高铁酸钾破解剩余污泥的水解效能分析

为了有效提高污泥水解效率、缩短厌氧消化时间,以K₂FeO₄为氧化剂破解剩余污泥,考察K₂FeO₄投加量（50~500 g/kg,以干质量计）对污泥破解率的影响,分析水解液各项特征指标并对其可生化性能进行预测,探究该方法作为污泥厌氧预处理的可行性.结果表明:污泥水解效率随着K₂FeO₄投加量的增加而升高,当搅拌速率为500 r/min、反应时间为2 h、K₂FeO₄投加量为500 g/kg的条件下,可实现最高的污泥破解率（34.6%）.污泥水解液中有机物以多糖、蛋白质为主,并有少量挥发性有机酸;污泥破解过程也伴随着P和NH₄+-N的释放,上清液中ρ（TP）最高可达496 mg/L,且以正磷酸盐为主（约310 mg/L）,可对其进行回收.采用三维荧光体积积分的方法对污泥水解液的可生化性能进行预测,发现污泥经K₂FeO₄预处理后,水解液中RB（易降解有机质）和PB（难降解有机质）荧光强度均明显增加,当K₂FeO₄投加量为50 g/kg时,F_digestion（生物可降解性指数）达到最大值（4.75）,预测此时污泥的可生化性能最佳.以K₂FeO₄为氧化剂预处理污泥可有效提升污泥水解效率,但若作为厌氧消化预处理,应综合考虑污泥破解率和可生化性能.研究显示,搅拌速率为500 r/min、反应时间为2 h、K₂FeO₄投加量为50 g/kg预处理条件下污泥的可生化性能最佳.      

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。     

潮间带污泥产絮凝细菌W17分离与絮凝性质分析

对采自天津潮间带的污泥进行富集培养,从混合菌群中筛选高效产絮凝细菌。经过5次平板分离,获得一株对高岭土悬浊液具有较高絮凝活性的产絮凝细菌W17。根据形态观察和16S r RNA基因序列分析,该菌株鉴定为Enterococcus sp.W17(Genebank号KP198609)。在不同碳源(葡萄糖、果糖、木糖、乳糖、纤维素和淀粉)、起始p H值(5.0~10.0)和盐度(4‰~70‰)等培养条件下,分别测定菌株W17生长和产絮凝性质。结果表明,菌株W17能够利用多种碳源进行生长和产絮凝,其中葡萄糖是菌株W17生长和产絮凝的最适碳源。在起始p H值5.0~10.0范围内,菌株W17产絮凝的最适起始p H值是6.0,絮凝率可达到(91±5.83)%。菌株W17在设定盐度范围内,都能够生长并具有产絮凝性质,该菌株表现出较强的耐盐性。在淡水和海水培养条件下,菌株W17的产絮凝率分别是(94±5.50)%和(87±5.67)%。产絮凝菌株W17有望应该用于废水特别是高盐废水的处理。     

预处理方法对香蒲厌氧发酵联产H2-CH4效能的影响

通过厌氧发酵动力学分析、还原糖及其他代谢产物变化情况,结合香蒲微观结构解析,系统研究酸(HCl)、碱(NaOH)、酶(纤维素酶R-10)3种预处理对水生植物厌氧发酵联产H₂-CH₄的影响. 结果表明:香蒲分别经酸、碱、酶3种预处理后,厌氧发酵联产累积H₂、CH₄产量及含量均显著提高,c(HCl)、c(NaOH)均为1.0mol/L, w(纤维素酶R-10)(以底物计)为10mg/g时,预处理最佳. 其中1.0mol/L NaOH预处理香蒲效果最佳,φ(H₂)(H₂含量)达30.09%,累积产H₂量(以香蒲干质量计)达11.39mL/g;φ(CH₄)(CH₄含量)最高达67.48%,累积产CH₄量(以香蒲干质量计)达41.87mL/g;还原糖利用率达50.87%,sCOD(溶解性化学需氧量)利用率达66.17%. 纤维素酶预处理后香蒲产CH₄能力显著提高,产CH₄阶段φ(CH₄)最高为71.39%,累积产CH₄量达46.32mL/g,还原糖利用率达72.10%. 扫描电镜微观结构分析表明,碱预处理对香蒲纤维素结构破坏程度最大,可有效增加香蒲与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产H₂-CH₄工艺的快速启动和稳定运行.      

异化Mn(IV)还原菌激活及其对有机药物去除

以嘉陵江沉积物为菌源,利用荧光绝对定量（qPCR）技术探究了不同碳源（葡萄糖和乙酸钠）和不同形态的锰氧化物（δ-MnO₂和锰矿粉）对异化Mn（IV）还原菌激活效果的影响.在此基础上,研究了激活效果最佳的异化Mn（IV）还原菌对卡马西平、布洛芬、萘普生、雌激素和双氯芬酸5种有机药物的去除效果.结果表明,葡萄糖作为碳源,δ-MnO₂作为电子受体时激活效果最佳,Mn²⁺10d累计生成浓度达416.03mg/L,TOC消耗率达88.24%.激活后的异化金属还原菌在有无外加碳源时对卡马西平和布洛芬均无明显去除,对萘普生在外加碳源时能实现11.88%的去除.雌二醇和双氯芬酸可以作为异化Mn（IV）还原菌唯一碳源,其去除率可达75.70%和58.25%.     

同化和共代谢降解氯苯菌株的筛选与特性研究

基于污染场地,筛选了一株可降解氯苯（CB）的微生物,经鉴定该菌株属于粘质沙雷氏菌属（Serratia marcescans）,命名为Serratia marcescans TF-1.同化降解结果表明,该菌株能够在有氧的条件下以CB为唯一碳源和能源,菌体平均增长速率为0.0063~0.022g_cell/（mol_CB·h）,最大比生长速率（μ_max）为0.015~0.42h^-1,CB降解速率（V_CB）为1.35~4.47mol/（g_cell·h）,菌株对CB最高耐受浓度高于200mg/L.共代谢降解结果显示,TF-1可以琥珀酸钠和柠檬酸钠为底物共代谢降解CB;氯苯浓度（c_CB）<80mg/L时,μ_{max（柠檬酸钠）}（0.21~0.87h^-1）>μ_{max（琥珀酸钠）}（0.20~0.81h^-1）,V_{CB（柠檬酸钠）}（0.15~0.47mol/（g_cell·h））<V_{CB（琥珀酸钠）}（0.17~0.48mol/（g_cell·h））;c_CB>80mg/L时,μ_{max（柠檬酸钠）}（0.086~0.21h^-1）<μ_{max（琥珀酸钠）}（0.17~0.25h^-1）,V_{CB（柠檬酸钠）}（0.61~1.11mol/（g_cell·h））>V_{CB（琥珀酸钠）}（0.56~0.95mol/（g_cell·h））,表明共代谢降解过程中,CB浓度,底物种类是调控污染降解的重要因素.最后考察了温度、pH值和接种量对TF-1降解CB的影响,结果发现,该菌株适宜生长的温度范围为20~35℃,最适温度为30℃;适宜生长pH值为5~9,最适pH值为7;最适接种量为5%.与现有菌株比较发现TF-1的温度和pH值适用范围更广,降解能力更强,污染物耐受浓度更高,既能同化又能共代谢降解CB,在贫营养和富营养污染场地中应用潜力更大.本研究可为原位CB污染场地修复提供有效的生物资源.     

餐厨垃圾接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性研究

餐厨垃圾可定向发酵产乙醇,但复杂的预处理导致处理时间长、工艺复杂度增加. 本文通过直接接种酵母菌和灭菌后接种酵母菌对比试验,分析发酵系统内乙醇、乙醇前体物还原糖、还原糖前体物淀粉的降解与产生规律,探讨餐厨垃圾直接接种酵母菌固态厌氧发酵产乙醇的可行性及规律. 结果表明:酵母菌的添加能够促进餐厨垃圾固体厌氧发酵产生乙醇,接种酵母菌后乙醇浓度为11.86~12.09 g/L,是空白对照的8.41~31.50倍,且高于灭菌预处理后接种的6.88~10.02 g/L;基于修正的Gompertz模型分析也证实了上述结果,接种酵母菌后,系统产乙醇潜力(P_m)和单位最大乙醇产率(R_m)也随之上升,但接种量对餐厨垃圾的P_m和R_m影响不大. 对乙醇前体物还原糖的分析表明,接种酵母菌能够在发酵初期就可以发挥作用,促使系统内还原糖在0~4 h内快速降为43.37~46.55 mg/g,从而加速了餐厨垃圾的稳定化进程,但在4~24 h内,由于次生代谢物的抑制作用,系统内还原糖未出现明显的产生和降解. 还原糖前体物淀粉的水解情况分析表明,接种酵母菌可将淀粉的水解率由19.36%提高到27.90%~37.57%,但淀粉含量在274.02~316.51 mg/g之间时已不再发生水解. 研究显示,直接接种酵母菌有助于餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇含量的提高,体系中还原糖、淀粉含量并未成为餐厨垃圾固态厌氧发酵产乙醇量的限制性因素.      

1株海洋产电菌Shewanella XMS-1的特性分析

以厦门湾海水中的底泥为接种物筛选得到1株具有电化学活性的菌株XMS-1,研究该菌株相关特性及其在环境污染控制中的应用。根据菌株的形态、生理生化性质及16S rRNA基因测序的结果确定其种属,并用以构建微生物燃料电池,研究该菌株的产电性能,以及对典型重金属污染物Cr （Ⅵ）的还原能力。菌株XMS-1经鉴定属于Shewanella属,当MFC中接种初始浓度OD₆₀₀为0.3时可获得最大功率密度18 mW/m2、电流密度243 mA/m2,细菌能够在pH为7~8和NaCl含量为0~6%条件下实现对Cr （Ⅵ）的还原。XMS-1该菌株能在较宽的pH和较高的盐度条件下高效还原Cr（Ⅵ）,并且具备良好的电化学活性,为微生物直接处理含盐工业废水和实现海水资源化利用提供了新的研究思路和数据参考。     

磷酸盐和钙的添加对Bacillus C075矿化重金属Pb的影响

通过加入磷酸盐（P）和钙（Ca）,促进菌株矿化铅（Pb）形成稳定的矿化物,从而降低环境中Pb的污染.该研究从矿区周边重金属污染土壤中筛选出的一株对Pb耐受的菌株Bacillus C075,在进行微生物矿化重金属的试验中加入P和Ca,以了解P和Ca的添加对菌株矿化Pb的影响.结果表明:P添加对菌株生长没有影响,当添加c（Ca2+）为10 mmol/L时菌株生长状况最佳且增强了菌株对Pb的耐受性,P和Ca的添加均能提高菌株对Pb的矿化率,矿化率分别增加了23.6%和56.9%.矿化过程中动力学曲线测得K_m（米氏常数）为271.53 μmol/L,V_max（最大酶促反应速率）为109.53 mg/（h·g）,表明该菌株磷酸酶活性良好,有利于矿化反应进行.FT-IR和XRD图谱分析表明,不添加或单独添加P,生成的矿化产物均为Pb₅（PO₄）₃OH,但P的添加增加了菌株表面吸附面积和吸附位点,提高了矿化率.同时添加P和Ca后出现更稳定的矿化产物Ca₂Pb₈（PO₄）₆（OH）₂,P和Ca的添加使生成的矿化物更加稳定和致密,并且提高了菌株对Pb的耐受性及矿化率.研究显示,P和Ca的添加能够提高菌株对重金属Pb的矿化率并生成稳定的矿化物,可为提高微生物矿化修复重金属Pb污染提供参考.      

胶原纤维基多孔碳纤维用于电化学产双氧水——酸处理对产双氧水性能的影响

为获得通过电化学的氧还原反应（ORR）高效原位生成双氧水（H₂O₂）的新型碳材料,基于一类天然生物质-皮胶原纤维为基础材料制备出多孔碳纤维材料（PCFs-x）.利用皮胶原纤维分子中的-COOH、-NH₂等官能团与铁盐之间的较强的络合作用来吸附铁离子,碳化后经酸浸获得PCFs-x材料.XRD、SEM、BET等手段对不同浓度硝酸浸取后所获得的PCFs-x进行系统的结构表征,测试其电子转移数,考察了其氧还原反应活性及电化学还原氧气产H₂O₂的性能.结果表明,胶原纤维经过上述制备流程后可获得有序结构的PCFs-x,其中浓度为1mol/L时获得的材料具有最好的产H₂O₂效果和电流效率,氧还原反应2.5h后H₂O₂累积浓度达到148.81mg/L,电流效率72.33%.实验结果为基于胶原纤维制备新型高效的原位电化学产双氧水的碳材料提供了理论基础与可借鉴的思路.     

一株稻田土壤梭状芽孢杆菌的分离及其固氮产氢能力研究

为研究水稻土壤中协同固氮产氢菌的固氮产氢特性,拓展协同固氮产氢菌菌种资源,利用厌氧微生物富集培养、亨盖特厌氧滚管等技术,从华南稻田土壤中筛选到一株同时具有产氢和固氮能力的菌株BZ-1. 经形态学观察及16S rRNA基因序列系统发育分析,鉴定菌株BZ-1属于梭状芽孢杆菌属(Clostridium sp.). 通过测定产氢量、生物量、发酵产物及固氮酶酶活等,对菌株BZ-1的产氢能力及协同固氮产氢特性进行分析. 结果表明:菌株BZ-1发酵34.55 mmol/L葡萄糖可产生42.19 mmol/L H₂,主要副产物为丁酸(15.96 mmol/L)、乙酸(7.14 mmol/L)和乳酸(5.09 mmol/L);菌株BZ-1具有固氮酶活性,能够以N₂为唯一氮源进行生长;菌株BZ-1固氮产氢时,相比于添加7 mmol/L氯化铵的试验组,产氢量提高了14.71%,最大生物量降低了33.33%,乙酸产量提升了61.49%. 研究显示,菌株BZ-1在协同固氮产氢条件下固氮能力的提升、生物量的降低以及核心碳代谢途径的改变可能是其产氢量提升的原因. 固氮产氢菌株BZ-1的获得将为提高土壤肥力以及缓解铅、镉等重金属对农作物的胁迫作用提供新的思路.      

淀粉废水生产微生物絮凝剂及发酵动力学特征

以淀粉生产废水为原料制备微生物絮凝剂,考察了外加磷酸盐、氮源对微生物絮凝剂产量和絮凝活性的影响,分析了絮凝菌的生长与代谢特征,检测了发酵过程中pH值、COD、氨氮、及总磷的变化规律,分别利用Logistic和Luedeking-Piret模型对絮凝菌生长和代谢产物生成的动力学过程进行了拟合,并探索了微生物絮凝剂对淀粉废水的絮凝沉降性能.结果表明,外加6g/L的磷酸盐（K2HPO4：KH2PO4=2：1,w/w）和2g/L的尿素,所制备微生物絮凝剂的产量和絮凝活性分别显著提高至0.96g/L和92.8%.在对数生长期,菌体干重、细胞浓度OD₆₀₀和菌落数分别迅速增加至1.58g/L、0.86和5.3×10⁷cfu/mL,淀粉废水培养基的COD、氨氮、总磷分别由7836、975、712mg/L迅速降低至1736、188、146mg/L. 絮凝菌发酵结束后,发酵培养基的pH值由6.8略降至6.5.絮凝菌代谢获得的微生物絮凝剂中多糖含量为96.2%,基本不含蛋白质.Logistic和Luedeking-Piret模型的拟合结果能够较好地描述絮凝菌生长和代谢产物生成的动力学过程.此外,本实验制备的微生物絮凝剂在投加量为30mg/L时,能够去除淀粉废水中48.6%的COD和71.9%的浊度.     

稻秸秆制备微生物絮凝剂及改善污泥脱水性能的研究

采用水稻秸秆制备微生物絮凝剂,研究了微生物絮凝剂对污泥脱水性能的影响,并通过响应面分析法优化了微生物絮凝剂与聚合氯化铝（Polyaluminum chloride,PAC）复配改善污泥脱水性能的过程.结果表明,制备微生物絮凝剂的最佳条件为：800mL蒸馏水、200mL水稻秸秆酸解液、4g K₂HPO₄、2g KH₂PO₄、0.2g MgSO₄、0.1g NaCl、2g尿素,在此条件下,微生物絮凝剂产量达0.96g/L.保持原污泥pH值,当微生物絮凝剂投加量为12mg/L,干污泥量（DS）较原污泥提高了59.5%,污泥比阻（SRF）降低了53.6%,表明经微生物絮凝剂絮凝处理,污泥脱水性能显著改善.保持原污泥pH值,当PAC投加量为3g/L,干污泥量（DS）为16.4%,高于原污泥的13.2%,污泥比阻为（SRF）5.4×10¹²m/kg,低于原污泥的11.3×10¹²m/kg,说明PAC对污泥脱水性能有着明显的改善作用.响应面分析结果显示,污泥脱水最佳条件为微生物絮凝剂8.1mg/L、PAC 1.9g/L、pH值8.0,相应DS和SRF分别为24.1%和3.0×10¹²m/kg.实际污泥脱水工程中,污泥pH往往不进行调节,保持原污泥pH=6.4条件下,DS和SRF分别为23.6%和3.2×10¹²m/kg,均优于单独采用微生物絮凝剂和PAC时的污泥脱水效果.     

多粘类芽孢杆菌GA1产絮凝剂的培养基和分段培养工艺

对1株从土壤中筛选的产絮凝剂微生物GA1进行了研究.该菌株经形态学特征、生理生化反应及16S rDNA序列(GenBank序列登陆号为DQ166375)相似性分析鉴定为多粘类芽孢杆菌,并命名为Paenibacillus polymyxa GA1.对其进行了产絮凝剂培养条件和培养工艺的研究.结果表明:GA1产絮凝剂的最佳培养基成分(g/L)为蔗糖40.0、酵母浸膏4.0、K₂HPO₄5.0、KH₂PO₄、2.0、NaCl 0.1、MgSO₄ 0.2.研究了该菌株产絮凝剂的最佳培养条件,包括培养基的初始pH、培养温度、摇床速度和接种量.同时针对其产絮凝剂和菌体生长的关系,首次将分段培养工艺应用于GA1产絮凝剂中,即在培养的初期24h内采用菌体生长最佳培养条件,在培养后期采用菌体产絮凝剂的最佳培养条件.结果表明,采用分段培养的工艺,既可保证GA1絮凝剂的产量,又能缩短培养周期.     

奇异变形杆菌TJ-1产絮凝剂的培养基优化研究

从活性污泥中分离出1株新型高效产絮凝剂菌TJ-1,经16S rDNA相似性分析鉴定为奇异变形杆菌(Proteus mirabilis),这是首次发现奇异变形杆菌能产微生物絮凝剂,对其进行了产絮凝剂培养条件优化研究.结果表明,TJ-1菌产絮凝剂的最佳培养基成分为:葡萄糖10g,蛋白胨1g,MgS040.3g,KH2PO42g,K2HP04 5g,去离子水1L,pH=7.0.絮凝实验结果表明,该菌在最佳培养条件下所产絮凝剂对高岭土悬液的絮凝率达到92%.     

碳化硼促进Psendomonas stutzeri A1501电催化固氮产氨及机制

以Pseudomonas stutzeri（P.stutzeri） A1501为模式固氮菌株、碳化硼（B₄C）为典型电子传递载体构建电催化氮还原体系,探究B₄C添加对该体系固氮产氨性能的影响.结果表明,B₄C能够显著提高P.stutzeri A1501介导的电催化氮还原体系的产氨性能.在0.4g/L投加量条件下,900℃煅烧温度下制备的B₄C（B₄C₉₀₀）的添加能够使电催化体系氨累积量提高117%,这是由于B₄C₉₀₀表面丰富的活化位点能够促进N₂吸附与活化.此外,电化学和光谱学谱图表明,B₄C₉₀₀的添加不仅能够促使P.stutzeri A1501分泌更多的氧化还原活性物质,而且驱动高活性阴极生物膜的形成,进而强化电极电子的长距离传递及利用.     

一株高适应性Nitrosomonas eutropha CZ-4的脱氨特性

从垃圾渗滤液中分离得到了一株亚硝化单胞菌Nitrosomonas eutropha CZ-4,其16S rDNA序列与N.eutropha C91的相似性达99%.研究了pH值、温度、游离亚硝酸浓度、盐度等对其生长的影响,并测试了其在垃圾渗滤液、黑臭水和富营养化湖水中的脱氨效果.结果表明,该菌的最适生长pH值为7.3~8.7,最适生长温度为30.9℃,游离亚硝酸和盐度对该菌的半数抑制浓度分别约为0.11mg/L与2%.在最佳发酵条件下,该菌的最大氨氮去除速率为58mg/（L·h）,最短倍增时间为8.2h;在不同类型的污水/地表水（初始氨氮浓度为0.66~603mg/L）中,该菌的最大氨氮去除速率为11.4mg/（L·h）,最短倍增时间为10.9h,最低残余氨氮浓度为0.11mg/L.     

钝化剂与肥料对油菜和孔雀草间作体系的影响

通过盆栽实验,采用镉（Cd）低积累油菜单作和低积累油菜-超富集植物孔雀草间作两种种植模式,设置施用巯基坡缕石和硫酸钾以及叶面喷施硫酸锰的调控处理,研究不同处理对单作和间作模式下植物生长与Cd累积以及土壤Cd形态的影响.结果表明：施用巯基坡缕石可显著降低油菜和孔雀草地上部Cd含量、油菜Cd累积量、Cd提取率以及土壤有效态Cd含量.施用0.4g/kg的硫酸钾显著增加孔雀草Cd累积量,降低间作油菜地上部Cd含量,使间作油菜根际土壤可交换态Cd比例减少,残渣态Cd比例增加.喷施0.6g/L的硫酸锰使单作油菜地上部Cd含量、Cd累积量以及Cd提取率显著降低.从降低油菜地上部Cd含量保障安全生产,同时不影响Cd植物提取修复角度综合考虑,在间作模式下,施用0.4g/kg的硫酸钾处理调控效果最佳.     

絮凝剂产生菌Geotrichum candidum的絮凝特性研究

本文研究了活性污泥中分离出的絮凝剂产生菌J-5的絮凝特性。通过形态学、理化特征、18SrDNA序列和G+C含量研究,鉴定J-5为Geotrichum candidum。培养3d,G.candidum的生长量达到最高,但其絮凝活性在1d培养后即达到最大值。絮凝活性分布研究表明G.candidum的胞外分泌物是起主要絮凝作用的物质。培养液的上层清液通过乙醇沉淀和去离子水渗析后得到粗制生物絮凝剂。利用化学分析、紫外分析和红外分析研究生物絮凝剂的化学组成,发现其主要由多糖构成,其中占主要成分的是中性糖和糖醛酸,生物絮凝剂分子含羟基、羧基和甲氧基官能团。