-N)不同污染浓度水平下(无、低、中和高),水体发生黑臭的过程及其微生物群落变化特征。然后以硝酸钙为底泥修复剂,确定了在不同的硝酸钙添加剂量下,上覆水和底泥中物理、化学水质指标变化,讨论了直接添加硝酸钙对底泥修复效果和造成的二次污染问题。另外针对硝酸钙造成的二次污染问题,利用类水滑石的强吸附性和阴离子可交换性,进一步采用类水滑石和硝酸钙综合利用的方式,确定了硝酸型Ca/Fe类水滑石在底泥修复中的作用。主要结论如下:(1)在本实验的复合污染下,水体水质变化过程分为“外源性黑臭”和“藻源性黑臭”两个阶段,四种不同污染物对实验中黑臭水体产生的影响排序如下:TOC>TP>NO-N>NH-N,其中TOC是造成外源性黑臭的主要污染因素,TP则是藻源性黑臭的主要污染因素,而水体中S浓度受到有机物和磷的复合影响。硫酸盐还原菌(如Pseudomonas、Palodibacter和Bacteroides)是导致黑臭发生最重要微生物,占微生物群落的51.4%;(2)当使用硝酸钙进行底泥修复可以提高底泥氧化还原电位(ORP),去除底泥中酸性可挥发性硫(AVS)、Fe(II)。此外,底泥修复中有机磷(O-P)转变为钙磷(Ca-P)和铁/铝磷(Fe/Al-P),从而抑制底泥磷释放。但是,研究也发现使用硝酸钙(硝酸钙)进行底泥修复会导致水体NO-N、NO-N和Pb增加,造成二次污染问题。综合而言,1.5倍硝酸钙理论剂量是较为合理的硝酸钙黑臭底泥修复添加剂量;(3)针对硝酸钙添加造成的水体硝酸盐氮快速增大问题,使用硝酸型Ca/Fe类水滑石来代替硝酸钙进行底泥修复,研究发现类水滑石材料对于底泥中AVS最高有84.8%的去除率,并且硝酸型Ca/Fe类水滑石能够有效吸附底泥中Ex-Pb和Reducible-Pb,大幅降低底泥Pb释放风险。但是研究也发现类水滑石材料在底泥中添加会刺激硝酸盐异化为铵,致水体NH-N浓度的增加。另外硝酸型Ca/Fe类水滑石对于底泥中重金属Cr的吸附性能较弱,反而会导致底泥中Ex-Cr含量大幅增加。

关键词：复合污染黑臭水体底泥修复硝酸钙类水滑石