不同Fe(Ⅲ)对活性污泥异化铁还原及除磷影响研究

以SBBR反应器活性污泥作为铁还原菌菌种来源,采用兼性厌氧/严格厌氧恒温培养试验,投加不同Fe(Ⅲ)考察各条件下的异化铁还原能力同时比较对磷的去除效果.结果表明:2种条件下Fe(Ⅲ)还原能力具有较好的一致性,依次为:Fe(OH)3＞氧化铁皮＞青矿＞红矿,其中严格厌氧条件下较好.同时,除磷效果与其呈正相关,富集培养至7d,Fe(OH)3及氧化铁皮体系出水磷浓度均达到2mg/L以下,之后继续降低,最终达到0.5mg/L以下.结合异化铁还原除磷机理,可以证明,不同Fe(Ⅲ)表面吸附作用对TP的去除贡献较小,其主要作用为铁还原菌驱动下的化学沉淀去除.     

不同Fe（Ⅲ）对活性污泥异化铁还原耦合脱氮的影响及机理初探

以投放海绵铁-AT-PVF复合填料的SBBR反应器活性污泥作为铁还原菌菌种来源,采用厌氧恒温培养试验,考察了不同Fe(Ⅲ)(氧化铁皮、青矿和红矿)对活性污泥异化铁还原能力及脱氮效果的影响,并对其作用机制进行了初步分析.结果表明:初始基质无NO-2的前提下,各体系Fe(Ⅲ)还原能力与脱氮效果表现出较好的关联性,同时发生NO-2-N和NO-3-N的积累现象.其中,氧化铁皮体系的脱氮效果最好,对NH+4-N、TN的累计去除量分别为75.04和80.99 mg·L-1,容积TN去除率为3.88 mg·L-1·d-1(以N计).更进一步的研究发现,不同培养时间内NH+4氧化量与Fe(Ⅱ)产生量之间符合幂指数关系,R2为0.9521.结合标准吉布斯自由能变化,厌氧环境下IRB参与活性污泥中N素循环的交互作用机制可分为3个子过程,即Fe(Ⅲ)的微生物还原解离耦合NH+4的氧化过程、厌氧氨氧化过程和NO-3-依赖型Fe(Ⅱ)氧化过程,其中,以IRB为主的微生物氧化还原过程对活性污泥中N循环起到了至关重要的作用.     

菌株Enterobacter sp. L6异化Fe(III)还原及Cr(VI)还原的性质分析

Cr（VI）是一种毒性极强的重金属,利用微生物还原Cr（VI）为Cr（III）是解决Cr（VI）污染的一条有效途径。菌株Enterobacter sp. L6是一株分离自海洋沉积物中的异化铁还原细菌。接种时细胞密度A₆₀₀为（0.25±0.03）,培养12 h,A₆₀₀达到（1.04±0.05）,累积产生Fe（II）浓度为（0.80±0.03）mmol/L;随着培养时间的延长,细胞密度A₆₀₀和累积产生Fe（II）浓度开始下降;培养36 h时,细胞密度A₆₀₀为（0.81±0.04）,累积Fe（II）浓度（0.63±0.01）mmol/L。在厌氧培养过程中,菌株L6细胞生长与异化还原Fe（III）性质存在明显的偶联关系。利用菌株L6的异化铁还原性质还原Cr（VI）的实验结果表明,在Cr（VI）浓度0～24 mg/L范围内,异化铁还原细菌L6都能进行细胞生长并还原Cr（VI）。Cr（VI）浓度为4、8和12 mg/L时,菌株L6对Cr（VI）还原率可达到100%,当Cr（VI）浓度为16 mg/L时,Cr（VI）还原率是参比[未添加Fe（III）]的2.11倍。Cr（VI）浓度为20、24 mg/L时,仍能够还原Cr（VI）。以Fe（III）为电子受体的异化铁还原细菌能明显提高Cr（VI）还原率,这为利用微生物修复Cr（VI）污染提供实验数据支持。     

模拟Fe (III)和盐水输入对闽江河口潮汐湿地沉积物及间隙水Fe和S含量和形态的影响

河口潮汐湿地沉积物电子受体和盐度的变化将对间隙水、沉积物的地球化学参数及有机碳厌氧矿化途径产生重要影响.本研究于闽江河口塔礁洲淡水野慈姑(Sagittaria trifolia L.)湿地原位施加人造海水及Fe(III)溶液,模拟研究了盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强对河口潮汐湿地沉积物、间隙水的地球化学参数(溶解性CH4、DOC、DOC∶DON、Fe2+和ΔSO2-4)和沉积物各形态固相铁(非硫Fe(II)、无定形Fe(III)、晶质Fe(III)、Fe S和Fe S2)含量的影响.结果表明,模拟盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强均可降低间隙水溶解性CH4和DOC浓度,径流Fe(III)浓度增强增加了非硫Fe(II)和晶质Fe(III)含量,盐水入侵可减小间隙水ΔSO2-4含量.间隙水ΔSO2-4与DOC、DOC∶DON、溶解性CH4及Fe2+浓度相关.模拟盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强可分别促进硫酸盐异化还原和铁异化还原速率,同时减小间隙水CH4浓度,改变河口潮汐湿地土壤有机质厌氧矿化优势途径.     

淹水厌氧条件下腐殖酸对红壤中铁异化还原过程的影响

采用室内培养实验,观测淹水厌氧条件下分别添加及共同添加葡萄糖和不同制备来源的腐殖酸,对红壤中铁的异化还原作用的影响.结果表明,红壤单独培养条件下,Fe(Ⅱ)浓度培养前后没有发生变化.添加葡萄糖促进了铁的异化还原,培养至12 d其Fe(Ⅱ)浓度为培养前的25倍.腐殖酸不能作为电子供体促进铁的异化还原,单独添加时红壤中Fe(Ⅱ)浓度没有发生变化,而同时添加葡萄糖情况下,培养前期促进而后期减弱铁的异化还原,其Fe(Ⅱ)浓度增幅仅为单独添加葡萄糖处理的35%.腐殖酸的浓度对红壤中铁的异化还原作用有影响,浓度为2.00 g/kg时培养前期促进而后期减弱铁的异化还原,低浓度时（0.20和0.02 g/kg）影响很小.不同制备来源的腐殖酸对红壤中铁异化还原过程的影响不同.培养前期,从山西大同风化煤(HAs)、河南巩县褐煤(HAh)和云南昆明滇池底泥(HAk)中提取的腐殖酸都促进了红壤中铁的异化还原;培养后期,HAk依然发挥促进作用,其Fe(Ⅱ)浓度始终高于G处理,而添加HAs和HAh的处理培养至7 d Fe(Ⅱ)仅为单独添加葡萄糖处理的14%和25%,减弱了铁的异化还原.     

海洋沉积物中一株铁还原细菌ZQ21异化还原Fe(Ⅲ)性质分析

取渤海沉积物进行厌氧培养,富集异化铁还原细菌。采用三层平板法筛选出一株高效异化铁还原细菌ZQ21。经鉴定,该菌株为Enterococcus sp.ZQ21（GenBank号MF192756）。设置不同电子供体、电子受体和电子传递体浓度,分析菌株ZQ21异化还原Fe（Ⅲ）性质。结果表明,在乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、葡萄糖、丙酮酸钠、乙酸钠和甲酸钠为电子供体时,菌株ZQ21利用丙酮酸钠还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到113.14 ±3.46 mg/L。菌株ZQ21以柠檬酸铁和氢氧化铁为电子受体时,累积Fe（Ⅱ）浓度分别为91.75 ±1.45 mg/L和58.39 ±4.34 mg/L,Fe（Ⅲ）还原效率存在显著差异。在电子受体为氢氧化铁时,添加不同浓度电子传递体蒽醌-2-磺酸钠（AQS）,旨在提高菌株ZQ21的Fe（Ⅲ）还原效率。当AQS浓度为1.50 mmol/L时,菌株ZQ21还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到80.28 ±3.95 mg/L,比对照组提高27%。铁还原细菌ZQ21能够有效利用可溶性以及不溶性电子受体进行异化铁还原,可进一步应用于海洋污染环境中微生物介导的异化Fe（Ⅲ）还原过程。     

铁还原中和沉淀法处理TNT酸性废水的研究

研究了处理TNT酸性废水的铁还原中和方法。该法用铁将硝基苯类还原成苯胺类，然后通过石灰乳中和生成Fe(OH)2胶体，吸附苯胺类，达到去除硝基苯类的目的。在过量铁还原60min，中和沉淀pH8—9的最佳条件下，可将废水中的硝基苯类从82．0mg/L降到未检出程度(＜0．2mg/L)，CODcr从394．0mg/L降到94．8mg/L。处理后的废水中的苯胺类也未检出(＜0．03mg/L)。该法的物料消耗费用约为传统的活性碳吸附法的17．5％。     

磷酸铁污泥的生物还原释磷及其影响因素研究

以污水处理厂化学除磷工艺产生的磷酸铁(FePO4)污泥为研究对象,在厌氧条件下,考察了铁还原细菌(IRB)还原FePO4释放磷的可行性,并探讨了不同碳源、C/Fe摩尔比、添加蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)对IRB利用FePO4还原释磷的影响.研究结果表明,通过驯化可从普通活性污泥富集IRB,且利用IRB可对难溶性沉淀FePO4进行生物还原.IRB能够利用葡萄糖、乙酸钠及丙酸钠作为唯一电子供体,使FePO4发生异化还原,产生Fe(Ⅱ)并释放磷酸盐,且泥水混合液中Fe(Ⅱ)累积量与上清液中磷累积量变化趋势一致.在等摩尔碳量前提下,葡萄糖为碳源时释磷率可达51.6%,比乙酸钠和丙酸钠分别高13.8%和20.3%;以葡萄糖为碳源,C/Fe摩尔比为5:1时释磷率最大;添加电子穿梭体AQDS可使FePO4污泥释磷率提高12.6%.     

不同形态铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的影响

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为材料,研究了不同形态铁对其厌氧偶氮还原的影响.结果表明,Fe(Ⅲ)对偶氮还原的影响与其形态及浓度直接相关.不可溶性Fe(Ⅲ)对偶氮还原表现延缓作用,0.05～2 mmol/L的Fe2O3均延缓0.2mmol/L的苋菜红还原,但作用效果不随Fe2O3浓度的增加而成比例强化.而对于可溶性Fe(Ⅲ),0.4 mmol/L浓度以下对0.2mmol/L的苋菜红还原具有一定的促进作用,作用效果与其浓度变化不呈线性关系.1 mmol/L浓度以上则表现为抑制作用,浓度越高其抑制作用越强,这种现象在电子供体不足的情况下尤为明显.进一步研究发现,可溶性Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)均具有缓解双香豆素对醌循环的抑制作用而促进偶氮还原.由此推测,可溶性铁对偶氮还原的促进作用是由于这些化合物的细胞透过性,在低浓度条件下形成Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)氧化还原循环,充当电子传递的中间媒介,通过发挥电子穿梭功能从而促进细菌的偶氮还原.而高浓度条件下可溶性Fe(Ⅲ)优先大量接受来自电子供体的电子而与偶氮化合物竞争,其电子穿梭功能被掩盖,从而抑制偶氮还原.对于不可透过细胞的不可溶性Fe(Ⅲ),只是作为胞外电子受体与强极性的偶氮化合物竞争电子从而仅仅呈现延缓作用.通过对铁的形态及浓度的适当选择与控制可以获得更高效的偶氮还原效率.     

Shewanella oneidensis MR-1异化还原Fe(Ⅲ)介导的As(Ⅲ)氧化转化

在实验室模拟条件下,研究了Shewanella oneidensis MR-1作用下Fe(III)还原和As(III)氧化动力学及其影响因素.结果表明,Fe(III)被还原为Fe(II)的同时伴随着As(III)氧化为As(V);S.oneidensis MR-1在含低浓度As(III)培养基上生长良好,在高浓度培养基上生长被抑制;As(III)通过制约菌体的生长与活性来抑制Fe(III)异化还原.同样,适量浓度的Fe(III)含量对As(III)氧化转化有很强的促进作用,但是过高浓度的Fe(III)浓度使得溶液中产生过多的Fe(II),从而对As(III)氧化转化有一定程度的抑制作用.此外,弱碱环境更有利于As(III)氧化转化.     

菌株Enterococcus sp.ZQ21异化还原Fe(Ⅲ)及产氢性质分析

一些发酵型异化铁还原细菌同时具有异化铁还原与产氢的能力,该类细菌在环境污染修复的同时能够解决能源问题,具有广阔应用前景。本文以海洋沉积物中异化铁还原细菌Enterococcus sp. ZQ21为研究对象,设置不同形态Fe(Ⅲ),分析菌株ZQ21异化铁还原与产氢性质。结果表明,当氢氧化铁和柠檬酸铁为电子受体时,菌株ZQ21以柠檬酸铁为电子受体时Fe(Ⅲ)还原效率较高,其酶活性分别为3.66 U和4.40 U。同时,菌株ZQ21在异化铁还原培养体系中具有产氢能力,以柠檬酸铁和氢氧化铁为电子受体进行厌氧发酵培养时,体系累积产氢量分别为(1395.30 ± 4.79）mL/L和（174.30 ± 3.23）mL/L,均显著高于对照组[(23.20 ± 2.09) mL/L]。通过液相发酵产物分析,在柠檬酸铁和氢氧化铁不同形态Fe(Ⅲ)培养条件下,菌株ZQ21分别表现出乙醇型发酵和丁酸型发酵产氢代谢类型。菌株Enterococcus sp. ZQ21具有异化铁还原和产氢能力,进一步拓宽发酵型异化铁还原细菌种质资源。     

Dissimilatory Fe(III) reduction characteristics of paddy soil extract cultures treated with glucose or fatty acids

Dissimilatory Fe(Ⅲ) reduction is a universal process with irreplaceable biological and environmental importance in anoxic environments. Our knowledge about Fe(Ⅲ) reduction predominantly comes from pure cultures of dissimilatory Fe(Ⅲ) reducing bacteria (DFRB). The objective of this study was to compare the effects of glucose and a selection of short organic acids (citrate, succinate, pyruvate, propionate, acetate, and formate) on Fe(Ⅲ) reduction via the anaerobic culture of three paddy soil solutions with Fe(OH)3 as the sole electron acceptor. The results showed significant differences in Fe(Ⅲ) reduction among the three paddy soil solutions and suhstrate types. Bacteria from the Sichuan paddy soil responded quickly to substrate supply and showed higher Fe(Ⅲ) reducing activity than the other two soil types. Bacteria in the Jiangxi paddy soil culture solution could not use propionate as a source of electrons for Fe(Ⅲ) reduction. Similarly, bacteria in the Jilin paddy soil culture could not use succinate effectively. Pyruvate was readily used by cultures from all three paddy soil solutions, thus indicating that there were some similarities in substrate utilization by bacteria for Fe(Ⅲ) reduction. The use of glucose and citrate as substrate for dissimilatory Fe(Ⅲ) reduction indicates important ecological implications for this type of anoxic respiration.     

Fe3+对反硝化系统除磷效果及微生物产物的影响

铁盐常作为化学药剂来辅助城市污水处理厂的生物除磷. 利用间歇试验考察投加不同ρ(FeCl₃)时反硝化除磷系统中污染物的去除效果以及EPS(胞外聚合物)、PHA(聚羟基脂肪酸酯)、糖原的形成与转化,并通过分析胞内Fe3+含量来解析Fe3+对反硝化除磷系统的影响. 结果表明:①Fe3+投加量(以ρ计)<10 mg/L时,系统中PO₄3-P的去除率由未投加时的88.4%升至100%;Fe3+投加量>10 mg/L时,PO₄3-P的去除率随Fe3+投加量的增加而缓慢降至84.4%(Fe3+投加量为25 mg/L时). ②Fe3+投加量(10 mg/L)较低时,会增加污泥中w(总EPS);但由于Fe3+会与EPS中的羟基、氨基等官能团发生络合反应,导致Fe3+投加量(>10 mg/L)较高时可检出的w(总EPS)降低. ③投加Fe3+对厌氧段内w(PHA)、w(糖原)的变化及生物释磷的抑制作用影响不大,但Fe3+投加量(>10 mg/L)较高时对缺氧段NO₃--N的生物利用、生物吸磷作用以及PHA和糖原的转化速率有明显的抑制作用. ④缺氧阶段末胞内Fe3+含量(以w计)增加144%(Fe3+投加量为25 mg/L时),说明抑制作用主要是因为缺氧段Fe3+随细胞吸磷作用一并进入胞内,直接影响生物酶活性.      

微生物异化Fe（Ⅲ）还原在环境污染治理中的应用及其发展前景

微生物异化Fe（Ⅲ）还原是指以Fe（Ⅲ）为末端电子受体在无氧条件下氧化有机物的产能过程,而铁元素是地壳中丰度最高的元素之一,因此,异化Fe（Ⅲ）还原在生物地球化学循环中起着重要的作用。文章围绕异化Fe（Ⅲ）还原机制,综述了国内外有关异化Fe（Ⅲ）还原在有机污染物（尤其是难降解有机污染物）、营养物质（N,P）等环境污染治理中的研究现状及其发展趋势,并对其进行了评述和展望,以期为特定污染物在环境污染治理中的实际应用提供参考依据。     

EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对自养生物体系下硝酸盐还原过程的影响

采用厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),以固定浓度的硝酸盐和硫酸亚铁为基质,按不同梯度条件添加EDTA-2Na,进行长时间的培养驯化,研究铁盐脱氮的启动过程,同时探究不同EDTA-2Na/Fe (Ⅱ)对铁自养反硝化过程以及硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的影响.结果表明:经过65d的培养驯化,反应器成功稳定运行.当EDTA-2Na/Fe (Ⅱ)<1.50时,反应器只进行铁自养反硝化过程,NO₃^-—N去除率最高仅为71.70%;当EDTA-2Na/Fe (Ⅱ)≥ 1.50时,反应器同时进行铁自养反硝化与DNRA过程,NO₃^-—N去除率最高为99.70%.值得注意的是,在EDTA-2Na/Fe (Ⅱ)=1.50时,铁自养反硝化速率达到最大值1.63mg/(L·h)的同时,DNRA的产氨量也达到最大值9.75mg/L.Visual MINTEQ模拟结果表明:EDTA-2Na与Fe (Ⅱ)的摩尔比会影响进水中EDTA-2Na与Fe (Ⅱ)的存在形态,物质的量比越大,FeEDTA^2-浓度越高,Fe (Ⅱ)的生物可利用性越强.通过对不同样本进行微生物种群分析,发现优势菌属有Brucella、Castellaniella、Ochrobactrum、Pseudomonas、Citrobacter,前4种菌属均与反硝化过程有关,Citrobacter菌属与DNRA过程有关,且该菌属只在EDTA-2Na/Fe (Ⅱ)=1.50和1.75两个条件下出现.上述研究结果可为更深入探究DNRA与反硝化之间的作用关系提供参考.     

海绵铁复合填料强化SBR工艺处理城镇污水研究

以城镇污水为处理对象,通过固定化生物铁填料法对SBR工艺的强化对比试验,考察了海绵铁复合填料应用于污水处理脱氮除磷的优越性。结果表明,装填有海绵铁复合载体填料的微生物固定化体系对污水的处理效果好于普通的SBR反应器:COD和氨氮的平均去除率提高了4%~6%;出水TN浓度值降低了10~20mg/L,且系统稳定效果更好;除磷效率高达92.7%,相比提高了70%以上。同时还设计了海绵铁投加量单因素影响试验对该工艺进行了优化,结果表明:当海绵铁的投加量为120 g/L时,此生物固定化体系对城镇污水的处理效果最佳。     

异化Mn(IV)还原耦合降解卡马西平及双氯芬酸

本文以卡马西平（CBZ）和双氯芬酸（DCF）2种代表性有机药物作为目标污染物,嘉陵江沉积物中提取的微生物作为菌源,利用锰矿物为填料的厌氧生物滤柱探究了异化锰还原过程对CBZ和DCF的处理效果.同时研究了外加有机碳源（乙酸钠）和MnO₂对异化锰还原去除CBZ和DCF过程的影响.结果表明,在无外加乙酸钠和MnO₂时,厌氧生物滤柱对10μg/L的CBZ和DCF能分别实现25.23%和32.44%的去除.其中异化锰还原贡献的去除率分别为2.81%和14.87%,而外加0.5g/L乙酸钠和25g MnO₂均能提高异化锰还原过程中对CBZ的处理效果（分别提高6.35%和4.63%）,但对DCF的去除无显著影响.本试验可为难降解有机药物的降解提供新的思路.     

铁锈及Fe(OH)3处理硫酸盐废水厌氧方法试验

投加铁锈或Ｆｅ（ＯＨ）３可明显改善含高浓度硫酸盐有机废水的厌氧处理能力，使趋于失败的升流式厌氧污泥床ＵＡＳＢ恢复正常工作对ＳＯ４２－为５０００ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤＣｒ为１５０００ｍｇ／Ｌ的合成脂肪酸废水，在水力停留时间为４ｄ，由４０％以下的ＣＯＤ去除率提高到投加铁锈或Ｆｅ（ＯＨ）３后的７３％和８２％，出口ｐＨ值由５３上升到７３，产甲烷气量由０.３Ｌ／ｄ上升为２２Ｌ／ｄ.并提出了Ｆｅ（ＯＨ）３比铁锈在去除Ｓ２－干扰更有效，去除Ｓ２-干扰可使厌氧处理恢复正常     

微生物异化还原铁氧化物体系对硝基苯的降解作用

对地下环境中铁氧化物的生物异化还原作用及其降解硝基苯的特性和效果进行了实验研究.结果表明,铁还原菌对硝基苯具有一定的降解能力,100h后硝基苯降解率>68.5%.微生物异化还原铁氧化物过程对硝基苯具有较好的降解作用,当针铁矿浓度为0.3mg/L时,协同降解效果最好,硝基苯降解率为78.5%.微生物的生长与铁氧化物的还原及硝基苯的降解之间具有明显的相关性.