氢基质自养微生物还原降解水中对氯硝基苯的研究

将中空纤维膜微孔曝气和生物膜工艺结合设计出一种新型的水处理工艺——氢基质生物膜反应器(MBfR),其中,中空纤维膜为自养微生物的生长载体,还可作为扩散装置使氢气均匀扩散至生物膜中.同时,对氢基质自养微生物还原降解水中对氯硝基苯(p-CNB)的可行性、还原机理和去除效果进行了研究,并分析了共存的硝酸盐(NO3--N)和硫酸盐(SO24-)对p-CNB还原产生的影响.结果表明,MBfR生物膜中氢自养微生物能有效利用氢气为电子供体生物转化p-CNB,其中,p-CNB经硝基还原生成对氯苯胺(p-CAN),p-CAN再通过还原脱氯生成低毒的终产物苯胺(AN).经过长期运行,MBfR对进水500μg·L-1和2000μg·L-1的p-CNB具有稳定高效的生物降解性能,p-CNB去除率和去除通量最高达到96.9%和0.056g·m-·2d-1.通过投加NO3--N和SO42-发现,p-CNB还原速率随NO3--N和SO42-浓度升高而降低,表明p-CNB还原受到NO3--N和SO24-的抑制.NO3--N和SO24-对p-CNB还原产生的抑制主要与对电子供体(氢气)的强烈竞争和还原产物对脱氯微生物的毒性有关.电子通量分析进一步表明,反硝化或SO24-还原消耗更多的电子,当氢气利用率受限制时将对p-CNB还原产生强烈的电子供体竞争性抑制.     

氢基质生物膜反应器去除对氯硝基苯的影响因素分析

基于MBfR(氢基质生物膜反应器)研究进水中ρ(p-CNB)(p-CNB为对氯硝基苯)和氢气压力对氢基质自养微生物还原降解p-CNB的影响,同时分析在ρ(p-CNB)和氢气压力影响下生物膜内电子受体生物还原的当量电子通量和还原动力学. 结果表明:提高进水中的ρ(p-CNB),p-CNB、p-CAN(对氯苯胺)的去除通量分别由0.014、0.011 g/(m2·d)升至0.099、0.060 g/(m2·d),但p-CNB的去除率由95.9%降至68.4%;提高氢气压力,p-CNB、p-CAN的去除通量分别由0.027、0.019 g/(m2·d)升至0.028、0.022 g/(m2·d),p-CNB去除率由93.1%升至95.1%,升幅均不大,说明进水ρ(p-CNB)比氢气压力更能直接影响p-CNB和p-CAN的去除通量及p-CNB去除率. 当量电子通量分配和还原动力学结果表明,p-CNB和p-CAN的还原对氢气压力升高的敏感性不强烈,进一步揭示降低进水中ρ(p-CNB)比提高氢气压力更能明显地促进微生物对p-CNB和p-CAN的去除效果. 氢气压力变化对硫酸盐还原和反硝化的影响程度高于p-CNB或p-CAN的还原,当氢气可利用率受限时,p-CNB或p-CAN的还原会由于电子供体的竞争而受到抑制.      

生物陶粒反应器的氢自养反硝化研究

利用氢自养反硝化生物陶粒反应器处理硝酸盐废水,探讨了生物陶粒反应器中氢自养反硝化生物脱氮的实现过程.考察了水力停留时间、进水硝氮负荷、进水pH值、温度、供氢量等因素对反应器脱氮效果的影响.结果表明,当水力停留时间为24 h和48 h时,反应器对硝酸氮的平均去除率分别达到94.54%和97.47%.在水力停留时间为5~16 h时,NO-3-N去除率随水力停留时间的缩短而降低;进水NO-3-N浓度较低时,NO-3-N的降解速率随其浓度的升高而增大,当NO-3-N浓度大于110mg·L-1时,氢自养反硝化反应受到抑制;中偏碱性环境较酸性或碱性环境更利于反应器对硝酸盐的去除;反应器有较宽的温度适应范围,最适温度为25~30℃;当反应器供氢不足时,脱氮效果明显降低,表明了氢自养反硝化菌对氢气利用的专一性.在整个运行阶段,出水中亚硝酸氮浓度一直保持在较低水平.     

硫酸盐还原-氨氧化反应的特性研究

将接种的ANAMMOX污泥进行自养条件下的硫酸盐还原-氨氧化反应,实验发现硫酸盐还原-氨氧化反应是pH下降的过程,其产物为单质硫和氮气,NO-3-N是其中间产物.NH+4-N/SO2-4-S的转化比随着原水n(N)/n(S)比的减小而减小,其中原水n(N)/n(S)比对氨的转化率影响不大,低的n(N)/n(S)比可以提高SO2-4-S的转化率,但却使NH+4-N转化为NO-3-N的比率增大,导致n(TN)/n(TS)的去除比减小.这表明硫酸盐还原-氨氧化反应不是基元反应.硫酸盐能把氨氧化为NO-2-N或NO-3-N,其中转化为NO-3-N的反应是限速步骤,缩短反应时间有利于氮损失.     

氢自养反硝化去除饮用水中硝酸盐的试验研究

研究了附着生长型序批式反应器内以氢气为电子供体的自养反硝化技术对饮用水中NO3的去除效果.采用透气膜作为氢气的扩散装置,增强氢气的传质效率,降低其爆炸的危险性.结果表明,氢自养反硝化技术能够有效地去除饮用水中的NO-3,NO-3;-N和TN的最高去除速率分别达6.45 mg/(L·h)和4.89 mg/(L·h),NO-2-N有累积,最大累积量达11.58 mg/L.反应结束时,出水pH值为10.56,DOC增长了0.91 mg/L.建立了NO-3和NO-2还原反应的零级动力学模型,动力学常数分别为0.33～0.60 g/(g·d)和0.37～O.45 g/(g·d).氢气压力大于40 kPa时,My-3-N和TN的去除速率变化不大,分别为(5.97±0.08)mg/(L·h)和(4.25±O.04)mg/(L·h);氢气压力为25 kPa时,NO-3和TN的去除速率均显著降低.进水pH值为6抑制了反硝化反应,NO-3-N的去除速率仅为1.83 mg/(L·h);pH值高于8利于反硝化进行,No-3-N的去除速率为3.13 mg/(L.h).     

硫铁填料和微电流强化再生水脱氮除磷的研究

为提高再生水质量,在不同C/N和HRT条件下,对比分析硫铁复合填料和微电流作用强化再生水深度脱氮除磷效果.结果表明,硫铁复合填料和微电流作用均能够强化氮、磷的深度去除效果,且二者结合能够使反硝化系统pH值稳定在7.2~8.5之间.系统中TN主要靠异养反硝化、氢自养反硝化和硫自养反硝化作用去除,94.04%的TP是以生成磷酸铁沉淀的形式去除.分别从填料上取生物膜,进行Miseq高通量测序,构建细菌16S rRNA基因克隆文库.结果发现,在仅有海绵铁作用系统中,同时具有异养反硝化和氢自养反硝化功能的细菌所占比例达到29.47%;硫铁复合填料和硫铁微电流作用系统中,具有硫自养反硝化功能的Thiobacillus(硫杆菌属)所占比例分别达到60.47%和40.62%.因此,硫铁复合填料和微电流作用用于强化再生水深度脱氮除磷具有明显的优势.     

磷对混养反硝化污泥活性和微生物群落结构的影响

生物反硝化脱氮是现在最广泛使用的去除水中NO-3-N的方法之一,混养反硝化因其综合了异养和自养反硝化的共同特性而引人关注.本实验探究添加一定量无机磷前后反硝化污泥活性及其微生物群落结构的变化.结果表明,混养反硝化污泥在无磷供给时也能进行反硝化反应,但磷的添加可显著提高其生物量和反硝化活性,反硝化污泥的异养反硝化活性明显高于自养部分,添加无机磷之后,自养和异养反硝化速率(以N/VSS计)分别可达0.056 mg·(L·min·g)-1和0.232mg·(L·min·g)-1,分别为加磷前的2.9和3.9倍.此外,微生物群落分析表明,投加磷之后混养污泥中反硝化菌占比显著增加,从13.47%增加到44.82%;优势菌属发生显著变化,添加无机磷使自养、异养以及兼性反硝化菌的生长均得到有效促进.     

HRT对厌氧氨氧化协同异养反硝化脱氮的影响

采用SBR处理实际生活污水,在实现半亚硝化时,出水NH_4~+-N、NO-2-N及COD平均浓度分别为37.27、39.97和120mg·L~(-1),将其作为厌氧氨氧化反应器(ASBR)的进水.控制温度为24℃,pH为7.2±0.2,考察HRT分别为36、33、30和27h时对厌氧氨氧化协同异养反硝化脱氮的影响.结果表明:(1)HRT为33 h时系统脱氮效能最佳,总氮容积负荷(TNLR)和总氮去除负荷(TNRR)平均值分别为0.056 kg·(m3·d)~(-1)和0.050 kg·(m3·d)~(-1);NH_4~+-N、NO-2-N和COD平均出水浓度分别为1.36、0.47和49.79 mg·L~(-1),三者去除率分别为96.30%、98.83%和56.17%;ΔNO-2-N/ΔNH_4~+-N和ΔNO_3~--N/ΔNH_4~+-N分别为1.17和0.15,比厌氧氨氧化反应的理论值(1.32,0.26)小0.15和0.11,造成此偏差的原因是由于系统中存在异养反硝化.(2)随着HRT的逐渐减小,厌氧氨氧化对脱氮的贡献率逐渐减小,异养反硝化对脱氮的贡献率逐渐增加.本研究结果可为厌氧氨氧化技术在实际工程中的应用提供参考.     

3DBER-S-Fe同步脱氮除磷及去除邻苯二甲酸酯的工艺特性

为探究三维电极生物膜耦合硫铁新工艺(3DBER-S-Fe)脱氮除磷并同步去除邻苯二甲酸酯(PAEs)的工艺特性,在水力停留时间(HRT)分别为8、6、4 h条件下,研究分析了系统内总氮(TN)、总磷(TP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)、NO-3-N、SO2-4及pH的变化情况.结果表明,3DBER-S-Fe系统具有较好的脱氮除磷及PAEs去除效果.当水力停留时间为8、6、4 h时,TN去除率分别为80.99%、78.85%、64.76%;TP去除率分别为65.18%、67.17%、43.44%;DBP去除率分别为96.72%、97.32%、96.53%;DEHP去除率分别为91.89%、81.57%、74.30%.在3DBER-S-Fe系统内,存在异养、氢自养、硫自养反硝化脱氮过程,当HRT由8h缩短到4h时,单质硫可以弥补进水NO-3-N负荷增加所导致的反硝化电子供体相对不足问题,维持系统高效的脱氮效率;系统中海绵铁填料腐蚀产生的铁离子能够高效持续沉淀除磷;3DBER-S-Fe工艺结合了物理吸附、生物降解及电化学作用,使其在不同HRT条件下具有较高的DBP与DEHP去除率.     

1株铁基质自养反硝化菌的脱氮特性

从武汉市东湖深层底泥中分离得到1株铁基质自养反硝化细菌W5,对其自养反硝化脱氮性能进行了研究.结合生理生化试验和16S rRNA基因序列分析,初步鉴定菌株W5属于微杆菌属(Microbacterium sp.).对其脱氮能力和影响因素的研究结果表明,W5菌株的最适脱氮培养条件为NO-3-N 40 mg·L-1,Fe2+500 mg·L-1,pH 6.8~7.0.在最适脱氮条件下培养一周,硝酸氮去除率可达到87.0%,在整个培养过程中亚硝氮产生量很少,最高不超过0.31 mg·L-1.同时未见有氨氮生成,硝酸氮大部分转化成N2.作为电子供体的Fe2+的氧化率达到95.2%.     

土壤环境中肠道致病菌的多重PCR检测研究初探

建立同时检测大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、福氏志贺氏菌、铜绿假单胞菌等5种土壤常见肠道致病菌的多重PCR检测技术,为这些肠道致病菌感染的快速诊断提供实验依据.根据这些肠道病原菌的毒素基因、高度保守基因及特异性基因分别合成5对特异性引物,应用PCR扩增技术对目的菌株进行特异性检测.实验结果表明,5对寡核苷酸引物都具有较高的特异性和专一性,多重PCR检测限达到104cfu·g-1.多重PCR应用于土壤样品分析,极大的缩短了检测时间(仅需3～4h)、降低了检测成本,对控制病原菌的传播具有重要意义,可推广应用于环境监测、水源检测、食品卫生监督、商品检验检疫等领域.     

Uptake of radioiodide by Paenibacillus sp., Pseudomonas sp., Burkholderia sp. and Rhodococcus sp. isolated from a boreal nutrient-poor bog

Radionuclides, like radioiodine(~(129)I), may escape deep geological nuclear waste repositories and migrate to the surface ecosystems. In surface ecosystems, microorganisms can affect their movement. Iodide uptake of six bacterial strains belonging to the genera Paenibacillus,Pseudomonas, Burkholderia and Rhodococcus isolated from an acidic boreal nutrient-poor bog was tested. The tests were run in four different growth media at three temperatures. All bacterial strains removed iodide from the solution with the highest efficiency shown by one of the Paenibacillus strains with 99% of iodide removed from the solution in one of the used growth media. Pseudomonas, Rhodococcus and one of the two Paenibacillus strains showed highest iodide uptake in 1% yeast extract with maximum values for the distribution coefficient(K_d) ranging from 90 to 270 L/kg DW. The Burkholderia strain showed highest uptake in 1% Tryptone(maximum K_d170 L/kg DW). The Paenibacillus strain V0-1-LW showed exceptionally high uptake in 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth(maximum K_d 1,000,000 L/kg DW). Addition of 0.1% glucose to the 0.5% peptone + 0.25% yeast extract broth reduced iodide uptake at 4℃ and 20℃ and enhanced iodide uptake at 37℃ compared to the uptake without glucose. This indicates that the uptake of glucose and iodide may be competing processes in these bacteria. We estimated that in in situ conditions of the bog,the bacterial uptake of iodide accounts for approximately 0.1%–0.3% of the total sorption of iodide in the surface, subsurface peat, gyttja and clay layers.     

黄连根茎浸提物对绿藻的毒理作用

黄连根茎和制剂具有抗菌等作用,广泛用于水产养殖,所造成水生态风险需要评估.试验设置总生物碱为0(CK),0.088(T1)、0.44(T2)和1.76 mg·L-1(T3)的黄连根茎浸提液(CRE)4种处理,研究了对斜生栅藻和蛋白核小球藻的毒理作用.结果表明,T1抑制绿藻生长,T2和T3使绿藻生长和繁殖停止;它们均显著降低绿藻叶绿素和蛋白质含量,说明CRE抑制光合作用和蛋白质合成是绿藻生长繁殖速率降低和死亡的直接原因.CRE使氢离子和胞内物质外流,导致藻液p H值显著降低和电导率提高.在T1和T2处理中,绿藻细胞SOD活性先升后降;在T3处理中,SOD活性显著降低.说明在CRE暴露初期,低中浓度的CRE诱导绿藻细胞产生抗性,随暴露时间增长或直接暴露在高浓度的CRE下,抗氧化酶系统被破坏.同样,随着CRE浓度增大,丙二醛含量增加,意味着绿藻细胞膜结构破坏,透性增加.CRE总体上对蛋白核小球藻的危害作用大于斜生栅藻.在水产养殖中,滥用黄连根茎或制剂,以及大规模集约化种植黄连对水体初级生产力具有潜在的生态风险.     

双酚A对大豆、玉米和水稻叶绿素荧光反应的影响

双酚A(BPA)普遍应用在工业制成品中,因需求量递增而产生的环境安全问题引发各方关注.与BPA对植物生长影响的研究工作相比,BPA影响植物生长的机理的研究甚少.光合作用是植物生产的重要生理过程,可通过叶绿素荧光测定技术探测和分析.基于此,本文利用叶绿素荧光测定技术,研究了BPA对大豆、玉米和水稻幼苗叶绿素荧光反应的影响.结果表明,3.0 mg·L-1BPA可降低大豆和玉米初始荧光F0,增加原初光能转化效率F v/F m、实际光能转化效率ΦPSⅡ、电子传递速率ETR、光化学猝灭系数qP和非光化学猝灭系数qN,对水稻各荧光参数无影响,即3.0 mg·L-1BPA可改善大豆和玉米光合PSⅡ系统,增强光能吸收,提高光合电子传递和光能转化效率;6.0 mg·L-1BPA可增加大豆和水稻的ΦPSⅡ、ETR和qP,降低F0,除增加qN外不影响玉米的其它荧光参数,表明6.0 mg·L-1BPA能改善大豆和水稻光合PSⅡ系统,提高光能转化和电子传递效率;除10 mg·L-1BPA对水稻各荧光参数无显著影响及17.2 mg·L-1BPA增加玉米和水稻的qN外,10 mg·L-1和17.2mg·L-1BPA可增加3种作物F0,抑制其它各荧光参数,即高剂量BPA引起作物光抑制,PSⅡ中心受损,光能转化和电子传递效率降低.此外,对比3种作物荧光参数变幅可知,BPA对大豆各荧光参数的影响玉米水稻.总之,BPA对3种作物叶绿素荧光反应的影响在方式和效果上存在差异.     

白洋淀荷茎叶提取液对铜绿微囊藻及四尾栅藻化感效应

本研究探讨了活体荷不同部位(茎和叶)提取出液对铜绿微囊藻、四尾栅藻生长化感效应,为推广荷遏制水华暴发及制作抑藻制剂提供理论基础.实验设计了5个浓度梯度,结果表明,荷叶浸出液对藻类的抑制效果优于荷茎浸出液,当荷叶浸出质量浓度为25 g.L-1时,对铜绿微囊藻及四尾栅藻的抑制率分别为71.33%、78.14%.浸出液成分的GC-MS分析表明,荷叶和茎浸出液都含有丙酰胺,质量浓度分别为1.1 mg.L-1、0.2 mg.L-1.并根据概率计算法,分别计算了两种藻类的半浓度效应.     

不同喜树碱制剂对普通小球藻的毒性比较

以普通小球藻（Chlorella vulgaris）为试验材料,连续10d测定了新型生物农药喜树碱3种不同的制剂对普通小球藻的毒性.结果表明：0.2%喜树碱乳油对普通小球藻毒性最高（EC50值在0.0368～0.2547mg.L-1）,其中第3天的EC50值最小为0.0368mg.L-1;0.5%喜树碱钠盐的毒性较低（...     

给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究

使用4种常见消毒剂对从实际管网中分离出来的7株耐氯性细菌进行消毒实验.结果表明,这7株细菌均具有较高的耐氯性,其中1株耐氯性最高的类龟分支杆菌自由氯99.9%灭活的CT值为120 mg.(L.min)-1,另外2株血红鞘氨醇单胞菌和甲基杆菌99.9%灭活的CT值分别为7 mg.(L.min)-1和4 mg.(L.min)-1.比较4种消毒剂的消毒效果发现,二氧化氯和单过硫酸氢钾的消毒效果较好,能够在30 min内使分支杆菌的灭活率达到5个数量级.自由氯由于衰减较快,消毒效果不佳.一氯胺能够维持一定的消毒剂浓度,但由于其氧化性较弱,因此需要提高浓度,才能满足消毒要求.能在1 h内灭活3个数量级以上分支杆菌的消毒剂投加量为:3.0 mg/L一氯胺、1.0 mg/L二氧化氯(以Cl2计)和1.0 mg/L单过硫酸氢钾(以Cl2计).考虑到我国水厂消毒的实际情况,建议采用间歇性提高一氯胺浓度或改换二氧化氯消毒的方法,提高对耐氯性细菌的灭活效果.     

农业废物好氧堆肥中环境因子对nirK、nirS和nosZ数量的影响

应用定量聚合酶链式反应(real-time PCR)技术对农业废物好氧堆肥过程中参与反硝化过程的功能基因(nirK、nirS和nosZ)丰度在堆体不同位置处随时间的变化情况进行了研究.结果表明,随着堆肥进程,3种基因数量整体呈现出先升后降的变化规律,且不同位置处的反硝化基因数量之间存在着显著的差异性.使用Canoco 4.5软件对获得的反硝化功能基因丰度数据与不同时期不同层次堆体温度、pH、含水率、NH4+-N、NO3--N和水溶性有机碳(WSC)等环境因子的相关性进行冗余分析(redundancy analysis,RDA).基于手动选择的RDA分析结果表明,WSC、NH4+-N和堆体温度对反硝化基因丰度有着显著的影响(P<0.05),且前2个因子达到了极显著水平(P<0.01).应用t-value回归分析方法单独分析每种环境因子与3种基因的相关性,其中nirK与温度和pH显著正相关(P<0.05),nirS与温度显著正相关(P<0.05),nosZ与NH4+-N显著正相关(P<0.05)、与WSC显著负相关(P<0.05).     

模拟自然水体中藻-溞-草间的相互作用研究

为了解氮磷浓度对生物操纵效果及同时恢复水生植被的影响,以小球藻、大型溞和金鱼藻分别作为浮游植物、浮游动物和大型沉水植物的代表,模拟自然条件研究了不同氮磷浓度对三者生长和相互作用的影响.结果表明:金鱼藻和小球藻共培养时,在氮浓度介于2.92～12.60mg·L-1、磷浓度介于0.06 ～0.85 mg·L-1,金鱼藻增长不明显,甚至出现负增长;而小球藻的增长率则远高于金鱼藻.小球藻和大型溞共培养时,氮、磷浓度分别为1.26～ 10.53 mg·L-1和0.04～1.16 mg·L-1时均占据优势,对小球藻的抑制效果显著,抑藻及氮磷去除效果明显好于金鱼藻和小球藻共培养,而且磷的去除效果优于氮.三者共培养时,在氮浓度介于3.15 ～23.92 mg·L-1、磷浓度介于0.07 ～0.64 mg·L-1时,大型溞与金鱼藻的增长率都较高,而小球藻则维持在较低的增长水平,水质改善效果较好;当氮、磷浓度分别升至25.95 mg·L-1和1.18 mg·L-1时,大型潘和金鱼藻的增长率均下降,水质变差.大型溞和金鱼藻的联合控藻效果好于其单一的控制效果,该效果明显受到氮磷浓度的影响.     

大气NOx测量准确性问题分析

采用美国热电公司的NO-N02-NOx分析仪(Model 42i TL)和NOy分析仪(Model 42i NOy),在2011年1月-10月期间,对北京城市大气中的NO、NOx和NOy进行了连续在线测量.两台仪器对NO的测量结果具有较高的一致性(r＞0.998,p＜0.01),说明两台仪器测量精度基本一致.将NOy分析仪(Model 42i NOy)采样口处安装和不安装颗粒物过滤膜两种条件下测量的NOy结果与NO-NO2-NOx分析仪所测的NOx结果分别进行了相关性分析([NOy] =0.989x[NOx],R2 =0.993;[NOy] =1.134 ×[NOx],R2=0.959),得出以下两个结论:①以颗粒态硝酸盐为代表的颗粒物是造成NOx与NOy偏差的主要原因,其所占比例在10％左右;②目前Model 42i-TL所测NOx的浓度水平较真实值偏高,其测量值更接近气态NOy的浓度水平.为估算NO2测值被高估的程度(以2011年8月6日-15日观测数据为例),用扣除部分气态NOz物种(HONO、HNO3、PAN、PPN)的修正方法,推论出在夏季N02被高估约7％(R2=0.968).