重金属对厌氧污泥电子传递体系活性影响研究

以2-氯酚（2-CP）厌氧降解污泥电子传递体系(ETS)活性为考察对象,研究了3种典型重金属元素Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺对ETS活性的影响,并比较了驯化过程对提高厌氧微生物抗重金属毒性的作用.重金属离子对厌氧污泥呼吸活性的抑制作用发生很快,在0.25 h内就已表现出来,并随金属浓度的增加而加剧.驯化前,3种金属的作用均表现为抑制,抑制作用的强弱顺序为Ni²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺,抑制强度与金属离子在水溶液中的含量成正相关关系.采用低浓度金属离子驯化的方法可以有效改善重金属毒性.驯化后,Cu²⁺毒性的降幅约为10%,Cd²⁺毒性的最大降幅超过40%,Ni²⁺对污泥ETS活性的作用则基本表现为促进,最佳促进浓度约为70　mg/L.Ni²⁺对ETS活性的特殊激活作用可能与其能形成正四面体结构的络合物有关.驯化作用对改善金属毒性的效果：Ni²⁺>Cd²⁺> Cu²⁺.     

Cd2+、Cu2+和Zn2+对人工湿地反硝化作用的影响

实验室研究了 3种重金属离子 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺对人工湿地反硝化作用的影响 .以 100、500、1000 mg/kg剂量的 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺处理人工湿地土壤样品 ,检测其 N₂O的产生 .结果表明 ,3种金属离子的 500、1000mg/kg处理组土样 N₂O的产生均显著降低 ,各金属离子抑制 N₂O产生的程度顺序为 Cd²⁺>Zn²⁺>Cu²⁺,这与 3种金属离子在土样中的有效态浓度顺序是一致的 ,反硝化微生物在处理过程中逐步产生了对重金属离子的耐受性 ,500、1000mg/kg处理组样品的 NH⁺₄- N浓度较对照组显著升高提示部分 NO^-₃- N由于反硝化过程的抑制而异化性还原为 NH⁺₄-N.     

海洋赤潮生物原甲藻对重金属的富集机理

为了探讨海洋赤潮生物原甲藻及其藻壁多糖的重金属富集机理,用赤潮生物海洋原甲藻Prorocentrum micans活藻体和甲醛杀死的藻体分别进行重金属离子Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cd²⁺的生物吸附实验.重金属生物吸附动力学研究表明,吸附过程可在30min内完成,pH对吸附的影响较大,适宜范围是5.0以上.用热水法提取的藻体多糖对上述6种离子的混合液吸附量约为藻体的5倍,比较藻体与多糖对6种离子的吸附结果可知,藻体对金属离子的吸附主要是藻壁多糖的作用,红外研究表明,-OH和-CONH₂基是吸附的活性中心.机理研究对于利用赤潮生物进行重金属废水处理、赤潮的化学治理以及研究海水中重金属离子的迁移转化规律有重要的意义.     

闽江福州段湿地沉积物重金属吸附-解吸特征及其对酸沉降变化的响应

选择闽江福州段为研究对象,通过采集淡水河段（A、B）、城市河段（C、D）和河口区（E、F）6个样点的沉积物柱样,探讨了湿地沉积物重金属的吸附-解吸特征及其对酸沉降变化的响应.结果表明,Langmuir吸附等温方程可较好地拟合不同河段湿地沉积物吸附4种重金属（Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺）的热力学过程（R²≥0.71）.不同样点对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附能力整体以河口区最高,城市河段次之,淡水河段最低, 解吸能力则与之相反,这主要与沉积物颗粒组成（黏粒）及pH值的差异有关.从淡水河段至河口区（A~F）,不同样点0~40 cm土层对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的解吸量均随吸附量的增加而升高.随着pH值的增加,Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附量整体均呈逐渐增加趋势,解吸量则与之相反.不同样点沉积物重金属吸附-解吸特征对酸沉降的响应并不明显,这主要与不同样点的空间异质性较大有关.研究发现,在未来闽江福州段 硫酸型酸沉降发生频次增加的情况下,A、B样点所处淡水河段的沉积物可能更有利于重金属离子游离于沉积物的孔隙水中,从而增加该河段重金属的污染及生物毒性风险.     

纳米Fe3O4负载的浮游球衣菌去除重金属离子的工艺研究

以纳米Fe₃O₄负载浮游球衣菌（Sphaerotilus natans）制备复合生物吸附剂,对此吸附剂进行表征并考察了其吸附水中重金属离子的性能.红外光谱分析表明,此复合生物吸附剂表面的主要活性基团为酰胺基（—CONH—）和羟基（—OH）.吸附性能研究表明,菌含量和流量是影响复合生物吸附剂吸附重金属离子的主要因素,在Cu²⁺初始浓度c₀<20 mg/L,菌含量1.5 g/L（菌/ Fe₃O₄＝3∶2）,流量0.96 L/h 时吸附剂对Cu²⁺的吸附效果最好;用稀盐酸对复合生物吸附剂进行再生,吸附剂可重复使用10次以上,再生液可重复使用3次; 吸附选择性为：Pb²⁺ > Cu²⁺ > Zn²⁺>Cd²⁺.     

核桃青皮生物炭对重金属的吸附效应分析

以核桃青皮为原料,分别在300、500和700℃的条件下经过限氧热解制备了核桃青皮生物炭WP300、WP500和WP700,并应用于溶液中Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的吸附去除.结果表明,中等热解温度下的WP500具有最高的重金属吸附性能,且在溶液初始pH为8时吸附效果最佳,对Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的去除率分别为97.87%、99.78%和71.15%.不同吸附体系下所需的生物炭投加量不一致,在单一金属体系中,WP500对Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的最佳投加量为1.3、2.1和1.9 g ·L^-1,而在复合污染体系下,生物炭最佳投加量为5.1 g ·L^-1.此外,在单一和复合重金属反应体系中,WP500对3种重金属的吸附量均呈现出Pb²⁺>Cu²⁺>Cd²⁺的规律,且在竞争吸附条件下,3种吸附质之间不存在协同或拮抗作用.等温吸附模型拟合结果显示,WP500对Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺的固定方式较为多元,而动力学拟合结果则证明了WP500与Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺之间主要是化学吸附.分析表明核桃青皮生物炭对3种重金属的吸附机制涉及孔隙填充、静电吸附、离子交换、矿物沉淀、官能团络合和π-π电子供体-受体相互作用.本研究为核桃青皮的资源化利用提供了一种新的视角.     

闽江河口湿地土壤对痕量元素吸附-解吸特征及其对pH值变化的响应

选择闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地及二者交错带湿地为对象，研究了湿地土壤痕量元素的吸附-解吸特征及其对pH值变化的响应.结果表明，3种湿地土壤对Cr⁶⁺、Ni²⁺和Cd²⁺的吸附能力及其对Cr⁶⁺和Ni²⁺的最大缓冲容量均表现为短叶茳芏湿地低于交错带湿地和芦苇湿地；对Cu²⁺和Zn²⁺的吸附能力和最大缓冲容量在0~30 cm土层均以芦苇湿地较高，而在30~60 cm土层以短叶茳芏湿地较高.导致3种湿地土壤对痕量元素吸附能力差异的原因主要与土壤颗粒组成和pH值的差异有关.Langmuir吸附等温方程可较好地拟合湿地土壤吸附Cr⁶⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的热力学过程（R²≥0.82）.3种湿地土壤中Cr⁶⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的解吸量均随吸附量的增加而增加，二者呈显著正相关（p<0.05或p<0.01），且其解吸过程均存在滞后现象，说明吸附过程的作用力较解吸过程强.随着pH值的增加，3种湿地土壤对Cr⁶⁺的吸附量均呈波动降低变化，对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附量整体均呈增加趋势；而Cr⁶⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的解吸量对pH值变化的响应与之相反.研究显示，在未来闽江河口硫酸型酸沉降发生频次增加的情况下，相对于短叶茳芏湿地，芦苇湿地和交错带湿地对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附量将大幅降低，而解吸量将有所增加，说明Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺将更易游离于这两种湿地的土壤孔隙水中，进而可能增加其对植物或土壤生物的生态毒性风险.     

典型金属离子对漆酶催化降解溴代阻燃剂四溴双酚A的影响研究

研究了自然环境、垃圾渗滤液及工业废水中广泛存在的金属离子对真菌漆酶（Trametes versicolor）酶活性以及对漆酶催化降解典型溴代阻燃剂四溴双酚A（TBBPA）的影响.金属离子包括Na⁺、K⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Hg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Al³⁺能抑制漆酶酶活性和降低TBBPA的降解转化率,抑制效应随着金属离子浓度的升高而增大;Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺则对漆酶活性和TBBPA去除率均没有显著影响.金属离子的抑制作用主要是通过干扰漆酶的电子传递过程产生的.其中,Fe²⁺和Hg²⁺的抑制效应尤为明显,而二者的抑制机制不同,Fe²⁺竞争消耗O₂,Hg²⁺则通过与漆酶结构中氨基酸络合,改变其构型从而抑制其活性.此外,通过加入介体物质2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）、2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物（TEMPO）等物质能够显著提高金属离子存在下漆酶对TBBPA的去除率.     

Effect of transition metal doping under reducing calcination atmosphere on photocatalytic property of TiO2 immobilized on SiO2 beads

TiO₂ immobilized on SiO₂ (TiO₂/SiO₂) have been prepared by sol-gel method and various ions of transition metals (Cr³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, and Zn²⁺) were doped on the photocatalyst using wet impregnation method under reducing calcination atmosphere. The photocatalytic activity of metal doped TiO₂/SiO₂ towards phenol degradation under black light irradiation were investigated and compared with undoped TiO₂/SiO₂. The results showed that the photoresponse of Cu²⁺ and Zn²⁺ doped TiO₂/SiO₂ were larger than undoped TiO₂/SiO₂, indicating that the photogenerated carriers were separated more efficiently in Cu²⁺ and Zn²⁺ doped TiO₂/SiO₂. The reactivity was in the order of Cu²⁺ > Zn²⁺ > Ni²⁺ > Cr³⁺ > Co²⁺. The different photoreactivity was ascribed to combine effect of the different ionic radii and photocorrison tendency of the dopants. The sample was also characterized by surface analytical methods such as X-ray diffraction, scanning electron micrograph/electron dispersive X-ray analyzer and UV-Vis absorption spectrum.     

城市污染河道沉积物AVS与重金属生物毒性研究

采集珠江三角洲典型城市污染河道佛山水道表层沉积物和上覆水样品,测定了沉积物AVS,Eh,SEM_Pb,SEM_Cd,SEM_Cu,SEM_Zn,SEM_Ni,SEM_Cr,及上覆水Eh,DO.同步进行了底栖动物调查,结合调查结果分析了城市污染河道沉积物AVS与重金属生物毒性的关系.主要研究SEM-AVS判据在判断城市重污染河道重金属生物有效性方面的作用.所测AVS最大值为69.579 μmol/g,最小值为0.339 μmol/g,均值为20.283 μmol/g;各采样站位∑SEM₅（SEM_Pb,SEM_Cd,SEM_Cu,SEM_Zn,SEM_Ni之和）最大值为23.067 μmol/g,最小值为1.062 μmol/g;底栖动物种类和数量均较少,且基本为耐污种,优势种为水丝蚓.13个采样站位中,∑SEM₅-AVS<0的有9个,MDS分析结果显示：这9个站位中的7个底栖动物群落结构相似程度高.这表明重污染河道沉积物重金属的生物毒性与SEM-AVS的值关系密切,SEM-AVS判据在判断重污染区域重金属的生物毒性方面具有较大作用;同时说明重污染河流重金属生物毒性比较复杂,不能完全由SEM-AVS解释.     

重金属与富里酸的竞争络合作用对其在多孔介质中运移的影响

为了研究在土壤地下水环境中运移时,多种重金属在可溶性有机质上的竞争络合作用,于阜新彰武采集草炭土并提取富里酸(FA),通过柱实验,分析了重金属与FA在多孔介质(石英砂柱)中共同运移时,FA对重金属Zn~(2+)、Cd~(2+)和Pb~(2+)运移的促进或抑制作用,以及这些重金属在FA上的竞争作用。结果表明,FA与单一组分重金属(Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+))在多孔介质中共同运移时,运移能力大小排序为Zn~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+);与两组分重金属(Zn~(2+)+Pb~(2+)、Zn~(2+)+Cd~(2+)、Pb~(2+)+Cd~(2+))共同运移时,Zn~(2+)会抑制Pb~(2+)和Cd~(2+)的运移,Cd~(2+)会抑制Zn~(2+)和Pb~(2+)的运移,Pb~(2+)会促进Zn~(2+)和Cd~(2+)的运移;与三组分重金属(Zn~(2+)+Pb~(2+)+Cd~(2+))共同运移时,竞争运移的能力大小为Zn~(2+)Cd~(2+)Pb~(2+)。     

重金属对土壤—植物系统中氮的转化与NO3-淋失影响的研究

本项研究采用“微宇宙”方法,在实验室植物生长箱可控条件下,进行动态模拟实验。实验选择了七种重金属,按照土壤阳离子代换量计算出三种不同等级的土壤重金属剂量,研究它们对京津渤地区典型土壤(碳酸盐草甸土)中氮的转化与NO_3~-淋失影响。实验结果表明:七种重金属对该类土壤中氮的转化与NO_3~-淋失量有明显影响,但其表现的程度和特征有很大差异。其作用强度的次序为:Hg~(2 )>>Cd~(2 )>>Ni~(2 )>>Zn~(2 )>Pb~(2 )>Cu~(2 )>Cr~(3 )。各重金属作用的持续时间不同:Hg~(2 )、Cd~(2 )达7—11周以上,而其余重金属在4—7周。实验结论:本地区碳酸盐土壤虽然对重金属有较大的容量,但从土壤—植物系统污染生态学角度,仍可选择NO_3~-作为一项反映重金属对土壤生态毒性的早期诊断指标。     

新型钛酸钠填料对Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的竞争吸附研究

以钛酸钠纳米纤维为原材料制备新型钛酸钠填料,对水体中常见的重金属(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+))进行竞争吸附实验研究,分析了四元、三元及双组分竞争吸附的选择性吸附特性,并探讨了4种金属离子在钛酸钠填料上的相互作用关系.结果显示,初始浓度较低时,4种离子之间的相互影响差异性不明显;随着初始浓度的升高,4种离子的竞争吸附分配系数都呈下降的趋势,竞争吸附系数大小顺序为:Pb~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cd~(2+),这与重金属离子的第一水解常数大小顺序一致.竞争吸附结果表明,水中存在Pb~(2+)时,其余3种离子的吸附都会被抑制,尤其对Zn~(2+)和Cd~(2+)的抑制更显著,即在钛酸钠填料上Pb~(2+)的竞争吸附能力最强,Cu~(2+)次之,而Zn~(2+)和Cd~(2+)的竞争吸附能力较弱,其吸附过程容易受到其他二价金属离子的抑制.     

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

高选择性基因工程菌E.coli SE5000生物富集水体中的镍离子

利用基因工程菌E．coli SE5000对水体中的镍离子进行富集研究．菌体细胞对Ni^2 的富集速率很快,富集过程满足Langmuir等温线模型．经基因改造的基因工程菌不仅最大镍富集容量与原始宿主菌相比增加了4倍多,而且对pH值的变化呈现出更强的适应性．对离子强度及其它共存重金属离子的影响的实验结果表明：Na^ ,Ca^2 ,Cd^2 ,Pb^2 的影响较小,但Mg^2 ,Hg^2 ,Cr^3 和Cu^2 所引起的负面效应较大．金属螯合剂EDTA的存在对基因工程菌的富集行为影响很大．     

生物毒性测试微孔板MTOXPlate的分析性能研究

采用以11种微生物为指示生物的毒性测试微孔板MTOXPlate,以污染物对微生物细胞的脱氢酶活性抑制为测试终点,对重金属Hg2+、Cd2+、Cr6+、Pb2+,酚类化合物2,4-二氯酚(2,4-DCP)、邻氯苯酚(2-CP)、对氯苯酚(4-CP)、邻硝基酚(2-NP)、对硝基酚(4-NP)及地表水、生活污水、印染废水的生物毒性进行分析.结果表明,MTOXPlate生物毒性测试微孔板具有良好的毒性分析性能,Hg2+、Cd2+、Cr6+和Pb2+的EC50值分别为0.617、21.05、35.21和11.22 mg·L-1,2,4-DCP、2-CP、4-CP、2-NP和4-NP的EC50值分别为27.26、64.29、44.19、85.89和33.84 mg·L-1.MTOXPlate分析得到地表水原水的抑制率均小于20%,生活污水的EC50值为62.19%,印染废水的EC50值为16.42%,表明生物毒性测试微孔板MTOXPlate能真实地反映地表水、生活污水和印染废水的毒性情况.     

大肠杆菌IscA膜表面表达菌株在吸附水体重金属中的应用

为构建一种能够高效、同时吸附水中多种重金属离子的大肠杆菌,利用融合蛋白表达技术,首先将大肠杆菌前脂蛋白信号肽Lpp、膜蛋白OmpA的N端部分氨基酸和铁硫簇组装蛋白IscA的编码基因序列进行融合,构建pET-Lpp-OmpA-IscA表达载体,将此载体导入大肠杆菌BL21菌株.在IPTG诱导下,IscA蛋白可表达于细胞膜表面.然后对IscA膜表面表达菌株对重金属的吸附能力进行评估,包括测定最大吸附容量、绘制吸附浓度依赖曲线和时间依赖曲线,以及对菌株清除工业污水中重金属的性能进行初步探索.研究结果表明,与本底对照菌株相比,IscA蛋白在细胞膜表面表达能够使菌株对水中的Cu~(2+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、As~(3+)、Co~(2+)、Hg~(2+)这7种重金属的吸附能力提高2～5倍不等,并且在pH为6～8范围内保持其吸附能力基本不变.此菌株能够在30 min内将各种重金属溶液中超标5倍的金属含量降低至最大允许排放浓度以下,并且对吸附的重金属具有不同程度的回收能力和菌株再生能力.此外,该菌株能够同时吸附工业污水中的多种重金属,有效降低各种重金属含量.因此,利用膜表面表达技术对大肠杆菌进行改造,成功提高了大肠杆菌对多种重金属的吸附能力,为利用微生物治理环境重金属污染提供了良好的应用前景.     

硫杂冠醚的合成及其对废水中Ag(I)的选择性萃取研究

针对当前含银废液综合回收利用率低,以及不当排放造成严重环境污染等问题.本研究以邻苯二酚为原料,经亲核取代、酰氯酰化、缩合反应制得一种全新结构硫杂冠醚7,10-二硫杂苯并-18-冠-6(硫杂冠醚3,Thia18C6),产物经核磁共振氢谱(~1H NMR)、X-射线衍射单晶进行了结构表征,进而采用溶剂萃取的方法考察了其对不同金属离子的选择性萃取能力.结果表明,在单一体系下,Thia18C6对银离子表现出较为优异的萃取能力,萃取率可达97.68%,而在多种杂质离子(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)和Ni~(2+))共存的复杂体系中,Thia18C6对银离子表现出了较强的选择性.     

含vgb基因的重组毕赤酵母菌对重金属离子的吸附解吸特征

酵母因为其比表面积大、密度高被广泛用于水体中重金属的吸附.本文研究比较野生毕赤酵母KM71及含有vgb基因的重组毕赤酵母KM71对重金属Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附解吸特性,并研究混合金属离子对酵母菌吸附性能的影响.不同金属离子均在2 h达到吸附解吸平衡,酵母菌对不同种类金属离子的吸附具有选择性,温度和pH变化对毕赤酵母吸附重金属影响较小.重组毕赤酵母菌对重金属的抗性更强.通过对环境因素及复合剂的优化,得到对重金属镉、镍、铅具有高效吸附性能的重组酵母菌,重组酵母菌对单元素溶液中Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为10.56、17.68和20.14 mg·g^-1,对三元金属混合溶液中的Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为8.28、9.89和19.99 mg·g^-1.通过条件优化重组毕赤酵母对Ni²⁺、Cd²⁺和 Pb²⁺的吸附率分别提高了15.14%、21.04%、18.47%,吸附量分别提高了11.26、13.43、22.90 mg·g^-1.本试验为促进酵母菌在处理重金属污染废水中的广泛应用提供了科学依据.