氢氧化钽对水体中磷酸盐的吸附去除作用

采用氢氧化钽为吸附剂,对水中磷酸盐的吸附性能进行了研究,考察了吸附时间、pH值、磷酸盐的初始浓度、反应温度对吸附量的影响。实验结果表明:pH值越小,氢氧化钽对磷酸盐的吸附量越大,当pH值为2时氢氧化钽对磷酸盐的吸附性能优,并且pH值对磷酸盐的吸附量影响较大;磷酸盐的初始浓度越大,吸附量越大,吸附平衡时间越短;氢氧化钽对磷酸盐的吸附量和吸附速率都随着温度的升高而增加。在25℃、pH=2、初始浓度为200 mg/L、吸附30 min时达到平衡时最大吸附量为76.69 mg/g。吸附后的氢氧化钽红外谱图在1066 cm-1处出现特征峰,该峰恰好是吸附磷酸盐的伸缩振动峰,并且在638 cm-1与670 cm-1之间Ta-O键由于磷酸盐的吸附发生了蓝移。采用6 mol/L的NaOH对吸附了磷酸盐的氢氧化钽进行解吸,当pH=12时解吸率为52.45%。研究结果表明,氢氧化钽能够有效的去除水溶液中磷酸盐的吸附剂。     

接种物种类对玉米秸秆沼气干发酵过程的影响

以玉米秸秆为原料,分别以液态牛粪沼气发酵的剩余物及玉米秸秆沼气干发酵的沼渣为接种物进行沼气干发酵试验.秸秆与接种物之比(F/I,基于可挥发性固形物VS)分别为1、3、5,研究了接种物种类和接种量对沼气干发酵过程的启动速度、累积产气量以及微生物菌群结构变化等的影响.试验结果表明:接种液态牛粪沼气发酵剩余物的发酵罐的启动速度及累积产气量均明显优于以玉米秸秆沼气干发酵沼渣为接种物的发酵罐.以液态牛粪沼气的沼渣做接种物时,接种量F/I=1、3、5时的总产气量差异不显著(p0.05);用秸秆干发酵沼渣做接种物时,F/I=1的发酵罐能正常启动,但累积产气量为66.9 L·kg-1(以VS计),比接种液态牛粪沼气发酵剩余物的发酵罐低26%.而F/I=3和5的发酵罐则由于过度酸化而导致发酵失败.     

活性污泥中的腐殖酸对实时荧光定量PCR的影响

活性污泥基因组中的腐殖酸会影响实时荧光定量PCR检测的准确性.本研究采用抽提基因组前腐殖酸去除试剂盒、抽提基因组后腐殖酸去除试剂盒、抽提基因组前后共同去除试剂盒3种不同的方法,去除活性污泥基因组中的腐殖酸,经过PCR和实时荧光定量PCR方法的验证找出腐殖酸去除的最适方法;通过DNA酶Ⅰ消化基因组DNA保留杂质腐殖酸,向其中掺入已知浓度的总细菌质粒,5个浓度10倍梯度稀释10 ng·μL~(-1)的定量模板,探究腐殖酸和梯度稀释模板对活性污泥总细菌实时荧光定量PCR的影响.结果显示,在不同处理组中,通过反复洗脱的方式在基因组抽提前去除活性污泥中的腐殖酸,DNA的得率(162.46 ng·μL~(-1))最多,A260/230值为1.34,A260/280值为1.80,腐殖酸的残留最少;去除腐殖酸后外加内标质粒组,梯度稀释10 ng·μL~(-1)模板100倍及以上,腐殖酸的抑制效应显著降低后保持不变(p0.05),100倍以内变化不显著(p0.05);抽提前去除腐殖酸组进行实时荧光定量PCR的抑制效率为6.16%,显著低于对照组的72.68%(p0.05).研究表明,抽提前去除活性污泥腐殖酸,抽提后将基因组模板稀释100倍可显著降低活性污泥实时荧光定量PCR的抑制效率,提高定量结果的准确性.     

一种高效提取焦化废水活性污泥总DNA的方法

对焦化废水活性污泥中微生物建立高质量的总DNA提取方法是开展分子生态学研究的重要前提.通过反复冻融-蛋白酶K-SDS、溶菌酶-反复冻融-SDS及溶菌酶-反复冻融-蛋白酶K-SDS这3种综合方法对焦化废水活性污泥总DNA进行提取,以OD260/OD280、OD260/OD230、产率、片段完整性、片段大小5个指标来评价样品总DNA的提取效果.结果表明,溶菌酶-反复冻融-蛋白酶K-SDS法所提取的总DNA的OD260/OD280值约为1.8,产率为1.90～16.30 μg·g-1,片断完整性好,主带清晰,大小约为23 kb,其PCR反应抑制物少,能够直接进行16S rRNA基因的PCR扩增.溶菌酶-反复冻融-蛋白酶K-SDS法能够为焦化废水活性污泥中微生物的分子生态学研究提供高质量的总DNA.     

基于秸秆厌氧干发酵的FISH预处理条件优化

优化了荧光原位杂交技术(FISH)定量测定秸秆厌氧干发酵基质中微生物的样品预处理条件,并在最优条件下做了验证性实验。结果表明:使用无水乙醇作为清洗液,FISH样品的荧光信号强度和丰度比用PBS清洗液(磷酸缓冲盐溶液)时有显著提高;样品预处理过程中加无菌玻璃珠震荡能提高微生物的分散度,从而提高FISH技术对秸秆厌氧发酵基质中微生物定量的准确性;采用离心转速为13 000 r/min时,微生物菌体收集率提高,而且还能保证完好的细胞形态,为后续的FISH杂交奠定基础。     

固态发酵过程中微生物总DNA提取方法比较

为了分析固态发酵过程中微生物群落的多样性及演替情况,对比研究了从固态发酵中提取细菌和真菌DNA的3种方法--溶壁酶法、超声波法、液氮研磨 CTAB法.使用紫外分光光度计测定了由不同提取方法得到的DNA的产量与纯度;使用细菌16S rDNA基因通用引物(341F和907R)和真菌18S rDNA基因通用引物(NU-SSU-0817和NU-SSU-119)对DNA进行了PCR扩增;采用DGGE(变性梯度凝胶电泳)法对固态发酵中细菌和真菌的多样性进行了分析.结果显示,3种方法得到的粗提和纯化DNA长度均约为23 kb;细菌和真菌PCR产物长度分别约为586 bp和422 bp.细菌和真菌PCR产物的DGGE分析表明,3种方法提取的DNA所反映的微生物多样性比较一致;但紫外分光光度计测定结果表明溶壁酶法提取固态发酵中微生物总DNA产量最高,超声波法次之,液氮研磨 CTAB法最低.     

有机负荷对秸秆床反应器厌氧生物产沼气的影响

在实验室条件下,以打捆麦秸为固定相,以猪场废水为流动相,采用半连续进料方式,考察了不同猪场废水容积负荷对秸秆床反应器产沼气的影响.结果表明:发酵前25d,较高的猪场废水有机负荷对反应器产气有一定抑制,之后日产气量和容积产气量迅速增加,并明显高于低猪场废水有机负荷的处理,当猪场废水容积负荷为7.2kgCOD/(m3×d)时,厌氧反应器最大容积产气量达2.29m3/(m3×d),产气稳定后维持在1.52~1.76m3/(m3×d),较猪场废水容积负荷为2.4,1.44kgCOD/(m3×d)的处理分别提高了50%和130%以上,对产气中甲烷含量无明显影响;较高的猪场废水容积负荷不利于麦秸厌氧发酵产沼气,发酵后麦秸干物质损失率、纤维素和半纤维素分解率均与猪场废水容积负荷成反比,红外的结果与之一致.对发酵后麦秸水浸提液的DGGE检测表明,维持反应器高有机负荷、低发酵液HRT,促进了厌氧微生物在麦秸表面定植,微生物种群数量和丰富度均明显高于低有机负荷、高发酵液HRT的处理,反应器耐高有机负荷冲击的能力增强.采用秸秆床反应器处理农村常见的秸秆和畜禽养殖污水产沼气是可行的,且较高的废水有机负荷有利于提高反应器容积产气率.     

厌氧互营苯甲酸降解菌 Sporotomaculum syntrophicum对玉米秸秆沼气发酵的生物强化作用

木质素的有效降解是提高秸秆等木质纤维素原料沼气发酵效率的有效途径。木质素很难被厌氧微生物分解利用,然而有研究表明木质素可以经由苯甲酸、苯酚等芳香族化合物被微生物分解利用。采用批次试验探究厌氧苯甲酸降解菌Sporotomaculum syntrophicum FB对秸秆沼气发酵的影响。强化菌株S.syntrophicum接种比例的结果表明,接种比例为5%、10%和20%时,甲烷产量分别为252.2,244.9,234.8 mL/g TS,比对照组提高了20.5%、17.0%和12.2%,TS去除率提高了2.9%、3.1%和3.4%。投加5%~20% S.syntrophicum后的玉米秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的去除率,比对照组提高了12%~13%,3%~5%和38%~46%。进一步试验结果显示,添加S.syntrophicum使甲基纤维素、木聚糖和碱木质素(纤维素、半纤维素和木质素的模式物)的甲烷产量分别提高了15.7%、11.4%和7.8%。     

作物秸秆材料处理养殖废水中氮的周年去除效果及其对氮循环微生物丰度的影响

基于前期研究,利用秸秆材料处理养殖废水,能够有效降低养殖废水中氮的浓度,但周年去除效果及其对氮循环微生物丰度的影响尚不清楚.设置麦秸、玉米秆、稻草和空白对照这4个处理,试验周期为1 a,研究秸秆材料处理养殖废水中氮的周年去除效果及其氮循环微生物功能基因丰度动态变化.结果表明：① 3种作物秸秆对养殖废水TN和NH₄⁺-N等主要污染物的去除效率均以前6个月为最佳,后6个月去除效率明显下降;稻草及麦秸对TN和NH₄⁺-N的周年去除效果较好,其中稻草和麦秸对TN去除率分别为（32.81±11.34）%和（32.99±9.60）%,对NH₄⁺-N去除率分别为（35.3±13.23）%和（34.97±12.00）%;②添加秸秆材料生物基质消纳系统中氮循环微生物功能基因nirK、nirS和hzsB基因丰度为6.45×10⁹、6.18×10⁹和2.31×10⁹copies·L^-1,AOA和AOB基因丰度分别为6.12×10¹⁰copies·L^-1和4.93×10⁹copies·L^-1;16S rRNA高达8.90×10¹⁰copies·L^-1,均显著高于空白处理（P<0.05）.其中添加稻草和麦秸处理中hzsB基因和nirS基因丰度相对较高,表明添加稻草和麦秸显著增强了生物基质消纳系统厌氧氨氧化和反硝化微生物作用.同时,相较于其他处理,添加麦秸增加了生物基质池AOA和AOB基因丰度,表明麦秸能够促进生物基质消纳系统的硝化作用.以上研究结果为秸秆材料处理养殖废水中氮去除分子机制提供了数据支撑.     

活性炭吸附法处理污泥热干化蒸汽的研究

污泥热干化废水的有效处理一直是水处理行业的技术难题之一。通过采用活性炭吸附法处理污泥热干化过程中产生的蒸汽,研究其对冷凝水中COD、氨氮的去除效果同时探索了污泥脱水过程中聚丙烯酰胺的添加对污泥干化冷凝废水中氨氮含量的影响。结果表明:聚丙烯酰胺对污泥干化冷凝废水中高浓度氨氮的影响不足3%,可以忽略不计经处理后得到的冷凝水中的COD去除效果明显活性炭添加量为30 g/L时,处理后得到的冷凝水中的COD小于50 mg/L(去除率高达98%)达到《污水排放综合标准》(GB 8978-1996)中的一级A排放标准,同时对氨氮也有一定的去除效果,活性炭添加量为45 g/L时冷凝水中氨氮的去除率也能达到70%以上。该方法处理效果显著且经济可行,为污泥热干化废水的处理提供了新的技术参考。     

夏季闽江CDOM的空间分布与降解特征

利用三维荧光光谱-平行因子分析技术(EEMs-PARAFAC)以及微生物和光降解实验等方法,分析夏季闽江下游-河口区有色溶解有机质(CDOM)的组成、分布及其降解特征.结果表明,闽江下游-河口区CDOM存在三类荧光组分:类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸;类腐殖质是河段CDOM的主要荧光组分,在河口区随着盐度增加主要的荧光组分逐渐变为类蛋白质.CDOM的丰度变化呈现出明显的空间分布格局:河段CDOM的吸收系数a(280)较低,进入市区后有所增加,到了郊区呈现下降的趋势,而在河口区迅速下降;保守估计福州市区对闽江CDOM的贡献为8%.河段a(280)易被微生物降解和光降解,降解率分别为(28±8)%和(44±7)%,其生物可利用性和光化学活性远高于受海源CDOM影响的河口区;类腐殖质、类酪氨酸和类色氨酸荧光组分在河段具有较高的光化学活性,降解率分别为(75±0.5)%、(58±21)%和(73±3)%,但不易被微生物降解,而且在28 d微生物培养后出现类腐殖质的累积.     

油田回注水中硫酸盐还原原核生物的快速检测和群落结构分析

利用荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)技术,采用荧光标记的rRNA探针及其组合对胜利油田胜利采油厂回注水中硫酸盐还原原核生物(Sulfate reducing prokaryotes,SRPs,包括硫酸盐还原细菌和硫酸盐还原古菌)进行检测,分析了该回注水中SRPs群落结构.结果表明:SRPs在胜利油田回注水中具有极高的种群多样性,广泛分布于4个细菌门和1个古菌门;总数可达2.86×104个/mL,占回注水中总微生物细胞的20%左右;其中优势菌属为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum),分别占回注水微生物总细胞数的8.71%(±4.45%),和12.15%(±3.90%).Desulfobacterales和Syntrophobacterales这2个目中的SRPs,Thermodesulfobacteriales以及Thermodesulfovibro属的SRPs分别占样品微生物总量的7.59%(±2.92%),3.57%(±1.39%)和2.32%(±0.80%).除此之外,也检测到了占微生物总量4.29%(±1.75%)的Archaeoglobus属的SRPs,证明了古菌类SRPs是回注水中一个不容忽视的硫酸盐还原微生物种群.FISH法能够快速、准确地检测回注水中SRPs数量,解析SRPs群落结构.     

氯和紫外消毒过程中胞外抗性基因的产生特征

考察了城市污水氯和紫外消毒过程中不同物理形态的胞外抗性基因的产生行为与及微生物群落的关联特征.结果表明,氯消毒尽管使胞内抗性基因丰度下降,但使结合型胞外抗性基因丰度明显上升（0.7±0.1）log,而游离型胞外抗性基因丰度下降（0.2±0.1）log.紫外消毒也使胞内抗性基因下降,但使游离型胞外抗性基因显著上升（0.4±0.2）log,而结合型胞外抗性基因丰度下降（0.3±0.1）log.氯消毒后,结合型胞外DNA（a-eDNA）中变形菌门丰度下降而其他菌门的丰度上升,细菌多样性指数由4.2上升到4.7;而游离型胞外DNA（f-eDNA）中变形菌门上升了6.6%,多样性指数则从3.5降低到2.8.紫外消毒后,a-eDNA中变形菌门丰度下降了36.6%,多样性则上升到4.8,而f-eDNA中细菌丰度变化较小.分子生态网络分析揭示了抗性基因与细菌间广泛的寄存关系,tetA、tetX、sulI和sulII分别与17、15、15和5种菌属间存在共现性,表明抗性基因潜在宿主的变化是导致消毒后胞外抗性基因产生的关键原因.本研究表明氯和紫外消毒不能消除抗性基因风险,反而通过导致不同胞外抗性基因的大量产生,使风险的形式发生变化.     

太湖流域典型河流含氮物消减速率研究

采用自主研发的原位培养装置,开展了太湖流域典型河流水体含氮物消减速率及其影响因素研究.结果表明,总氮和氨氮消减速率呈现显著的空间差异性（P<0.05）,消减速率分别为（280.6±180.0）~（1458.8±725.7）mg/（m³·d）、（35.2±3.7）~（343.6±88.4）mg/（m³·d）,但硝态氮消减速率（44.3±7.6）~（521.2±19.2）mg/（m³·d））无显著的空间差异性（P>0.05）.微生物作用下氮素消减速率为95.0~733.1mg/（m³·d）,分别占含氮物总消减速率和总负荷的12.9%~50.3%和2.0%~13.4%,非微生物作用下氮素消减速率为180.0~996.7mg/（m³·d）,占含氮物总消减速率和总负荷的49.8%~87.0%和7.4%~25.7%,说明污染物进入水体,短期内微生物作用对含氮物消减速率的贡献较低.氮素消减速率与TN、NO₃^-、SS均呈线性相关关系（P<0.05）,说明TN、NO₃^-、SS在一定程度上是氮素消减作用的影响因素.     

电磁波加载内回流硝化液对A/A/O缺氧池反硝化功能的影响

为了提升缺氧池的反硝化功能,对A/A/O系统的内回流硝化液进行电磁波加载.考察了加载时间（T）75s,加载功率（P）分别为100和400W的条件下,不同的硝化液加载百分比（L）（5%、10%、20%）对A/A/O系统功能的影响,优选出工况Ⅰ、工况Ⅲ和工况Ⅵ,分析3种工况下缺氧池混合液的微生物特性和群落结构变化.结果表明电磁波加载可致硝化液絮体结构破裂,有机物的溶出为缺氧池补充大量反硝化碳源,促进异养反硝化菌（Dechloromonas、Azospira、Haliangium）的富集,冗余分析（RDA）结果表明电磁波加载功率增大会使缺氧池中Dechloromonas大量富集.缺氧池的反硝化速率得到较大提高.电磁波加载条件为P=100W,T=75s,L=10%时,池内污泥的比亚硝酸盐还原速率（SNIRR）和比硝酸盐还原速率（SNRR）分别提升至（10.15±1.02）和（14.37±0.63） mg N/（g MLVSS·h）,比未加载时分别提高了20.55%和46.63%;当电磁波加载条件为P=400W,T=75s,L=10%时,二者提高至（10.57±0.82）和（12.16±0.74） mg N/（g MLVSS·h）,比未加载时分别提高了25.53%和28.03%,表明电磁波加载内回流硝化液能够提高A/A/O缺氧池的反硝化功能.     

盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的三维荧光光谱解析

利用三维荧光(EEM)技术研究了不同盐度冲击下膜-生物反应器(MBR)污泥微生物溶解性产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的变化规律,分析不同盐度冲击下MBR污泥SMP和EPS的EEM图谱.结果表明,当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP的EEM图谱中色氨酸荧光峰B(270nm,350nm)、类胡敏酸荧光峰C(375,475nm)、类富里酸荧光峰D(260,460nm)以及EPS的EEM图谱中色氨酸荧光峰B的荧光强度随冲击盐度的提升而增加,EPS的EEM图谱中类胡敏酸C峰的荧光强度则随冲击盐度的提升而下降.用平行因子分析(PARAFAC)方法确定EEM图谱中存在的4个组分,分别为类蛋白质组分C1(230/280,350nm),类胡敏酸组分C2(290/310,380nm)、C3(290/360,460nm)和C4(270/340,440nm);当冲击盐度大于2.5g/L时,SMP中C1、C3和C4组分的荧光强度与冲击盐度呈正相关,而EPS中C3和C4组分的荧光强度分别与冲击盐度呈正相关和负相关,其相关系数均≥0.90;SMP中类蛋白质荧光组分和类胡敏酸组分的荧光强度之和分别与测定的蛋白质含量和胡敏酸含量呈明显的正相关性,相关系数均＞0.93,可作为荧光组分强度定量计算的依据,而EPS中此相关性并不明显.     

Dye reduction-based electron-transfer activity monitoring assay for assessing microbial electron transfer activity of microbial fuel cell inocula

Microbial fuel cells (MFC) utilize microbes as catalysts to convert chemical energy to electricity. Inocula used for MFC operation must therefore contain active microbial population. The dye reduction-based electron-transfer activity monitoring (DREAM) assay was employed to evaluate different inocula used in MFCs for their microbial bioelectrical activity. The assay utilizes the redox property of Methylene Blue to undergo color change from blue to colorless state upon microbial reduction. The extent of Methylene Blue reduction was denoted as the DREAM assay coefficient. DREAM assay was initially performed on a microbial culture along with the growth curve and estimation of colony forming units (CFUs). DREAM coefficient correlated to the CFU/mL obtained over time as growth progressed. The assay was then extended to water samples (domestic sewage, lake and a man-made pond) serving as inocula in MFCs. Domestic wastewater gave the highest DREAM coefficient (0.300 ± 0.05), followed by pond (0.224 ± 0.07) and lake (0.157 ± 0.04) water samples. Power density obtained conformed to the DREAM coefficient values, with the three samples generating power densities of 46.45 ± 5.1, 36.12 ± 3.2 and 25.08 ± 4.3 mW/m² respectively. We have also studied the role of addition of various carbon sources and their concentrations towards improving the sensitivity of the assay. The DREAM assay is a rapid, easy-to-perform and cost-effective method to assess inocula for their suitability as anolytes in terms of electron transfer potential in MFCs.     

己酸菌富集及其利用餐厨垃圾产己酸的研究

采用批式发酵的方式,考察3种不同电子供体(乙醇、乳酸、乙醇和乳酸)对己酸菌的富集情况,进而选取产己酸最优的混合菌,探究在不外加电子供体情况下,餐厨垃圾厌氧发酵产己酸的性能.结果表明:当以乙醇和乳酸共同作为电子供体时,己酸浓度可达(2303.06±499.56) mgCOD/L,产己酸效果最佳,并显著富集到了3种碳链延长菌:Clostridium_sensu_stricto_12(16.04%±0.16%),Caproiciproducens(28.78%±0.15%),Oscillibacter(2.32%±0.03%);将产己酸最优的混合菌接种于餐厨垃圾进行厌氧发酵,己酸浓度最高可达(8657.36±996.21) mg COD/L,己酸产率为(230.05±26.47) mg COD/gVS,己酸选择度为27.74%±3.19%.以上结果验证了以乙醇和乳酸共同作为电子供体时对己酸菌具有明显的富集作用,富集到的混合菌可有效用于餐厨垃圾的产己酸发酵,为餐厨垃圾的资源化利用提供了理论支撑.     

城市污水厂活性污泥胞外聚合物的三维荧光特性分析

对厦门5个城市污水处理厂活性污泥溶解性有机物SMP,松散型胞外聚合物LB-EPS和紧密结合型胞外聚合物TB-EPS的三维荧光光谱分析表明,SMP,LB-EPS和TB-EPS都有3个明显的特征峰,其中Peak A(Ex/Em=225~230/335~350nm)和Peak B (Ex/Em= 275~280/330~350nm)都为类蛋白荧光物质,Peak C(Ex/Em=320~350/420~445nm)为腐殖酸类荧光物质.LB-EPS和TB-EPS荧光峰强度同其对应的TOC浓度有一定相关性.荧光强度综合指数FRI分析表明,微生物副产物更多的存在于TB-EPS中,其FRI总和同TOC浓度呈一定相关性.