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曝气扰动下弱光照促进蓝藻水华向硅藻优势演替

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农业环境科学学报 2024年第10期43卷 2375-2383页

作者：田亿王小冬车轩潘恒丰王洪刘兴国中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海200092 上海海洋大学水产与生命学院上海201306

为研究持续的曝气扰动下,遮光和蓝藻水华浓度对蓝藻水华尤其藻类群落结构的影响,在玻璃温室中进行蓝藻门微囊藻属(Microcystis)水华的调控实验。实验为2个藻类浓度和2个光照强度的正交实验,共4个处理。按微囊藻水华初始浓度分为低浓度(... 详细信息

为研究持续的曝气扰动下,遮光和蓝藻水华浓度对蓝藻水华尤其藻类群落结构的影响,在玻璃温室中进行蓝藻门微囊藻属(Microcystis)水华的调控实验。实验为2个藻类浓度和2个光照强度的正交实验,共4个处理。按微囊藻水华初始浓度分为低浓度(处理Ⅰ、Ⅲ)和高浓度(处理Ⅱ、Ⅳ),以叶绿素a(Chla)浓度分别表示为384.32μg·L^(-1)和736.21μg·L^(-1);处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ分别对应弱光条件(遮光率为99.4%)和强光条件(遮光率为72.8%)。实验过程中,各处理Chla浓度由高到低排序为Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ(P曝气扰动下,遮光形成的弱光照是影响蓝藻水华向硅藻优势演替的重要因素,利用水动力扰动进行蓝藻水华调控时需要同时考虑弱光照条件和蓝藻水华生物量的影响。

关键词：微囊藻水华藻类群落结构曝气扰动遮光率硅藻

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曝气扰动下城市黑臭河道底泥内源硫、铁行为与氮循环耦合作用研究

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曝气扰动下城市黑臭河道底泥内源硫、铁行为与氮循环耦合作用研究

作者：李文超华东师范大学

学位级别：硕士

健康的水体是城市发展的基本保障。为了缓解我国目前严重城市水污染现状,许多城市结合自身的特点,开展了相应的黑臭河道治理工程,其中,人工曝气因其特有的优势成为一项重要的修复措施。随着相应治理工程的实施,氮去除难以达标问题逐渐... 详细信息

健康的水体是城市发展的基本保障。为了缓解我国目前严重城市水污染现状,许多城市结合自身的特点,开展了相应的黑臭河道治理工程,其中,人工曝气因其特有的优势成为一项重要的修复措施。随着相应治理工程的实施,氮去除难以达标问题逐渐凸显出来。在外源污染输入得到有效的控制后,城市黑臭河道底泥中内源氮成为氮污染的主要来源。近年来一些研究者以及本课题组的相关研究发现水体中“致黑”物质(硫化铁)、“致臭”(挥发性硫化物)物质与内源氮关系密切,它们会直接或间接地影响到黑臭河道氮循环过程。本研究依托国家自然科学基金课题《城市黑臭河道泥水界面硝化-反硝化对曝气扰动的响应机制》(41101471),在课题组以往已有相关研究基础上,初步探讨曝气扰动下内源氮与硫、铁之问的相互作用,并揭示相关底泥微生物对曝气调控的响应机制,为实现强化底泥内源脱氮提供崭新视角,并对城市黑臭河道治理具有重要理论和现实意义。研究结果表明：(1)曝气扰动有助于上覆水中NH-N和TN的去除。上覆水中NH-N和TN初始浓度分别为6.00～6.74 mg·L-1和18.27～19.41 mg·L-1,曝气稳定后各工况组上覆水中NH-N削减率均达到90%以上,最高可达94.0±5.0%;上覆水中TN削减率最高为73.0±4.8%;同时曝气扰动有助于泥水界面NH-N和TN的去除,泥水界面NH-N和TN的削减率最高分别达37.3%±7.7%和29.1±2.5%。(2)曝气扰动下泥水界面NH-N和TN均由底泥向上覆水释放;曝气扰动下泥水界面硝化率和反硝化率均大于静置组,硝化率和反硝化率最高分别为37.3±1.6%和28.4±3.2%。(3)曝气扰动有利于泥水界面还原态硫向SO42-转化。底泥中AVS去除率最高为66.7±2.2%,泥水界面S2-去除率为34.7±3.3%。由不同曝气调控下氮、硫主要形态动态相关性分析可知：不同曝气调控下硫化物氧化耦合硝酸盐还原作用较小,还原态硫主要通过在曝气充氧条件下被氧化为硫代硫酸盐或者单质硫,接着再被氧化为SO42-。(4)曝气扰动有利于泥水界面Fe2+向Fe3+转化,曝气工况组上覆水中Fe2+去除率在48.30%～60.6%之间,曝气对泥水界面Fe2+去除率最高可达50%以上。由不同曝气调控下氮、铁主要形态动态相关性分析可初步推测：曝气扰动下泥水界面不存在Fe2+氧化耦合N03--N被还原为NH-N过程,但不排除可能存在耦合N03--N还原为NO2--N过程。(5)高通量宏基因组测序结果表明：城市黑臭河道底泥在曝气扰动初始和稳定时均以变形菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为优势菌群,其中,变形菌门主要以6-变形菌纲为主。同时检测到6个菌属的硝化细菌、18个菌属的反硝化细菌、1个菌属的厌氧氨氧化细菌、4-5个菌属的硫氧化菌、3个菌属的硫酸盐还原菌以及26个菌属的铁还原菌,但未检测到目前已被鉴定和分离出的介导硫自养反硝化和铁自养反硝化过程的细菌,初步推测黑臭水体在曝气前后不存在硫自养反硝化和铁自养反硝化过程。(6)曝气扰动下各工况表层底泥中细菌群落结构均受到不同程度的变化,其中变形菌门和厚壁菌门含量增多,绿弯菌门减少,同时硝化细菌、反硝化细菌以及硫氧化菌增多,但硫酸盐还原菌的生长受到抑制。(7)通过环境因子与细菌优势菌群之间PCA分析可知：上覆水中DO、NH-N和Fe2+以及底泥Fe2+是城市黑臭河道表层底泥中细菌优势菌群的显著影响因子。

关键词：曝气扰动黑臭内源氮内源硫铁耦合作用高通量测序

曝气扰动模式对黑臭河道底泥内源营养盐行为的影响作用及氮转化功能菌群响应规律研究

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曝气扰动模式对黑臭河道底泥内源营养盐行为的影响作用及氮转化功...

作者：李志洪华东师范大学

学位级别：硕士

氮磷超标是当前许多城市黑臭河道治理中亟待解决的突出问题,在外源输入受到有效控制后,底泥内源氮磷成为水体主要的氮磷污染源。作为黑臭水体治理的重要技术,人工曝气主要通过改变泥水界面的氧含量和缺氧微环境分布这一矛盾平衡来控制... 详细信息

氮磷超标是当前许多城市黑臭河道治理中亟待解决的突出问题,在外源输入受到有效控制后,底泥内源氮磷成为水体主要的氮磷污染源。作为黑臭水体治理的重要技术,人工曝气主要通过改变泥水界面的氧含量和缺氧微环境分布这一矛盾平衡来控制内源氮的硝化一反硝化和内源磷的“厌氧释磷”和“好氧吸磷”耦合过程。本研究在课题组已有关于曝气扰动强度、曝气扰动深度等研究基础上,系统探讨了曝气扰动模式对黑臭河道底泥内源营养盐行为的影响作用,并同时分析了其中内源氮不同代谢过程的微生物茵群响应规律,确定了优化的曝气扰动运行模式,初步揭示了曝气扰动下底泥内源氮转化的微生物机制,为有效解决黑臭河道氮磷超标治理难题提供科学依据,并为曝气工程的优化设计以及实施提供技术支撑。主要研究结果如下：(1)不同水曝气扰动模式均能在不同程度上实现对底泥内源氮的控释,上覆水氨氮和DTN的削减量分别为22.2%-94.9%和35.9%-79.9%。其中在同等间歇曝气时间(12.00 h)下,当DO浓度(1.00mg·L-1)较低时,提高DO浓度至4.00mg.L-1能明显提高上覆水中NH4+-N和DTN的削减率;但在同等间歇曝气时间(12.00 h)下,当DO浓度较高(4.00 mg·L-1)时,再次提高DO浓度至7.00mg·L-1,则无助于上覆水中NH4+-N和DTN削减率的提升。在低DO浓度(2.50mg·L-1左右)下,当曝气时间为6.00 h时,延长曝气时间(至18.00 h)能有效提高上覆水中的TNH4+-N、DTN削减率;但当DO浓度提高至5.50 mg.L-1时,曝气时间的延长(从6.00 h延长至18.00 h)无助于上覆水中NH4+-N、DTN的削减率的提升。以上覆水DTN削减率为最终控制指标,采用响应面法分析优化曝气运行条件,水曝气扰动模式下最优工况的运行条件为：曝气时间24.00 h,曝气中DO浓度4.76 mg.L-1,此时上覆水DTN削减率的响应值为77.0%。(2)除工况7(1.00mg·L-1,12.00 h)外,其余水曝气扰动模式在一定程度上均有助于实现对底泥内源磷的控释,其中在同等曝气时间(12.00 h)下,提高DO浓度均有助于上覆水中DTP的削减。另外,在低DO浓度(2.50 mg.L-1左右)下,当曝气时间为6.00 h时,延长曝气时间(至18.00 h)能有效提高上覆水中的DTP削减率;但当DO浓度提高至5.50 mg·L-1时,延长曝气时间(从6.00 h延长至18.00 h)无助于上覆水中DTP的削减率的提升。以上覆水DTP削减率为控制目标,采用响应面法优化分析水曝气扰动模式,得到的最佳运行条件为：曝气时间6.00 h,曝气中DO浓度5.72 mg.L-1,此时上覆水DTP削减率的响应值为72.4%。(3)不同底泥曝气扰动模式亦能在不同程度上实现对底泥内源氮的控释,上覆水氨氮和DTN的削减率分别为92.5%-97.6%和54.9%-89.4%,其中在同等曝气时间(12.00 h)下,当扰动强度达到354.33 s-1时,扰动强度的增强不利于上覆水中DTN的削减。而在同等扰动强度(404.82 s-1)下,曝气时间达到一定值(6.00h),延长曝气时间也不利于上覆水中DTN的削减。底泥曝气扰动模式下最优工况的运行条件为：曝气时间21.39 h,曝气流量0.10 ***-1,此时上覆水DTN削减率的响应值为96.1%。因此,以上覆水DTN削减率为控制目标,底泥曝气优于水曝气,得到的最优曝气运行条件即为优化后的底泥曝气运行条件。(4)在所有底泥曝气扰动模式中,工况9(354.33s-1,12.00 h)的TP削减率最高,表明低强度的间歇曝气更有利于上覆水中TP的去除。由于底泥曝气造成上覆水中SS大幅增加,颗粒态磷增多,底泥曝气对上覆水中TP的削减规律不明显,无法使用响应面法分析得到最优工况。(5)CFD流场模拟结果显示,实验装置中上覆水流速呈现中心对称状态,流速由中心逐渐向周边降低,直到为0。泥水界面曝气处的流速大小为：u9>u8=u12 >u5=u11>u3=u7>u6,表明随着曝气量的加大,各工况泥水界面处流速增大,曝气扰动逐步增强,促进了底泥的悬浮。(6)荧光定量PCR分析结果表明,黑臭河道底泥中的氨氧化优势菌为AOA,氮转化优势菌为Anammox菌。水曝气及底泥曝气扰动模式均能促进底泥中总细菌和nirK型反硝化细菌的增加,但曝气条件下底泥中Anammox菌的数量未大幅降低,这可能与高DO浓度下Anammox菌处于休眠态有关。

关键词：曝气扰动内源营养盐流场硝化-反硝化氮转化功能菌群

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不同浓度微囊藻水华在曝气扰动下的光合作用

环境科学与技术 2021年第12期44卷 136-143页

作者：王小冬刘子秋刘兴国秦伯强张玮顾兆俊刘晃中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海200092 上海海洋大学水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室上海201306 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008

水动力扰动可以调控蓝藻水华,该文为研究不同浓度微囊藻水华在曝气扰动下的光合作用,获得适宜的影响微囊藻水华中浮游植物变化的初始藻类浓度,于2019年8月10日-9月15日在玻璃温室中进行曝气扰动实验。实验按微囊藻水华初始的叶绿素a(Chl... 详细信息

水动力扰动可以调控蓝藻水华,该文为研究不同浓度微囊藻水华在曝气扰动下的光合作用,获得适宜的影响微囊藻水华中浮游植物变化的初始藻类浓度,于2019年8月10日-9月15日在玻璃温室中进行曝气扰动实验。实验按微囊藻水华初始的叶绿素a(Chl a)浓度分为低、中、高3个梯度处理组:68.37、468.67、924.09μg/L,浓度从低到高依次编号为处理组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,均进行曝气扰动。结果表明,处理Ⅲ的最大光合作用能力Fv/Fm显著低于处理Ⅰ和Ⅱ(p曝气扰动下,微囊藻水华的光合作用受到初始微囊藻水华浓度的影响:在微囊藻水华初始的Chl a浓度为468.67和924.09μg/L时,微囊藻水华出现显著的绿藻、硅/甲藻的光合作用,即这2个浓度下蓝藻水华的藻类群落结构趋向多样化,有助于对蓝藻水华形成有效控制。

关键词：曝气扰动微囊藻水华光合作用硅藻

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不同浓度的微囊藻水华对曝气扰动的响应

不同浓度的微囊藻水华对曝气扰动的响应

作者：刘子秋上海海洋大学

学位级别：硕士

水体富营养导致的藻类水华尤其是蓝藻水华的发生是我国水环境面临的一个重要问题,需要对蓝藻水华进行控制。我国的主要蓝藻水华种类是微囊藻（Microcystis）水华。水动力扰动可以调控蓝藻水华。为研究不同浓度微囊藻水华对曝气扰动的响... 详细信息

水体富营养导致的藻类水华尤其是蓝藻水华的发生是我国水环境面临的一个重要问题,需要对蓝藻水华进行控制。我国的主要蓝藻水华种类是微囊藻（Microcystis）水华。水动力扰动可以调控蓝藻水华。为研究不同浓度微囊藻水华对曝气扰动的响应,对不同浓度和营养盐水平的微囊藻水华进行曝气扰动,获得影响微囊藻水华中藻类变化的更适宜初始水华浓度。旨在探究曝气扰动条件下,添加营养盐及调节初始叶绿素a（Chla）浓度对微囊藻水华中藻类演替的影响,并且获得最适宜的初始Chla浓度范围,及影响微囊藻水华中藻类演替的因素。（1）高温夏季在玻璃温室中进行了曝气扰动条件下不同的初始微囊藻水华浓度和营养盐添加对微囊藻水华的影响实验。实验按微囊藻水华初始的Chla浓度分低、中、高3个梯度:68.37、468.67、924.09 μg/L,共设6个处理组,分别为3个梯度组额外补充及不补充氮磷营养盐,均进行曝气扰动。结果表明,不补充营养盐时,高浓度水华的最大光合作用能力Fv/Fm显著低于中浓度和低浓度的（P＜0.05）:而补充营养盐后,低浓度蓝藻水华的Fv/Fm维持不变,中浓度和高浓度蓝藻水华的Fv/Fm均显著降低（P＜0.05）。与绿藻、硅/甲藻相比,无论是否添加营养盐,各处理中蓝藻的快速光响应曲线的特征参数值均最低,而绿藻的光响应有突出表现,中、高浓度组的硅/甲藻也有强烈的光响应,即均出现了绿藻、硅/甲藻的生长。显微镜观察也表明蓝藻水华中出现了大量硅藻（菱形藻）生长。实验获得了曝气扰动下,微囊藻水华中出现藻类多样化演替的更适宜的初始水华浓度,即初始Chla浓度为468.67、924.09μg/L的微囊藻水华,无论是否额外添加营养盐,均会出现绿藻、硅/甲藻生长。（2）夏秋交替季节在玻璃温室中进行了不同的初始浓度微囊藻水华对曝气扰动的响应实验。实验按微囊藻水华初始的Chla浓度分5个Chla浓度梯度:424.32、605.32、802.01、1017.92 和 1155.35 μg/L,均进行曝气扰动,这 5 个 Chla浓度梯度从低到高编号依次为处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。结果表明,各个处理Chla由高到低的排序为V＞（Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ）＞Ⅰ（P＜0.05）,其中处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之间没有显著差异（P＞0.05）。各个处理光合作用的Fv/Fm大小由高到低排序为（Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ）＞Ⅰ＞Ⅴ,处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之间没有显著差异（P＞0.05）。根据快速光响应RLC系数,处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ浓度水平的水华中蓝藻无快速光响应,只有处理Ⅴ的蓝藻有快速光响应;处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ浓度水平的水华中绿藻有快速光响应,处理Ⅴ中绿藻的快速光响应低于其余四个处理;处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ浓度水平的水华中硅/甲藻在6～36 d有较强的快速光响应,而处理Ⅴ较其他处理而言对硅/甲藻的快速光响应较弱。The experiment on response of bloomed Microcystis in different concentration to aeration disturbance was carried out in a greenhouse during the process from summer to *** to the initial Chla concentration of the bloomed Microcystis,the experiment set five treatment Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ and Ⅴ,in which the initial Chla concentration were 424.32,605.32,802.01,1017.92 and 1155.35 μg/L,respectively,and aeration disturbance was carried out in each *** results showed that the rank order of Chla content from high to low during the experiment was Ⅴ＞（Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ）and＞Ⅰ（P＜0.05）,and there was no significant difference between treatments Ⅱ,Ⅲ,and Ⅳ（P＞0.05）.The rank order of Fv/Fm value in photosynthesis of all treatments was（Ⅳ,Ⅲ,Ⅱ）＞Ⅰ＞Ⅴ（P＜0.05）,and there was no significant difference between treatments Ⅱ,Ⅲ and Ⅳ（P＞0.05）.According

关键词：曝气扰动微囊藻水华营养盐光合作用藻类演替

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底泥曝气扰动对金鱼藻生长特性的影响

生态科学 2015年第5期34卷 66-70页

作者：王乐阳张翠英贺凤至蔡浩戴青松王同勋徐州工程学院环境工程学院徐州221111 中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116

以金鱼藻为试验材料,通过室内模拟实验研究了不同强度底泥曝气扰动对金鱼藻POD、叶绿素、类胡萝卜素等生长特性的影响。结果表明:不同强度曝气扰动下,金鱼藻的POD、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量呈波动式下降,其中2 m3·h–1曝气强... 详细信息

以金鱼藻为试验材料,通过室内模拟实验研究了不同强度底泥曝气扰动对金鱼藻POD、叶绿素、类胡萝卜素等生长特性的影响。结果表明:不同强度曝气扰动下,金鱼藻的POD、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量呈波动式下降,其中2 m3·h–1曝气强度下变化幅度最小。相关性分析表明,叶绿素a与叶绿素b、类胡萝卜素极显著正相关(P曝气扰动后,POD与类胡萝卜素显著正相关(P曝气时相关性不显著。这说明曝气扰动对水生植物特性有一定影响,可以为水体修复调控提供理论参考依据。

关键词：曝气扰动金鱼藻生长特性

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金鱼藻对不同扰动方式下悬浮物的生理响应

环境工程学报 2016年第1期10卷 473-479页

作者：张翠英王丽萍万蕾张后虎中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116 徐州工程学院环境工程学院徐州221111 环境保护部南京环境科学研究所南京210042

以金鱼藻为研究对象,分析悬浮物不同扰动方式（机械扰动和曝气扰动）、扰动强度以及悬浮物浓度对沉水植物生理特性的影响。结果表明,与曝气扰动相比,机械扰动对金鱼藻生理特性影响显著,搅拌强度的增大,金鱼藻叶绿素a、叶绿素b、类胡萝... 详细信息

以金鱼藻为研究对象,分析悬浮物不同扰动方式（机械扰动和曝气扰动）、扰动强度以及悬浮物浓度对沉水植物生理特性的影响。结果表明,与曝气扰动相比,机械扰动对金鱼藻生理特性影响显著,搅拌强度的增大,金鱼藻叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和POD活性不断下降,60 r/min时下降最快,搅拌强度与POD活性显著负相关。曝气扰动在前期促进金鱼藻的生长,后期抑制其生长,曝气强度4 m3/h时,金鱼藻生理指标降低最大,曝气强度与金鱼藻生理特性相关性不显著。随悬浮物浓度升高,金鱼藻叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量先升高后下降,金鱼藻生长最适悬浮物浓度为0.4~0.8 g/L。

关键词：悬浮物机械扰动曝气扰动金鱼藻生理特性

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2种曝气条件对附着硅藻生长的影响

湖南农业科学 2022年第9期 27-33页

作者：王小冬刘兴国田亿吴含含车轩朱林中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海200092 湖南农业大学动物科学技术学院湖南长沙410128

为研究富营养条件下不同曝气条件对附着藻类的影响,冬季在玻璃温室中给富营养水体(由少量饲料腐烂液、少量的微囊藻水华和自来水混合而成,水体初始叶绿素a浓度为112.04 μg/L)加温(平均温度26.3℃),同时设置空气(对照组)和纯氮气(处理... 详细信息

为研究富营养条件下不同曝气条件对附着藻类的影响,冬季在玻璃温室中给富营养水体(由少量饲料腐烂液、少量的微囊藻水华和自来水混合而成,水体初始叶绿素a浓度为112.04 μg/L)加温(平均温度26.3℃),同时设置空气(对照组)和纯氮气(处理组)2种持续曝气处理,考察不同处理水质指标、浮游植物和附着藻类的差异。结果表明:冬季加温至26.3℃和不同曝气扰动条件下,处理组的DO显著低于对照组(P0.05),其优势属均为菱形藻属(Nitzschia)和异极藻属(Gomphonema)。这表明在富营养条件下采用不同曝气扰动时,容易大量出现附着硅藻生长,并且氮气曝气形成的低DO条件更有利于硅藻大面积附着生长;附着硅藻的生长可能与富营养条件、曝气扰动等因素有关。这为富营养条件下通过曝气培养附着硅藻提供了研究思路和有益借鉴。

关键词：蓝藻水动力弱光照曝气扰动附着硅藻