微生物电解酿酒废水高效产甲烷

为提高酿酒废水产甲烷效率,采用新型单室无膜微生物电解池(MEC),以酿酒废水为基质,考察不同外加电压(0.4 V、0.8 V、1.2 V)和传统消化(AD)对COD的去除、甲烷产生速率和能量回收的影响.结果表明,MEC外加电压为0.8 V时,COD的去除负荷达7.09±0.74 kg m~(-3)·d~(-1),较厌氧消化AD(4.19(±0.5)kg m~(-3) d~(-1))增加了69%.外加电压显著促进了乙醇的降解,0.4 V、0.8 V、1.2 V的MEC乙醇降解速率分别为121.84.17±19.3 mgL~(-1_ h~(-1)、256.45±18.04 mgL~(-1) h~(-1)、625.57±81.76 mgL~(-1) h~(-1),分别是AD(88.02±15.13 mg L~(-1) h~(-1))的1.38倍、2.91倍和7.1倍.外加0.8 V,甲烷产生速率达到2019.78±76.41 mL L~(-1) d~(-1),与AD(851.91±48.31 mLL~(-1) d~(-1))相比,增加了1.37倍;总能量回收率达到77.75%±0.88%,是AD(39.59%±2.31%)的1.97倍.循环伏安扫描(CV)发现MEC的碳毡在-0.270 V附近和0.035 V附近存在明显的还原峰和氧化峰.菌群高通量测序表明MEC的优势菌群为Methanothrix sp.和Geobacter sp.,其在混合菌群中的相对丰度分别为38.4%和12.83%,AD对应菌群的相对丰度仅为8.72%和1.21%.上述结果表明新型微生物电解池可显著促进酿酒废水的处理并提高甲烷产生速率和能量回收率.     

单室微生物电解池强化混合脂肪酸产甲烷

传统厌氧消化基质转化慢,甲烷产率和能量回收效率较低.本研究模拟厌氧酸化产生的短链脂肪酸(SCFAs)废水,在批式条件下,利用单室无膜微生物电解池辅助厌氧消化(MEC-AD)产甲烷,考察不同外加电压(0.4 V、0.6V、0.8 V)对底物降解、甲烷产生和能量回收效率的影响.结果表明,进水化学需氧量(C OD)浓度约为7 000 mg/L时,COD的平均去除负荷由AD的(3.34±0.09)k g m-3 d~(-1)提高到MEC-AD的(6.86±0.04)kg m-3 d~(-1)(外加0.8 V),增加了1.06倍.外加电压与脂肪酸组分的降解呈正相关,即随着外加电压的升高,底物各SCFA降解速率加快,此时相应的甲烷含量、产量明显提高.当外加电压为0.8 V时,混合脂肪酸中乙酸、丙酸及丁酸的降解速度较AD分别提高了98.25%、107.14%、54.21%,甲烷的含量达90.11%;甲烷的产率为2.63 L L~(-1) d~(-1),较AD提高了157.84%.以基质化学能、电能和产生的甲烷来计算总能量回收效率,其中AD为73.51%;加电0.4 V、0.6 V、0.8 V时分别为93.44%、88.99%、93.41%.综合脂肪酸降解、甲烷产生及能量回收情况,确定外加0.8 V为最优条件.循环伏安扫描分析发现,与AD相比,MEC-AD在-0.3V处存在明显产甲烷还原峰.高通量测序结果显示,MEC-AD中阳极优势菌群为Methanosaeta sp.和Geobacter sp.,其相对丰度比分别为36.43%和13.35%;而AD中相应比例仅为24.46%和0.99%.由此可知MEC-AD中可能存在直接的种间电子传递(DIET)产甲烷途径,该途径是甲烷含量和产量提升的重要原因.综上,以微生物电解池辅助厌氧消化能有效促进底物降解,且获得高纯度、高产量的甲烷,具有良好的应用前景.     

生活污水有机负荷率对连续流单室无膜微生物电解池性能的影响

连续流微生物电解池能有效应用于污水处理中,为了解不同有机负荷率(OLR)对单室微生物电解池(MEC)性能的影响,采用连续流方式,以生活污水为基质,研究恒定外加电压0.6 V、不同OLR(810、920、1 080、1 484、1 680、2 531、2 780 mg L~(-1) d~(-1))情形下化学需氧量(COD)去除率、甲烷(CH4)产率及能耗等.结果表明,随着OLR增加,COD去除率和能量消耗呈降低趋势,而CH4产率呈增加趋势.实验初期,外加电压为0.6 V,进水COD浓度为200 mg/L,MEC对COD去除率达到70%,而厌氧消化(AD)只能达到41%,此时MEC中CH4含量为8.39%,而AD只有6.44%.实验过程中,外加电压为0.6 V,OLR为2 780 mg L~(-1) d~(-1)时,CH4产率达到了(126.72±0.30)m L L~(-1) d~(-1),而能量消耗为(0.032 0±0.0052)k W h/kg COD.菌群高通量分析结果显示,MEC阳极碳毡的优势菌群为Methanothrix sp.和Geobacter sp.,其丰度分别为39.05%和21.83%,而AD组相应丰度只占2.00%和11.76%.综上,MEC可以在低能耗下有效处理低浓度生活污水并同步产CH4,这为生活污水处理提供了新的思路.     

连续流微生物电解池处理有机废水同步生产甲烷北大核心CSCD

为进一步提高有机废水的厌氧处理效率,同时实现能源物质的回收,采用微生物电解池并结合连续流工艺处理有机废水并同步回收甲烷,系统地研究不同水力停留时间、有机负荷、外加电压对微生物电解池内基质浓度的降解、甲烷生产速率等方面的影响.结果表明,在同一有机负荷下,随着外加电压(0.6 V,1.0 V,1.2 V)的升高,微生物电解池COD的去除效率和甲烷生产率也同时提高.在进水COD浓度为1 178 mg L-1、水力停留时间为8 h、外加电压为1.2V的条件下,其COD去除率、甲烷浓度、甲烷产生速率分别为97.7%、96%、1 071 m L L-1 d-1,较普通厌氧发酵(对照组)分别提高了31.5%、13.6%、123%;当进水COD浓度为4 812 mg L-1、水力停留时间为20 h、外加电压为1.2 V时,甲烷的产生速率达1 888 m L L-1 d-1,达理论产率的98.0%,而此条件下对照组甲烷产生速率仅为理论值的64.9%.说明连续流微生物电解池能够明显提高有机废水的处理效率,并实现处理过程中稳定回收甲烷的目的.高通量分析结果显示:微生物电解池阳极碳毡优势菌群为methanogens与Geobacter sp.,其丰度分别占总菌群的53.3%和7.5%,而对照组碳毡相应丰度仅为25.2%和0.7%.此外,研究发现有机负荷与电解池能量的消耗呈负相关,当外加电压为0.6 V时,有机负荷由3.5 kg m-3d-1提升至5.7 kg m-3d-1时,电解池能量消耗降低了79.3%.据此认为,通过优化水力停留时间和外加电压来处理有机废水并同步生产甲烷是可行的.     

葡萄糖碳源对复合垂直流人工湿地甲烷排放的驱动影响

人工湿地甲烷排放驱动对全球变暖具有重要作用,为控制甲烷排放同时提高污水去除效率,构建了5层不同介质组成的复合垂直流人工湿地系统(Integrated Vertical-Flow Constructed Wetland,IVCW),利用现场监测和动力学模型分析添加不同浓度葡萄糖碳源对甲烷排放驱动和总氮(TN)、化学需氧量(COD)去除率的影响.结果表明:添加0.5、1、2和4 mmol/L葡萄糖溶液时,(1)甲烷排放通量分别为4、3.50、3.90和3.40 mol m~(-2) d~(-1),比空白实验分别增加了27%、12%、24%和9.80%;(2)对应的风车草茎叶系统甲烷排放通量比根水系统分别高了0.90、1.60、1.50和0.70 mol m~(-2)d~(-1);(3)同时IVCW对碳平均利用率分别为32.17%、53.51%、76.86%和76.72%;TN平均去除率分别为37.30%、11.14%、14.79%和48.75%,COD平均去除率分别为70%、91.10%、98.78%和92.31%.(4)葡萄糖驱动IVCW甲烷排放可认为符合二级动力学方程,其甲烷驱动常数为49.64 mg/h.本研究结果表明添加葡萄糖驱动IVCW的甲烷排放处于较高水平,甲烷平均排放通量增加了18.2%,可为IVCW处理污水过程中甲烷排放提供参考.     

进水COD浓度变化对内循环厌氧反应器(IC)发酵制氢系统的影响

利用糖蜜废水为发酵底物,以内循环厌氧反应器(IC)作为反应装置,探讨进水COD浓度变化对厌氧产氢效能的影响.结果表明,在水力停留时间(HRT)为6.5 h,温度为(35±1)℃时,IC反应器进水COD浓度在2—10 g·L~(-1)范围内变化,系统产氢效能随着进水浓度提高而上升,并在进水COD浓度为6 g·L~(-1)时,达到最大产气量23 L·d~(-1)和产氢量10.9 L·d~(-1).但是当进水COD浓度上升到8—10 g·L~(-1)后,产气量和产氢量明显下降,说明活性污泥可能受到了高浓度底物的抑制.发酵气体中H2含量并未随着进水COD浓度的变化而产生非常明显的变化,说明本实验中的IC反应器是一个较为稳定的产氢系统.     

偏电压对Ti/TiO2光电催化氧化富里酸的影响

采用光电催化反应器对水中天然有机物富里酸(FA)进行降解试验,考察了外加阳极偏电压对光电催化反应器降解富里酸的影响.结果表明,当外加电压为1.2V时,具有最佳的UV254和有机碳TOC去除率,当反应时间为2h时,富里酸的UV254和总有机碳TOC的去除率分别为77.4%和45.4%.另外,在反应初期(前1h内)富里酸光电催化反应动力学常数主要受外加偏电压的影响.     

桂林会仙岩溶湿地产甲烷菌的数量、群落组成和活性

甲烷产生过程是湿地生态系统中最活跃的生物地球化学进程之一,岩溶湿地是一类具有典型岩溶地区水文特征和重要环境影响的特殊内陆淡水湿地.为了解岩溶湿地产甲烷菌的类型及其在碳循环中的贡献,综合运用分子生物学、微生物学和地球化学的方法对桂林会仙岩溶湿地沉积物中产甲烷菌的数量、群落组成、活性以及相关的环境因子进行研究.分析15-35 cm沉积物中甲基辅酶M还原酶基因mcr A的数量、种类以及与环境因子之间的关系,发现mcr A基因的拷贝数为106~(-1)07,主要来自5类产甲烷古菌目,分别是甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)以及一类尚未鉴定的产甲烷古菌,这些序列中有一半的序列与已知Mcr A蛋白序列相似度在95%以下,并且mcr A基因的多样性和数量分布主要受到有机碳和硫酸盐含量的影响.在产甲烷活性方面,沉积物的乙酸型产甲烷速率为1 024(±447)pmol g~(~(-1)) d~(-1),氢型产甲烷量约为650(±155)pmol g~(~(-1)) d~(-1).上述结果表明,会仙岩溶湿地具有同普通淡水湿地类似的产甲烷菌群落组成和较高的产甲烷潜力,并且该环境中可能蕴藏着许多尚未被研究的微生物资源.     

若尔盖高原不同深度泥炭在增温条件下CH_4释放

不同深度泥炭所处的环境不同,对甲烷释放的影响也不同,温度是影响土壤甲烷释放的重要环境因子之一.为了解温度变化对不同深度特别是深层泥炭甲烷释放的影响,通过模拟实验监测不同深度泥炭甲烷释放对增温(8℃和18℃)的响应特征,并分析土壤可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)对甲烷释放的影响.结果显示,温度升高导致泥炭地总甲烷释放量降低,8℃时甲烷的总释放量(以CH_4-C计)为(4.94±0.70)mg m~(-2) d~(-1),18℃时为(3.16±0.69)mg m~(-2) d~(-1).不同深度泥炭甲烷释放对温度升高的响应不同,表层泥炭甲烷释放随温度的增加而增加,深层泥炭甲烷释放随温度增加而降低,这可能受不同深度土壤有机质所含碳种类的影响.低温时DOC抑制甲烷释放,增温时DOC对甲烷释放没有影响,这可能是受DOC来源的控制.甲烷释放随MBC含量的增加而降低.综上认为随着气候变化,温度升高,若尔盖高原泥炭地甲烷的释放量可能降低.     

导电性生物炭促进Geobacter和Methanosarcina共培养体系互营产甲烷过程

近年来研究发现互营氧化产甲烷过程中存在种间直接电子传递(direct interspecies electron transfer,DIET),这种电子传递方式比传统的种间氢转移或种间甲酸转移更为高效。导电生物炭作为导电介质,可以有效促进DIET介导的互营产甲烷进程。乙酸作为有机物厌氧降解的重要中间产物,其降解过程是否存在DIET途径尚不清楚,导电生物炭对乙酸互营降解产甲烷过程的影响机制也未有研究报道。以具有DIET功能的Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri菌株为研究对象,构建共培养体系,以乙酸为电子供体,比较添加不同导电性生物炭共培养体系的甲烷产生和微生物生长情况。结果表明:(1)导电性生物炭处理的产甲烷速率为0.015~0.017 mmol?d~(-1),显著高于对照处理的0.012 mmol?d~(-1);而不导电生物炭处理的产甲烷速率低于对照处理。说明导电性生物炭促进共培养体系中的产甲烷过程,而不具导电性的生物炭没有促进效应;(2)导电性生物炭存在时,共培养体系的甲烷产生速率(0.008 mmol?d~(-1))和产量(0.14 mmol)明显高于Methanosarcina barkeri单菌体系的产甲烷速率(0.006 mmol?d~(-1))和产甲烷量(0.09 mmol),而添加不导电生物炭的共培养体系和单菌体系的甲烷产生速率和产量无明显差异。以上结果表明,导电性生物炭能介导Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri之间的直接电子传递,即Geobacter sulfurreducens氧化乙酸产生的电子,以导电生物炭为导电通道直接传递至Methanosarcina barkeri还原CO2产生甲烷,从而促进乙酸互营氧化产甲烷过程。本研究结果有助于我们理解种间直接电子传递对互营产甲烷过程的贡献及影响效应,为研究甲烷产生的微生物机制提供新的研究思路。     

垃圾填埋场新型覆盖层材料厚度对甲烷氧化行为的影响

甲烷是一种长期存在于大气中的重要温室气体,它对温室效应的贡献率是二氧化碳的21倍,生活垃圾填埋场是仅次于水稻田的第二大甲烷人为排放源,减少垃圾填埋场的甲烷气体排放对缓解全球变暖压力具有重要意义.在实验室条件下模拟垃圾填埋场甲烷排放情况,将堆肥+陶粒混合物(体积比1:1)这一新型覆盖层材料按6个厚度(30、40、50、60、70、80 cm)装入有机玻璃柱中研究甲烷氧化与覆盖层深度的关系.研究结果表明:试验94 d甲烷氧化率开始下降,到实验结束前6个柱体中甲烷氧化率相似,维持在24.6%～34.8%之间;甲烷氧化速率由于甲烷通入量不断加大呈现先增加后减小的趋势,最低值为2.45 mol·m~(-2)·d~(-1),最高值为17.82 mol·m~(-2)·d~(-1);在试验第119～121d对各个柱体不同深度的气体成分进行分析.发现甲烷氧化的范围主要集中在基质0cm～30cm深处.     

投加甲烷鬃菌对厌氧颗粒污泥培养的影响

通过在中温条件下向EGSB(Expanded Granular Sludge Bed,膨胀颗粒污泥床)反应器中加入竹节状甲烷鬃菌6Ac,研究其对颗粒污泥形成的影响以及形成的颗粒污泥性质和反应器运行的情况.在(35±1)℃下,利用实验室相同规模的反应器,对照组(R1)接种厌氧絮状污泥,R2组接种厌氧絮状污泥的同时加入甲烷鬃菌,培养颗粒污泥.结果显示:当有机负荷(以COD计)逐步提高到11.1 kg m-3 d-1时,R2的COD去除率达到85.9%,高于R1的75.0%.运行到第46天(d 46)时两个反应器均可观测到颗粒污泥,R2中污泥粒径大于0.1 mm的颗粒污泥已经达到62.3%,d 28-46时,0.1-0.3mm颗粒的比例从10.0%增加到49.8%,对照组R1只从10%增加到33.3%,仍主要以絮状污泥为主.研究表明,颗粒污泥培养过程中投加甲烷鬃菌有利于促进颗粒污泥的形成、增殖与稳定,改善其沉降性能,提高有机物的去除效果,加快EGSB的启动.     

进水氮负荷波动下地下渗滤系统N_2O释放研究

地下渗滤系统(subsurface wastewater infiltration system,SWIS)是一种生态化的污水处理技术模式,在处理小水量、分散污水方面具有较为明显的技术优势,例如管理简单、运行费用低、兼具生态服务功能等。SWIS对污水中氮的去除主要依靠微生物硝化-反硝化作用,脱氮效果受内外部条件因子制约。当基质层内部溶解氧含量不足、NO_2~-积累、氧化亚氮还原酶活性受到抑制时,硝化和反硝化过程均可释放N_2O气体。进水水质、操作条件、温度等因素影响N_2O释放量和转化率。利用原位实验平台,采用静态箱-气相色谱分析方法,以实际生活污水为研究对象,分析了进水氮负荷波动条件下SWIS中N_2O产率、转化率和释放周期的变化规律。研究表明,进水氮负荷显著影响SWIS除污效率、N_2O产率和转化率。随着进水氮负荷由1.6 g·m~(-2)·d~(-1)增至7.2 g·m~(-2)·d~(-1),出水COD、NH_4~+-N、TN质量浓度分别由(9±3)、(0.4±0.1)、(1.5±0.11)mg·L~(-1)升高到(70±7)、(11.0±1.0)、(15.4±0.4)mg·L~(-1);N_2O产率与转化率表现出先升高后降低的趋势,其中,N_2O产率可高达(60.6±2.0)mg·m~(-2)·d~(-1),同时,进水总氮(转化率1.33%±0.03%)转化成N_2O逸出系统;随着系统落干时间的延长,N_2O产率呈下降趋势。综合考虑处理能力、出水水质和N_2O释放量,建议在工程应用中,选用具有一定脱氮能力的前处理工艺,控制SWIS进水氮负荷在4.0~5.6g·m~(-2)·d~(-1)之间,且适当延长SWIS干化周期。此时,出水水质满足城市景观地表水水质标准(GB/T18921—2002),N_2O产率和转化率均维持在较低水平。     

微生物电解池:生物电催化辅助CO2甲烷化技术

微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)在污染物去除、CO_2捕获与碳转化以及可再生能源的生物合成等方面具有巨大潜力,对于缓解能源危机与温室效应具有重要指导意义.尽管目前在作用原理、参数优化和机制探索方面有了重大进展,但MEC从概念设计到技术转化仍面临着诸多难题和巨大挑战.本论文介绍了基于MEC的CO_2电甲烷化技术的基本理论与最新研究进展,并对电甲烷化过程中膜面污染形成、生物阴极电活性功能菌富集及其胞外电子传递机制等进行了系统阐述,以期为MEC在CO_2电甲烷化的工程应用提供理论和技术参考.     

生物炭基质潮汐流人工湿地处理生活污水性能

潮汐流人工湿地是一种新型的污水处理技术,作为人工湿地的重要组成部分,基质的合理选择能够直接影响人工湿地的运行效果。以鸡粪生物炭和玉米秸秆生物炭为基质分别建立潮汐流人工湿地来处理生活污水,并以石灰石基质人工湿地作为对照,考察不同淹没/排水比(8 h/4 h和4 h/8 h)下人工湿地对生活污水中各项污染物的去除性能。研究结果表明:生物炭基质人工湿地对COD、BOD、NH4~+-N、TN和PO4~(3-)-P的去除效率均高于石灰石基质人工湿地,且玉米秸秆生物炭基质人丁湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(73.6%±2.9%,COD)、(84.8%±6.1%,BOD5)、(84.2%±3.2%,NH4~+-N)、(45.3%±2.2%,TN)和(84.6%±2.8%,PO4~(3-)-P);当淹没/排水比由8 h/4 h改为4 h/8 h时,除PO4~(3-)-P的去除率基本不变外,各组人工湿地对生活污水COD、BOD、NH4~+-N和TN的去除率均有不同程度的升高,且玉米秸秆生物炭基质人工湿地对各项污染物的去除效果最好,各项污染物去除率分别为(80.5%±5.2%,COD)、(92.1%±5.1%,BOD5)、(90.3%±3.2%,NH4~+-N)、(60.3%±2.2%,TN)和(84.7%±1.5%,PO4~(3-)-P);生物炭基质人工湿地对NH4~+-N的去除途径主要为物理吸附和微生物硝化作用,且微生物硝化作用占主导,对PO4~(3-)-P的去除途径主要为物理吸附和微生物好氧吸磷作用,且微生物好氧吸磷作用占主导;生物炭基质中的微生物量要高于石灰石基质,且上层基质的微生物量高于下层基质;在微生物群落中,Clostridiaceae和Nitrosomonadaceae菌群分别承担有机物和NH4~+-N的主要去除,其在生物炭基质中的相对丰富度均高于石灰石基质。     

污水流行病学调查辽宁和吉林两省甲基苯丙胺滥用量和流行率

甲基苯丙胺是我国目前主要的滥用毒品,而准确的滥用信息还非常有限.本文利用污水流行病学方法,调查了辽宁和吉林两省城镇居民中甲基苯丙胺的滥用量和流行率.选取并采集辽宁与吉林两省共15个城市17座污水处理厂进水样品,利用气相色谱衍生化方法分析测定污水中甲基苯丙胺的浓度分别为343±198 ng·L~(-1)和166±69 ng·L~(-1).根据污水厂进水量、甲基苯丙胺代谢数据和服务人口数量等信息预测了辽宁与吉林两省甲基苯丙胺的人均滥用量分别为361±148μg·d~(-1)和275±154μg·d~(-1).在预测滥用量的基础上,结合滥用剂量和滥用频率数据,预测辽宁与吉林两省城镇居民成年(15—64岁)人群中流行率分别为0.73%±0.30%和0.56%±0.31%.为了提高预测结果的准确性和可靠性,采用蒙特卡罗方法对滥用量和流行率进行不确定性分析,得到辽宁和吉林两省城镇居民人均甲基苯丙胺滥用量分别为398μg·d~(-1)(95%CI:199—688)和208μg·d~(-1)(95%CI:107—342),辽宁与吉林两省城镇居民成年人群中流行率分别为0.73%(95%CI:0.17—1.88)和0.38%(95%CI:0.09—0.97).根据预测的人均滥用量和两省人口数量,绘制两省的甲基苯丙胺的滥用地图,为毒品滥用的实时监控提供直观依据.本研究结果表明污水流行病学方法能够实时、快速、准确地获取毒品滥用信息,对毒品犯罪的防治具有重要意义.     

乳酸合成丁酸的工艺构建及其条件优化

为构建一套乳酸合成丁酸的工艺,在开放体系中,驯化培养丁酸合成混合菌,并对发酵工艺条件进行系统研究和优化.首先通过单因素试验设计确定各因素的最佳水平范围.结果表明,p H值控制在5.5-7.5之间,乳酸浓度控制在20-40 g/L之间,外加乙酸浓度控制在1.5-3.5 g/L之间可以得到丁酸的最大产率.在此基础上,进一步对p H值、乳酸浓度和外加乙酸浓度进行三因素三水平的Box-Behnken试验设计及响应面法分析,以丁酸产率作为响应值,探究影响丁酸产率的各因素之间相互作用.通过方差分析显著性及求解回归方程得到最优发酵工艺条件:在p H值为6.72,乳酸浓度为27.83 g/L,外加乙酸浓度为2.79 g/L时,丁酸最高产率理论可达2.47 g L~(-1) d~(-1).验证试验得到的结果是丁酸产率为2.43g L~(-1) d~(-1),与预测值接近,较优化前产率提高了47.27%.此外,利用高通量测序技术(Miseq)对微生物群落结构进行分析,发现混合微生物中占优势的菌群是Clostridium sensustricto、Lactobacillus与Clostridium IV,其丰度分别为69.35%、15.41%与10.05%.利用本发酵新工艺能够得到相对稳定的丁酸产率,因此在工业中具有广阔的应用前景.     

赣南典型稀土矿区周边土壤和动植物产品中稀土元素组成特征及其健康风险评价

通过野外取样调查和室内ICP-MS测定,研究了赣南典型稀土矿区周边土壤、动植物产品中稀土元素的组成特征,并评价了稀土元素对人体的健康风险.结果表明,赣南稀土矿区周边土壤稀土平均含量为402.74±200.03 mg·kg~(-1),分别是全国土壤稀土含量均值及世界土壤稀土中值的2.28倍和2.08倍;植物产品稀土平均含量为343.48μg·kg~(-1);动物产品稀土平均含量为460.00μg·kg~(-1);土壤、植物产品和动物产品中Ce含量最高,占总稀土比重分别为34.22%、35.31%和62.95%;其中轻稀土元素所占比重分别为75.29%、75.17%和75.82%.当地居民每日通过动植物产品摄入稀土元素日量为3.95—30.49μg·kg~(-1)·d~(-1),均值为10.36μg·kg~(-1)·d~(-1),均远低于稀土元素对人体亚临床损害剂量的临界值(110μg·kg~(-1)·d~(-1)),表明赣南矿区周边动植物产品中稀土元素不会对消费者产生健康风险.     

不同温度下氨对疫病动物尸骸废水厌氧消化的影响

采用厌氧折流板反应器处理疫病动物尸骸废水,研究了反应器由中温(35℃)逐步升至高温(55℃)时的运行特性.结果表明,升温至45℃和55℃时,厌氧处理效率显著降低,将有机负荷由35℃时的6.0 kg COD·(m~3·d)~(-1)降至55℃时的2.4 kg COD·(m~3·d)~(-1)并没有得到恢复,高温厌氧COD去除率相比中温下降了24%,甲烷产率下降了33%,出水挥发性脂肪酸(VFAs)增加了1.9倍.升温过程中,厌氧产甲烷菌受到了游离氮(FAN)的抑制导致甲烷产率显著降低.当温度由35℃升至55℃时,反应器p H值由7.63升至8.22,FAN由98 mg·L~(-1)升至340 mg·L~(-1),VFAs由235 mg·L~(-1)积累至684 mg·L~(-1),p H、FAN和VFAs三者的协同作用导致反应器在高温状态下处于"抑制稳态".与中温厌氧相比,高温菌对FAN的耐受性更强.当p H值为8.2时,FAN对中温菌的IC50为324 mg·L~(-1),对高温菌则达到453 mg·L~(-1),但这一优势不能抵消升温所引起的FAN抑制效应.这是疫病动物尸骸废水高温厌氧消化效率显著低于中温的主要原因.     

外源钒胁迫下甜玉米植物可溶性蛋白含量的动态变化

采用盆栽试验,研究了不同浓度的钒(V)胁迫对甜玉米植株根、茎和叶蛋白含量的影响.结果表明,随着V胁迫浓度增加,玉米植株各器官蛋白含量呈现先上升后下降的变化趋势,当V浓度达200 mg·kg~(-1),根、茎和叶蛋白含量达最大,分别为63.63 mg·g~(-1)、42.74 mg·g~(-1)和120.08 mg·g~(-1),相比于对照增加52.1%、80.1%和165.7%(34 d),随着V浓度继续增加,植物中蛋白含量下降,但始终高于对照.当V浓度为500 mg·kg~(-1),根、茎和叶中蛋白含量分别降低为55.52 mg·g~(-1)、31.08 mg·g~(-1)和102.2 mg·g~(-1)(34 d).V胁迫时间不同,玉米植株各器官蛋白含量变化趋势不同,在相同V浓度胁迫下,随着胁迫时间的增加,叶蛋白含量先降低后增大,玉米茎蛋白含量变化不大,根蛋白含量则显著下降,当V浓度为500 mg·kg~(-1)时,玉米根蛋白含量分别为27.86 mg·g~(-1)(61 d)和20.63 mg·g~(-1)(91 d),比对照下降了31.4%和43.5%.在低浓度V和短时间胁迫下,玉米植物被诱导作出应激反应,使体内一些参与缓解氧化胁迫的酶活性上升,从而产生相关具有解毒作用的蛋白,使植物蛋白含量增加;当V浓度超过了植物耐受限度,打破了植物新陈代谢平衡,对细胞产生毒性,蛋白合成机制受到破坏,表现为随着V浓度和胁迫时间增加植物蛋白含量下降显著.