微生物诱导碳酸盐沉淀对水体磷的去除作用

由于人类活动的影响,磷的过量排放日益严重,引发水体富营养化,进而导致水质恶化以及水生生态系统失衡,因此,建立有效去除环境水体磷的方法十分重要。微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)作为一类新颖的生物修复技术,已经被广泛应用于水体重金属的去除处理。然而,有关MICP是否适用于水体磷的去除,尚不得而知。该研究评估了利用巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)催化尿素水解进行MICP去除不同浓度磷酸根(150～400 mg/L)的效果。实验结果表明,当添加Ca²⁺激发MICP时,溶液中磷酸根可以在2 h内被快速去除,不同初始磷酸根浓度体系(150、300和400 mg/L)的去除率分别可达95.4%、87.72%和72.05%。反应结束后收集生物沉淀并进行矿物学表征。结果显示：在低磷条件下(150和300 mg/L),磷酸根主要以吸附方式被微生物成因方解石从溶液中去除;而在高磷条件下(400 mg/L),磷酸根除了被矿物表面吸附外,还通过生成羟基磷灰石和含磷方解石的共沉淀形式去除。该研究显示MICP是一种可实现水体磷去除和固定的潜在途径。     

无机离子与胡敏酸对零价铁去除水中Pb（Ⅱ）、Hg（Ⅱ）的影响

研究了Ca2+、Cl-和胡敏酸(HA)对零价铁(ZVI)去除水中Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)的影响及其动力学特征,应用X-射线衍射分析(XRD)初步探讨了ZVI对Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)的去除机制.结果表明,ZVI主要通过吸附-共沉淀作用去除水中的Pb(Ⅱ),氧化还原作用去除Hg(Ⅱ).随着Ca2+浓度的增加,Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的去除率分别呈逐渐升高和轻微下降的趋势;增加Cl-浓度有利于Hg(Ⅱ)的去除,但Pb(Ⅱ)去除率增加不明显;Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)去除率随HA浓度的增加分别呈缓慢升高和缓慢下降的趋势.当Cl-、Ca2+和HA共存时,Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)的去除率分别达到99.71%和97.95%.在Cl-、Ca2+、HA单独存在和共存时,ZVI去除Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)的过程均符合准一级反应动力学特征;Pb(Ⅱ)的去除速率常数以5 mg·L-1HA单独存在时最大(0.0240 min-1),而Hg(Ⅱ)以0.80 mmol·L-1Ca2+单独存在时最大(0.0169 min-1).     

螯合剂和生物表面活性剂对 Cu、Pb污染塿土的淋洗修复

螯合剂和生物表面活性剂由于其具有较强的螯合、增溶等特征而被广泛用于土壤中重金属、有机物污染的修复,为探明其对石灰性土壤中重金属污染的修复效果,选用螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CIT)以及生物表面活性剂二鼠李糖脂(RL2)作为淋洗剂,采用批实验和柱实验方法,研究了3种淋洗剂以及生物表面活性剂与螯合剂复合对塿土中Cu、Pb的淋洗修复效果.结果表明,不同淋洗剂对塿土中Cu、Pb的淋洗百分率大小表现为EDTA>CIT>RL2,在淋洗剂浓度为0.02mol.L-1时,3种淋洗剂淋洗Cu的百分率分别为62.74%(EDTA)、52.28%(CIT)和15.35%(RL2),淋洗Pb的百分率分别为96.10%(EDTA)、23.08%(CIT)和14.42%(RL2).当RL2浓度在100 CMC时,其对EDTA、CIT淋洗Cu具有协同增溶作用;而当RL2浓度在200 CMC时,对EDTA和CIT淋洗Cu表现为拮抗作用.RL2与EDTA复合对Pb的淋洗影响类似于对Cu的影响;而RL2的存在抑制了CIT对Pb的淋洗作用.EDTA、CIT能有效去除污染塿土中交换态、吸附态、碳酸盐结合态和有机结合态的Cu、Pb;RL2可以去除塿土中交换态、吸附态结合的Cu、Pb.     

改性聚合硫酸铁去除微污染水中Pb2+的影响因素

以改性聚合硫酸铁(MPFS)为混凝剂,对微污染水源水中微量Pb2+的去除进行了研究.考察了水的pH值、MPFS投加量、Pb2+初始浓度和源水浊度等因素对Pb2+去除的影响.结果表明,在pH>6的条件下,当源水中Pb2+浓度为0.1mg/L时,投加3.00mg/L的MPFS(以Fe计),可使水中Pb2+的去除率达到90％以上,满足生活饮用水水质指标;当水中Pb2+初始浓度较高时,适当增加MPFS投加量,即可使Pb2+得到有效去除.     

耐受铅真菌的筛选及其对Pb2+吸附的初步研究

从铅锌矿周围土壤样品中分离、筛选出一株耐铅真菌(命名为PY),对菌株进行了形态观察、生理生化实验及18SrRNA序列分析,并对该菌株的生物吸附性能进行了分析试验.结果表明,菌株PY为镰刀菌属(JQ267373),该菌株在Pb2+浓度550mg·L-1、湿菌量10g·L-1、pH=5.5、25℃、160r·min-1的条件下振荡吸附75min时,对Pb2+的吸附率可达到84%,吸附量为46.2mg·g-1.在Pb2+浓度为750mg·L-1时,其吸附率为77.9%.在25℃时,菌株PY对Pb2+的吸附模型符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程.     

场地重金属污染土壤固化及MICP技术研究进展

冶炼场地土壤重金属污染是亟待解决的重要环境问题.固化修复技术因其修复时间少、成本低、处理效率高已成为污染场地重金属修复的主流技术之一.总结了近10年来有关固化修复场地重金属污染的最新研究进展,从重金属固化修复机制入手,对比分析了不同固化方式[无机材料固化、有机材料固化、机械球磨和微生物诱导碳酸盐成矿（MICP）]的优缺点及其适用范围.随后,根据文献计量学分析所呈现的研究重点及发展趋势,从MICP在重金属修复中的应用、MICP复合材料在污染场地中的应用和MICP技术应用的影响因素这3个方面对微生物诱导碳酸盐沉淀技术固化场地重金属污染的应用前景及限制因素进行了总结和阐述.最后提出了土壤固化研究的前景和挑战,以期为场地土壤固化技术的未来发展提供借鉴参考.     

铅对河南华溪蟹卵巢抗氧化酶活力和脂质过氧化水平的影响

采用亚急性毒性实验方法,研究了铅(Pb2+)对河南华溪蟹(Sinopotamon henanense)卵巢组织抗氧化酶活性与脂质过氧化产物的影响.实验设置了5个Pb2+浓度组(3.675、7.35、14.70、29.40和58.80mg·L-1)和1个空白对照组,在3个染毒时间(5、10和15d)下对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活力和丙二醛(MDA)含量进行了测定.结果显示,在不同浓度和不同暴露时间下,铅对河南华溪蟹卵巢SOD、CAT、GPx活力及MDA含量均有明显的影响.SOD、CAT活力表现为低浓度诱导激活,高浓度抑制,即先升后降的变化规律,GPx活力在5d和10d时表现出先升后降的趋势,在15d时活力不断下降,且SOD在10d、14.70mg·L-1Pb2+浓度组,CAT在5d、7.35mg·L-1Pb2+浓度组,GPx在10d、3.675mg·L-1Pb2+浓度组分别升至峰值,而卵巢MDA含量随染毒时间的延长和染毒浓度的升高逐渐增多,且在15d、58.80mg·L-1Pb2+浓度组中较对照组差异极显著。结果表明,Pb2+暴露对河南华溪蟹卵巢产生了明显的氧化胁迫作用,且抗氧化酶和脂质过氧化物水平可以作为重金属对水生生物毒理学研究的生物标志物.     

新型改性磷灰石水处理剂去除废水中铅离子的研究

文章对一种颗粒状废水处理剂去除水溶液中Pb2+进行了研究。考察pH值、温度、处理时间、Pb2+浓度、水处理剂的用量、比表面积及颗粒大小等因素对去除Pb2+能力的影响。研究的结果表明:水处理剂去除水溶性Pb2+的主要作用机理为溶解沉淀过程;反应速率在pH2.5～5.5范围内与pH呈负线性相关,与Pb2+浓度呈正相关关系。较低的pH值,较长的处理时间和较高的反应温度可以适当提高水处理剂去除Pb2+能力,最大可达253.2mg/L;水处理剂粒度在1～5mm之间,比较符合生产的要求。比表面积与去除Pb2+能力呈正相关关系,可作为水处理剂去除重金属离子能力强弱的重要评判标准之一。     

微生物诱导碳酸盐沉淀及其在固定重金属领域的应用进展

生物矿化已受到化学、物理、生物、材料、医学、生命及环境等多学科的广泛关注,其中,以尿素为底物的MICP（微生物诱导碳酸盐沉淀）技术是生物矿化领域的研究热点之一.在分析MICP过程中的酶解机理和生物大分子在微生物矿化过程中的作用基础上,通过对重金属离子的矿化产物和碳酸盐矿化菌的成矿因素分析,揭示MICP矿化产物的特征及形成条件.碳酸盐矿化菌主要产生脲酶分解尿素,增加土壤CO₃2-饱和度,其代谢产生的胞外聚合物具有多种功能团组合和键能连接,起着调控生物矿化的作用.MICP技术可用于固定土壤和水体中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属,重金属主要以共沉淀的形式被固定,阴阳离子型重金属以类质同象置换方式分别占据方解石中的CO₃2-位和Ca2+位,从而促使污染土壤中的可交换态重金属向碳酸盐结合态转移.但是,MICP技术主要针对减少重金属的生物可利用性,不能满足以全量来计算的现行土壤环境质量标准,且MICP技术在长期有效性、生物安全性和土壤理化性质等方面存在诸多隐患.因此,由试验条件转向实际应用具有一定挑战.建议寻找更稳定的方法以阻止碳酸盐矿物中的重金属溶出,且有必要将开发高效的土著微生物复合菌剂作为未来MICP研究的方向之一.      

化学沉淀法处理含铅废水的最佳工况研究

铅作为一种重金属对自然生态环境和人体健康都有极大的威胁。以武汉银泰电池厂铅酸电池废水和模拟含铅废水为研究对象,研究了这2种废水在化学沉淀法中的最佳pH,并考察了温度对铅去除效果的影响,在pH=7.5~11.5时实际废水在化学沉淀法中达到最佳工况,而模拟废水达到最佳工况时的pH为10.0~11.5。表明在实际废水中除OH-与Pb2+结合形成Pb(OH)2沉淀外,其他铅的难溶盐的生成、絮凝剂的形成、固体悬浮物的吸附作用以及共沉淀作用都可能使废液中的铅去除更快更完全。同时发现温度升高虽不利于Pb(OH)2沉淀的生成,但有利于实际废水中铅的去除。     

基于高通量测序检测Pb污染对三叶草根际土壤细菌多样性的影响

为了研究Pb污染对根际土壤微生物多样性的影响,揭示根际微生物对Pb胁迫的适应性机制,通过盆栽试验模拟轻度[w（Pb）为300 mg/kg]、中度[w（Pb）为600 mg/kg]和重度[w（Pb）为900 mg/kg]Pb污染土壤环境,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,测定了不同w（Pb）处理下三叶草根际土壤中细菌群落的丰度和组成.结果表明:①共检测到37个门,其中变形菌门为优势菌群,占比为50.7%~53.9%,其次为拟杆菌门、酸杆菌门和疣微菌门. ②共检测到623个属,其中鞘氨醇单胞菌属为优势菌属,占比为17.1%~19.4%. ③中度Pb污染土壤样本中细菌的多样性最高,重度Pb污染土壤样本中的细菌数量最少,并且其群落组成与其他处理差异最大.研究显示,重度Pb污染会显著抑制三叶草根际土壤样本中细菌的生长,降低土壤样本中细菌总量及其群落的多样性,但中度Pb污染会提高土壤样本中细菌群落的多样性. Pb污染会改变三叶草根际土壤样本中细菌群落组成和丰度,不同类型细菌对Pb污染土壤的适应性不同.根际土壤样本中Gp1菌群的丰度随着土壤w（Pb）的增加而增加,说明Gp1菌群可能是具有Pb污染抗性的优势菌群.      

海洋环境重金属污染生物修复研究进展

综述了近年来国内外利用海藻、海洋细菌以及海洋植物等不同类型海洋生物资源修复重金属污染的研究进展,对重金属海洋生物修复过程的影响因素和作用机理方面的研究成果进行了分析讨论,并在此基础上指出今后应在高性能海洋细菌筛选、与海洋环境相关影响因素对重金属生物修复过程的影响以及海洋生物对重金属离子富集机制等方面进行深入研究。     

地下水铅污染修复技术应用与研究进展

铅是地下水重金属污染中的主要元素,目前的修复技术主要分为物理屏蔽法、抽出处理法和原位修复法。抽出处理法包括物理、化学和生物的方法,原位修复法是目前该领域的主要研究方向,包括渗透反应格栅、生物修复以及动电处理技术等。文章介绍了铅污染的主要来源及对环境和人体造成的危害,结合近几年国内外有关地下水铅污染的主要科研成果,对各种修复技术的原理、优缺点进行了综合的述评,并对今后的研究方向提出了一点建议。     

接种丛枝菌根真菌对雌雄美洲黑杨吸收铅镉的影响

以雌雄美洲黑杨(Populus deltoides)为研究对象,砂培条件下,研究接种丛枝菌根真菌(Glomus intraradices)对受Pb污染(200 mg·kg-1)、Cd污染(10 mg·kg-1)及复合污染的雌雄美洲黑杨Pb和Cd的富集与分配特征的影响,关注Pb/Cd复合污染独特的环境效应.结果表明:1未接种丛枝菌根真菌条件下,与单一污染相比,复合污染增加了美洲黑杨雄株叶、粗根、细根Pb和Cd含量;复合污染增加了雌株叶片中Pb和Cd含量,却降低了粗根和细根中Pb和Cd含量;复合污染条件下雄株Pb和Cd向地上部分器官的迁移率分别增加135%和78%,雌株则分别增加52%和18%.2复合污染条件下,接种丛枝菌根真菌引起雄株Pb和Cd富集系数分别增加87%和6%,雌株则分别增加171%和65%;雄株Pb和Cd向地上部分器官的迁移率降低65%和69%,雌株则分别降低59%和53%.3Pb污染条件下,接种丛枝菌根真菌的雌雄之间Pb积累量没有显著差异;Cd污染条件下,接种丛枝菌根真菌的雄株总Cd积累量是雌株的1.7倍;复合污染条件下,接种丛枝菌根真菌的雌株Pb和Cd总积累量分别是雄株的1.3和1.2倍.本研究表明,接种G.intraradices能提高美洲黑杨的Pb和Cd积累能力,对于不同污染条件下,应根据实际情况选择合适的杨树性别进行造林和生态修复.     

几种有机物料对设施菜田土壤Cd、Pb生物有效性的影响

利用风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料,采集陕西关中地区设施菜田土壤,通过2014~2015年两季盆栽模拟试验,研究了3种有机物料在设施菜田土壤重金属Cd、Pb单一和复合污染条件下对Cd、Pb生物有效态等赋存形态的影响,探究风化煤、草炭和生物炭对设施菜田重金属Cd、Pb污染土壤修复的可行性.结果表明,风化煤显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量,达11.9%(P0.05),并使Pb有效态含量显著降低达83.5%以上(P0.05);对Cd、Pb的交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和分别降低了26.4%~34.4%和12.0%~34.5%.草炭显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量18.9%(P0.05),分别显著降低了Pb单一和Cd、Pb复合污染土壤中Pb有效态含量2.7%和7.2%(P0.05),对Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态三者之和分别降低了15.8%和14.6%.生物炭提高了土壤p H 0.03~0.08个单位,分别降低了Cd有效态、Pb有效态含量4.7%~15.0%和1.0%~6.8%,Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和降低了11.9%~66.6%.风化煤、草炭和生物炭使番茄地上部对Cd的累积量显著降低15.0%~38.0%(P0.05),使复合污染条件下番茄地上部对Pb的累积量显著降低17.9%~30.0%(P0.05).番茄Cd含量与土壤中Cd交换态含量呈现极显著正相关关系(P0.01).番茄Pb含量与Pb交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态三者含量之和呈现极显著正相关关系(P0.01).综合来看,风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料可以通过改变设施菜田土壤p H值和对重金属的吸附、络合等固定作用,降低土壤中Cd、Pb高活性态比例,进而减少植物对Cd、Pb的累积.     

氧化木糖无色杆菌(Achromobacte rxylosoxidans)LAX2对Cu、Pb和Cd复合污染土壤的生物矿化修复研究

我国土壤重金属复合污染较为突出,是目前亟待解决的土壤环境问题之一.本文研究了一株氧化木糖无色杆菌LAX2对Cu、Pb和Cd共存体系的生物矿化作用及其复合污染土壤的矿化修复作用.结果表明,菌株LAX2的发酵液、无菌发酵液和菌体细胞对3种重金属的去除能力大小顺序均为Pb~(2+)Cd~(2+)Cu~(2+).X-射线衍射、扫描电镜、红外光谱和能谱分析表明,3种重金属共存时菌株LAX2发酵液可诱导形成PbCO_3和CdCO_3晶体,而Cu不能单独成矿,混合矿物晶体呈长杆状.菌株LAX2发酵液能够明显降低黑钙土和白浆土中Cu、Pb和Cd的有效态含量,矿化修复30 d后,黑钙土中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别降低了48.0%、71.4%、62.8%,白浆土中Cu、Pb、Cd的有效态含量分别降低了42.0%、63.2%、53.6%;碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量明显增加,可交换态和有机物结合态含量明显降低.矿化修复后的土壤中重金属的浸出毒性随修复时间的增长而降低,黑钙土中Cu、Pb、Cd浸出量分别降低了90.3%、93.2%、92.8%,白浆土中Cu、Pb、Cd浸出量分别降低了82.5%、86.1%、84.3%.以上结果说明,菌株LAX2可通过碳酸盐矿化作用固定土壤中的复合重金属,且在相同条件下对黑钙土的修复效果好于白浆土.     

A novel bioremediation strategy for petroleum hydrocarbon pollutants using salt tolerant Corynebacterium variabile HRJ4 and biochar

The present work aimed to develop a novel strategy to bioremediate the petroleum hydrocarbon contaminants in the environment. Salt tolerant bacterium was isolated from Dagang oilfield, China and identified as Corynebacterium variabile HRJ4 based on 16S rRNA gene sequence analysis. The bacterium had a high salt tolerant capability and biochar was developed as carrier for the bacterium. The bacteria with biochar were most effective in degradation of n-alkanes (C16, C18, C19, C26, C28) and polycyclic aromatic hydrocarbons (NAP, PYR) mixture. The result demonstrated that immobilization of C. variabile HRJ4 with biochar showed higher degradation of total petroleum hydrocarbons (THPs) up to 78.9% after 7-day of incubation as compared to the free leaving bacteria. The approach of this study will be helpful in clean-up of petroleum-contamination in the environments through bioremediation process using eco-friendly and cost effective materials like biochar.     

水田土壤细菌群落对不同重金属污染水平的响应分析——以A县为例

重金属污染问题长期存在于土壤环境中,并对土壤细菌群落结构造成了较大影响,从而引起了广泛的研究.本文选取水田土壤为测试样本,通过高通量测序技术和土壤性质化验对样本进行处理,采用Spearman相关性分析等统计分析方法对不同重金属污染水平下的水田土壤细菌群落进行结构和多样性分析.结果显示,研究区内土壤样点的重金属污染水平可被划分为4个等级,其中,轻度重金属污染水平(LL)区域土壤细菌群落的多样性指数总体上显著低于其他区域,即轻度污染的环境将降低该区域的细菌群落多样性.Nitrospira和Candidatus_Solibacter等菌属在重度重金属污染水平(SL)区域中显示出较强的重金属耐受性.Proteobacteria、Firmicutes和Gemmatimonadetes等菌门在不同等级重金属污染水平区域中表现出一定的耐受性.此外,土壤含水量(SWC)、酸碱度(pH)、速效磷(AP)、有效钾(AK)、总氮(TN)、有机质(OM)、铜(Cu)、铅(Pb)、砷(As)和锌(Zn)等土壤环境因子与细菌群落结构存在显著相关性(p0.05).因此,应该尽快开发利用这些具有重金属耐性和生物修复功能的微生物,为粮食作物的健康生长提供适宜的土壤环境.     

湖库沉积物好氧反硝化菌群脱氮特性及种群结构

好氧反硝化菌是水环境生物修复的热点研究领域,本研究从西安市金盆水库、兴庆公园和长乐公园采集沉积物,在运用传统的间歇曝气富集和选择培养基筛选好氧反硝化菌的基础上,引入超声波预处理沉积物-水悬液,成功筛选出3组高效好氧反硝化菌群H-30、X-10和C-30,并对其反硝化能力进行研究.结果表明,该3组混合好氧反硝化菌群具有高效的脱氮能力,在溶解氧为(7.2±0.6)mg·L-1的培养基中,好氧反硝化菌群H-30、X-10和C-30总氮(TN)去除率分别达到83.04%,83.40%和82.68%,仅有少量亚硝氮(NO-2-N)积累.Illumina高通量DNA测序结果表明,3组nir S型好氧反硝化优势混合菌群种群结构差异显著,H-30,X-10和C-30菌群的优势菌种分别是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),Paracoccus pantotrophus和斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),其中斯氏假单胞菌(P.stutzeri)在H-30、X-10菌群中所占比例差异不显著,Pseudomonas xiamenensis仅存在于H-30.本研究筛选的3组高效好氧反硝化菌群将为城市内湖污染水体的微生物修复工程提供菌源保障.     

Study on bioremediation of eutrophic lake

Bioremediation is considered as one of the effective ways to deal with the pollution of natural water because of its high efficiency, low cost and causing no secondary pollution. The multiple microbial preparation is composed of bacteria that can transfer nutritive material harmless and some natural humic acid which can destroy algae. The qualified bacteria were selected, separated, and enriched from the water and bottom sediment of eutrophic lake. A field trial of bioremediation was carried out in 60 m³ of eutrophic water body in Yingze Lake of Anshan for four months. TN (total nitrogen), TP (total phosphorus), ammonia nitrogen, COD_Cr, and turbidity of the trial water and untreated water were measured termly. Contrastive analysis showed the mulriple microbial preparation can increase the water capacity of self-purification, decrease the turbidity, inhibit algae growth and improve water quality gradually at substantially lower cost. Thus the problem of lake eutrophication can be solved radically by bioremediation.