基于菌藻共生的污水处理与资源化新技术研究进展

基于微藻生物处理技术的菌藻共生培养体系，不仅能实现污水资源化，还可利用菌藻间相互作用增强处理系统的污染物去除能力及藻类生物质回收潜力。菌藻共生体系还可耦合CO₂固定，结合工业烟气中高浓度的CO₂进行微藻培养可同时实现碳减排与降低微藻额外曝气补充CO₂的能耗，符合“碳中和”的发展需求。本文对菌藻共生体系在污水处理及资源化过程的作用机理、相互作用形式及影响因素进行了系统介绍，对菌藻工程在污染物降解、CO₂固定及微藻生物质产品的回收潜力展开综述。研究菌藻间营养交换、信息传递及基因水平的互相适应作用形式，发现选择适宜的共生菌藻组合培养可有效增强污水中污染物去除效果且提高CO₂固定效率。菌藻共生效应对藻类生物组分(蛋白质、脂质和碳水化合物等)积累存在增强效应与选择能力，通过污水类型合理遴选藻种及对应共生菌、调节接种比例与培养条件，可提高工业规模上收获微藻并进一步加工生产生物燃料、医疗保健食品等产品的效率。菌藻共生耦合废水处理、CO₂固定及生物质能回收于一体，有利于构...     

菌藻共生系统处理废水研究现状及发展前景

菌藻共生系统可实现高效脱氮除磷,在废水处理领域具有较大的开发潜力。分析了菌藻共生系统的构建原理和优势所在,回顾了近年来国内外所构建的不同类型的共生系统及处理废水效果,分析共生介质和共生反应系统设备的开发前景,特别关注以生物质载体为共生介质的菌藻共生系统研究进展。     

藻菌共生系统在废水处理中的研究进展

介绍了藻菌共生系统废水处理技术的主要类型,总结了影响藻菌共生系统运行稳定性和营养物质处理效果的主要因素,从氧气补充作用和资源回收潜力探讨了藻菌共生系统的应用潜力。分析认为:藻菌共生技术具有处理效率高、运行能耗低、剩余污泥量少和资源化潜力高等优势,但控制条件严格,对温度、光照等环境因素要求较高;为了更好地实现该技术的产业化,未来还需要进一步优化光生物反应器设计、藻类光能利用、工艺参数控制和微藻生物质的综合利用。     

菌藻共生对污水处理和微藻生物量积累的影响

近些年来,随着对微藻与其他微生物之间相互作用关系的深入研究,发现菌藻共生系统在污水处理、获得微藻生物质以及生产其他化学品等方面具有很好的应用前景。大量研究证明,菌藻共生系统可以对各种污水实现高效处理,具有很好的经济、环境和社会效益。另外,细菌在共培养中产生的维生素B12和铁载体等可促进微藻的生长,有益于微藻生物量的积累和规模化培养。主要介绍了菌藻共生系统的基本原理、利用菌藻共生技术处理3种主要污水的国内外研究现状、菌藻共生对微藻生物量积累的影响以及处理污水后菌藻的资源化利用,最后对菌藻共生处理废水技术工艺提出了几点改进意见。     

富营养化湖泊原位生物治理技术研究进展

论述了目前广泛应用的生态修复技术,包括水生植被恢复、生物浮岛技术,以及不造成二次污染的生物控藻技术,包括氮、磷循环菌和溶藻菌。分析了各技术的优缺点,对各自适用条件进行了比较,并对浮岛新材料开发以及溶藻菌理论研究等方面进行了展望。     

藻菌系统降解偶氮染料的机理研究

研究了藻、菌及藻菌共存系统对偶氮染料降解的机理.50种偶氮染料的降解试验表明,多数偶氮染料可被藻、菌或二者共存系统所降解.藻也能单独降解偶氮染料,其降解机理基本一致:偶氮化合物的偶氮双键首先被还原裂解,产生芳香胺,芳香胺再被进一步降解.偶氮双键还原是由偶氮还原酶催化的.偶氮还原酶受氧抑制.芳香胺的降解是需氧的.     

基于文献计量的锑对农作物影响研究趋势

为了明确锑对农作物影响领域的研究现状和发展趋势,基于Web of Science数据库,检索了1991~2021年该领域的文献,利用文献计量学软件CiteSpace对年发文量、发文国家/地区、研究机构以及关键词共现网络、突显关键词、文献共被引网络和关键文献进行了可视化分析,并总结了未来研究发展趋势.结果显示：1991~2021年,本研究领域发文量整体呈快速增长模式,中国、美国、巴西、印度、意大利、西班牙等发文量较多,是推动该领域发展的主要国家.中国科学院和中国农业科学院是全球发文数量排名前10的中国研究机构,占总发文量的10.5%.基于关键词共现网络及突显词分析,锑对农作物的影响研究从主要考虑农作物生长、产量和品质的影响研究发展到考虑土壤、作物、水体、沉积物等环境中锑的迁移转化机制研究,土壤微生物群落活性的响应机理以及锑对人类健康的风险评价研究成为近年来的研究热点.     

溶藻细菌对棕囊藻溶藻过程的电子显微镜研究

从珠海海域的赤潮海水中分离出2株溶藻细菌Y01和Y04,对球形棕囊藻有显著的溶藻效果.利用扫描电镜对溶藻细菌的作用过程进行观察研究.结果表明,藻菌共同培养初期,藻菌密度均有较大的增长,在24 h内出现溶藻现象,72 h后绝大部分的藻细胞被溶解.溶藻过程为:溶藻细菌在藻细胞表面吸附、细菌密度增加、细菌包围藻细胞、藻细胞表层开始破裂、藻细胞内容物溶出、藻细胞破碎、死亡.溶藻过程循环往复,直至藻液中藻细胞全部被溶解.     

污水处理中的菌藻关系和污染物去除效能

菌藻共生体系可利用菌藻间的关系实现污染物的高效去除,在污水处理领域具有广阔的应用前景。文章从菌藻关系、微藻选择和菌藻共生系统的发展三方面分析了该技术的研究进展,重点阐释了菌藻关系中信号分子对菌藻系统的影响。群体感应会促进共生菌在微藻表面形成生物膜,加快藻际微环境的形成,促进污染物的去除。化感作用可抑制杂菌和杂藻的过度生长,维持菌藻系统的稳定运行。此外,该文对不同类型的微藻对污染物去除效果作了进一步分析,污水处理中常用的小球藻和衣藻对氮磷污染物去除效率较高,栅藻常被用作水质评价的指示生物。菌藻共生系统形式多样,其中细菌-微藻共生系统和多菌-多藻共生系统应用广,对污染物的去除效果好,而真菌-微藻共生系统多用于污水的深度处理。最后,文章对菌藻共生体系的发展进行前景展望,以期为菌藻共生体系在污水处理领域的工程化应用提供参考。     

胞外聚合物(EPS)在藻菌生物膜去除污水中Cd的作用

藻菌生物膜在自然水体和污水生物处理工艺中普遍存在,它们在去除水体中重金属起重要作用。笔者在室内模拟实验的基础上,探讨了丝藻(Ulothrixsp.)-细菌生物膜所分泌的胞外聚合物(EPS)与藻菌生物膜去除毒性金属Cd之间的关系。研究结果表明,EPS主要由丝藻产生,其含量与污水中Cd的去除效率及生物膜中Cd的积累量之间相关性良好。而且,丝藻所分泌的EPS为与其共生的细菌及其本身提供了一个缓冲Cd毒性的微环境,这使藻菌生物膜能在不利的环境中保持较高的活性并能持续有效地去除水体中的Cd。      

营养物质对铜绿微囊藻生长和藻际细菌的影响

菌-藻"体系在水生态平衡中发挥重要作用,为探明蓝藻水华时期的菌藻关系,研究了原位营养刺激后藻际微生物对铜绿微囊藻生长的影响.结果表明,LB培养基可抑制铜绿微囊藻生长,抑藻率为86.49%;而乙酸钠、葡萄糖和柠檬酸钠可促进藻细胞生长,增长率均在50%以上.对LB培养基和蛋白胨刺激后的藻际细菌进行溶藻菌的筛选,共分离出6株具有强效抑藻作用的菌株,其中Bacillus sp.A1抑藻率高达97.55%.16S rRNA高通量测序表明,向铜绿微囊藻中投加营养物质均可改变藻际细菌群落结构并增加物种丰富度,添加LB培养基和蛋白胨可促使藻际细菌群落数量剧增.生理生化响应表明,藻细胞受LB培养基和蛋白胨胁迫后,活性氧（ROS）水平和丙二醛（MDA）含量激增,细胞氧化损伤严重;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性先急剧上升后下降,抗氧化酶系统受损.扫描电镜显示,LB培养基可使藻细胞逐渐萎缩,最终破碎;而藻际细菌显著增多.因此,在蓝藻水华暴发的水体进行适当的外部营养刺激可在一定程度上实现溶藻菌原位抑藻.     

污水处理中菌藻共生系统去除污染物机理及其应用进展

菌藻共生系统不仅能够吸收空气中的CO_2,高效去除污水中的氮磷营养物质,而且能够有效去除重金属、抗生素等,因而在污水处理领域日益受到广泛的关注.本文从菌藻之间相互作用关系出发,介绍了用于污水处理时藻类选择的依据,及在污水处理中对N、P营养物质、抗生素、重金属等污染物的去除机理,综述了菌藻系统在污水处理中的应用进展,以期为菌藻共生系统在污水处理中的推广应用提供参考.     

铜绿微囊藻细胞培养与藻毒素LR提取的研究

铜绿微囊藻菌CCAP1450/4在室内人工培养的结果表明,较大的无机培养液表面、连续适当光照20uE/（m²·s）及适宜的温度（25℃）有利于该藻菌的生产．通过超声波击碎细胞,离心过滤C₁₈净化柱分离,得到藻毒素．应用高效液相色谱分离主峰纯化藻毒素藻毒素在紫外光谱238nm处出现吸收高峰表明,铜绿微囊藻菌CCAP1450/4中藻毒素的主要成分是藻毒素LR．本研究还探索了简便、快速人工培养铜绿微囊藻菌及高效、叶靠分离纯化藻毒素LR的方法．     

菌藻复合体系氮代谢性能及菌群特征

为了城市尾水深度脱氮,控制地表水体富营养化,利用分子生物学等方法,分别对脱氮复合菌群和藻菌共生系统的氮代谢性能进行研究.结果表明,氮代谢复合菌群具有较高氨化和反硝化性能.JZ组对城市尾水中氨氮的去除效果最好,降解率高达95%以上,在实验室模拟污水中JZ组系统总氮去除效果优于J组.高通量测序显示,J组主要优势菌群及占比分别为：厚壁菌门44.53%,变形菌门43.41%,放线菌门5.37%,类杆菌门3.04%,绿弯菌门1.35%;JZ组丰度主要优势菌群和占比分别为：蓝藻门33.89%,绿弯菌门25.34%,变形菌门19.38%,厚壁菌门10.02%,酸杆菌门4.20%;各优势物种在J组和JZ组比例不同,厚壁菌门分别为82%和18%,变形菌门为69%和31%,蓝藻门为1%和99%,绿弯菌门为5.1%和95%,放线菌门分别为73%和27%.表明JZ组在城市尾水中去除氨氮效果较好,J组氮代谢菌群随着微球藻加入和生长,JZ组氮代谢菌群构成随之发生变化,以适应优势藻类形成的环境,与微球藻构成新的菌藻氮代谢体系.研究结果为藻菌共代谢体系应用提供了理论和数据基础.     

藻菌颗粒污泥处理酒糟废水效能研究

该研究采用藻菌颗粒污泥处理酒糟废水，探究处理过程中藻菌颗粒污泥理化性质的变化和对污水的处理效果。结果发现，藻菌颗粒污泥中真核生物群落中绿藻门丰度最高，原核生物群落中蓝藻门、变形菌门、拟杆菌门总占比超过90%。在无曝气连续培养14 d后，藻菌颗粒污泥对酒糟废水的化学需氧量、氨氮、总氮、磷酸盐和总磷的去除率分别为86%、65%、69%、92%和91%，表明藻菌颗粒污泥工艺具有处理实际废水的潜力。同时，藻菌颗粒污泥胞外聚合物(EPS)中多糖(EPS-PS)和蛋白质(EPS-PN)的含量分别由3.52 mg/g VSS和14.07 mg/g VSS升高至9.30 mg/g VSS和20.48 mg/g VSS，表明增加的EPS-PS和EPS-PN可以维持藻菌颗粒污泥的稳定性。研究表明藻菌颗粒污泥对酒糟废水的处理效果较好，且能在处理过程中保持良好的鲁棒性。     

藻-菌颗粒污泥胞外聚合物及其表面特性研究

藻-菌颗粒污泥具有能耗低、温室气体排放量少等优点,近年来在污水处理领域受到关注.胞外聚合物(EPS)在保护微生物免受恶劣环境影响及促进细胞聚集方面发挥重要作用,而关于藻-菌颗粒EPS及其表面特性鲜有报道.选取了粒径范围在0.36~0.71、1~1.25、1.6~2.0 mm的3组藻-菌颗粒,分析了其EPS中多糖和蛋白质的含量,并进一步地对其组成差别以及官能团特征进行探究,探讨了EPS提取前后藻-菌聚集体表面电荷的变化.结果表明,随着粒径的增大,藻-菌颗粒污泥EPS中多糖和蛋白质的含量均有增加,而蛋白质与多糖的比值减小.不同粒径的藻-菌颗粒污泥EPS中芳香蛋白与酪氨酸类物质的含量明显增加,腐殖酸类物质含量亦呈总体增加趋势,与胞外蛋白相比,胞外多糖特征峰的波峰强度增加较明显.进一步分析表明,粒径较大的颗粒可能更能抵御外界环境因素的变化,以维持颗粒性能.以上结果表明,粘性和亲水性的多糖、芳香蛋白和酪氨酸类物质可能更有利于藻-菌颗粒的微生物细胞聚集.本文的研究结果进一步地拓展了对藻-菌颗粒污泥的认识,并为其进一步的工程应用提供基础.     

基于CiteSpace的城市空间形态与碳排放关系研究进展

城市空间形态与碳排放的关系是低碳城市建设的理论依据。基于WOS和CNKI数据库，采用CiteSpace软件对1991—2022年城市空间形态与碳排放的关系进行了综述。从发文趋势、合作网络、突现词探测、关键词分析等角度，分析了该领域的发展动态、研究热点，并通过关键词聚类对文献相关内容进行综合解析。结果表明：（1）1991—2022年该领域发文量总体呈上升趋势，在国际重要事件节点上，发文量有大幅上升。（2）中国是该领域发文最多的国家，发文量达34.03%，美国发文中心性最高，为0.48，且国家、机构合作紧密。（3）关键词共现表明探究城市形态对碳排放的影响一直是学术界关注的热点；突现词探测表明研究重心逐渐从与交通碳排放相关的城市空气质量转移到与城市形态和碳排放有关的内容上来。（4）从关键词聚类标签来看，国内外将城市碳排放测算作为重中之重，并通过指标量化城市空间形态分析城市形态对碳排放的驱动作用；通过建立模型定量探讨城市空间形态与碳排放的关系是未来的研究趋势。未来应编制规范的城市层面碳排放清单以提高测算精度、拓宽城市形态与碳排放关系的研究尺度、深入挖掘三维城市空间形态与碳排放的关系。     

窖水中微生物降解污染物的关键细菌

为探究以氮、磷及有机物污染为主要特征的、窖水中参与污染物降解的关键细菌及它们之间潜在的相关关系,基于16S rRNA的微生物组学截面数据,分析了窖水中细菌群落结构与功能及其与水质因子间的相关性,并通过微生物物种的同现或相关种间作用推断模型,构建了7个微生物菌属间的共现性关联网络.结果表明,窖水中存在具有相对特定生态功能的细菌,进行着诸多活跃的与新陈代谢功能基因相关的代谢活动;窖水微生物类群共现性关联网络中大部分节点的菌属营互利共生类型的生态关系;Lacibacter、Arthrobacter、Candidatus Protochlamydia、Methylocaldum、Sulfuritalea、Mycobacterium、Aquirestis、Rhodobacter、Methylotenera等菌属拥有较高的点度中心度;较强的互作关系发生在Sulfuritalea-Rhodobacter、Azospirillum-Rhodobacter、Methylocaldum-Rhodobacter、Arthrobacter-Rhodobacter、Rhodoplanes-Rhodobacter、Candidatus Protochlamydia-Rhodobacter、Methylotenera-Rhodobacter、Rhodobacter-Aquirestis、Mycobacterium-Rhodobacter、PlanctomycesCandidatus Solibacter、Planctomyces-Legionella、Hymenobacter-Adhaeribacter、Luteolibacter-Crenothrix之间.综合分析节点微生物相关性、点度中心度及菌属间的互作强度,认为Rhodobacter、Methylocaldum、Methylotenera、Acinetobacter、Novosphingobium、Planctomyces、Hymenobacter、Luteolibacter为参与窖水污染物微生物降解的关键细菌,Rhodobacter为关键细菌的代表属.研究结果加深了对窖水中污染物微生物降解机制的认识.     

低温下光照对高效藻塘去除重金属的影响

高效藻塘藻菌共生系统已成为低成本水处理技术的重要选择之一。由于多数地区年内季节温度存在差异,研究高效藻塘越冬期间的处理效果及影响因素对于其全年稳定运行具有重要意义。通过分析高效藻塘中藻菌生长状况研究低温下光照对Zn2+、Pb2+、Cr6+去除效果的影响。结果表明:光照度对藻类的生长具有显著性影响,光照度与光照时间对细菌生长的影响随温度的变化而变化。在昼夜温度4~14℃条件下,增加6 000 lx光照度和16 h光照时间,相比于增加3 000 lx光照度和12 h光照时间,Zn2+、Pb2+、Cr6+的去除率分别提高了34.4%、43.1%、25.7%。在昼夜温度3~8℃条件下,其去除率则分别提高了24.9%、25.5%、19.8%。重金属去除率与藻浓度呈一定程度的正相关性,光照通过影响高效藻塘中藻类与细菌的生长,间接的影响重金属的去除。     

带菌盐藻对不同形态砷的富集和转化研究

自然环境中藻和菌多是共生的,藻菌共生体对污染环境修复具有较好的应用前景.本研究通过16S rRNA序列分析方法从带菌盐藻中分离鉴定出1株芽胞杆菌(Bacillus solisalsi),并测定了不同浓度的亚砷酸盐[As(Ⅲ)]和砷酸盐[(As(Ⅴ)]胁迫13 d后,带菌盐藻对砷的吸收、吸附、转化情况以及培养液中的砷含量及其形态.结果表明,无菌盐藻对砷的耐性较强,在250μmol·L-1和500μmol·L-1As(Ⅲ)胁迫下,砷含量分别为3.78 g·kg-1和4.56 g·kg-1,但是培养液中的砷含量仅下降7.9%~8.3%,Bacillus solisalsi单独除砷的能力也不强(去除率为6.1%~19.9%).盐藻及其共生菌协同除砷的能力较强,25~100μmol·L-1As(Ⅲ)处理下能吸收0.99~2.79 g·kg-1的砷,25~500μmol·L-1As(Ⅴ)处理下能吸收1.22~3.46 g·kg-1的砷.25~100μmol·L-1As(Ⅲ)和As(Ⅴ)胁迫下砷去除率均在54.3%以上.带菌盐藻可以通过As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)还原、As(Ⅲ)甲基化和排出胞外等途径降低砷的毒害.