不同组成活性污泥胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+特征

以蛋白质和糖含量比分别为2.5∶1、7∶1和9∶1的3种活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)EPS1、EPS2、EPS3作为吸附剂,研究其对水中Cd²⁺、Zn²⁺的吸附效能.结果表明,EPS对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附与其组成有关,EPS1、EPS2和EPS3对Cd²⁺和Zn²⁺吸附量分别约为19.5、　27、　17　mg/g和40.5、 47.5、 37　mg/g. 3种胞外聚合物对Cd²⁺、Zn²⁺吸附过程可在1 h内快速平衡.动力学拟合结果表明,EPS1对2种重金属的吸附速率最快,而EPS2对Cd²⁺、Zn²⁺的平衡吸附容量最高.Freundlich和Langmuir方程均可描述3种EPS对Cd²⁺、Zn²⁺的吸附过程,方程参数拟合结果表明2种金属同EPS之间存在多种作用方式.3种EPS的吸附热力学方程拟合系数均表明EPS对Zn²⁺的吸附稳定性、吸附能力和亲和力均比对Cd²⁺的吸附强;当EPS中糖所占比例增加时,其对重金属的吸附能力也提高,表明糖在吸附过程中起着重要作用.     

用TTC与INT-电子传递体系活性表征重金属对污泥活性的影响

研究了不同浓度的Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和Ag⁺对污泥TTC和INT 电子传递体系活性产生的影响 ,比较了这 2个参数在表征污泥活性受重金属抑制时的灵敏性 .结果表明 ,各种重金属抑制污泥TTC 电子传递体系活性的IC₅₀小于抑制INT 电子传递体系活性的IC₅₀,TTC 电子传递体系活性反映重金属毒性作用的灵敏性大于INT 电子传递体系活性 .实验的重金属离子呈现出不同的毒性作用 ,以TTC 电子传递体系活性为评价参数 ,毒性顺序为 :Hg²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺>Ag⁺>Zn²⁺>Ni²⁺>Pb²⁺,以INT 电子传递体系活性为评价参数 ,毒性顺序为 :Hg²⁺>Ag⁺>Cu²⁺>Cd²⁺>Zn²⁺>Ni²⁺>Pb²⁺.     

闽江河口湿地土壤对痕量元素吸附-解吸特征及其对pH值变化的响应

选择闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地及二者交错带湿地为对象，研究了湿地土壤痕量元素的吸附-解吸特征及其对pH值变化的响应.结果表明，3种湿地土壤对Cr⁶⁺、Ni²⁺和Cd²⁺的吸附能力及其对Cr⁶⁺和Ni²⁺的最大缓冲容量均表现为短叶茳芏湿地低于交错带湿地和芦苇湿地；对Cu²⁺和Zn²⁺的吸附能力和最大缓冲容量在0~30 cm土层均以芦苇湿地较高，而在30~60 cm土层以短叶茳芏湿地较高.导致3种湿地土壤对痕量元素吸附能力差异的原因主要与土壤颗粒组成和pH值的差异有关.Langmuir吸附等温方程可较好地拟合湿地土壤吸附Cr⁶⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的热力学过程（R²≥0.82）.3种湿地土壤中Cr⁶⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的解吸量均随吸附量的增加而增加，二者呈显著正相关（p<0.05或p<0.01），且其解吸过程均存在滞后现象，说明吸附过程的作用力较解吸过程强.随着pH值的增加，3种湿地土壤对Cr⁶⁺的吸附量均呈波动降低变化，对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附量整体均呈增加趋势；而Cr⁶⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的解吸量对pH值变化的响应与之相反.研究显示，在未来闽江河口硫酸型酸沉降发生频次增加的情况下，相对于短叶茳芏湿地，芦苇湿地和交错带湿地对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附量将大幅降低，而解吸量将有所增加，说明Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺将更易游离于这两种湿地的土壤孔隙水中，进而可能增加其对植物或土壤生物的生态毒性风险.     

不同金属离子对Vc引发的小鼠肝匀浆自由基反应的影响

以小鼠肝匀浆脂质过氧化产物丙二醛(MDA)的OD_532nm值(MDA-OD_532nm)作为测定自由基反应的间接指标,研究了Hg²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺、SeO^2-₃等离子和As₂O₃水溶液在Vc引发自由基反应体系中的作用.结果表明:Cr³⁺与Mn²⁺具有显著的抑制作用;Hg²⁺、Cd²⁺与As₂O₃对自由基反应有促进作用;Ni²⁺、SeO^2-₃对Vc引发小鼠肝匀浆的自由基反应作用不明显.     

Cd2+、Cu2+和Zn2+对人工湿地反硝化作用的影响

实验室研究了 3种重金属离子 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺对人工湿地反硝化作用的影响 .以 100、500、1000 mg/kg剂量的 Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺处理人工湿地土壤样品 ,检测其 N₂O的产生 .结果表明 ,3种金属离子的 500、1000mg/kg处理组土样 N₂O的产生均显著降低 ,各金属离子抑制 N₂O产生的程度顺序为 Cd²⁺>Zn²⁺>Cu²⁺,这与 3种金属离子在土样中的有效态浓度顺序是一致的 ,反硝化微生物在处理过程中逐步产生了对重金属离子的耐受性 ,500、1000mg/kg处理组样品的 NH⁺₄- N浓度较对照组显著升高提示部分 NO^-₃- N由于反硝化过程的抑制而异化性还原为 NH⁺₄-N.     

重金属对厌氧污泥电子传递体系活性影响研究

以2-氯酚（2-CP）厌氧降解污泥电子传递体系(ETS)活性为考察对象,研究了3种典型重金属元素Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺对ETS活性的影响,并比较了驯化过程对提高厌氧微生物抗重金属毒性的作用.重金属离子对厌氧污泥呼吸活性的抑制作用发生很快,在0.25 h内就已表现出来,并随金属浓度的增加而加剧.驯化前,3种金属的作用均表现为抑制,抑制作用的强弱顺序为Ni²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺,抑制强度与金属离子在水溶液中的含量成正相关关系.采用低浓度金属离子驯化的方法可以有效改善重金属毒性.驯化后,Cu²⁺毒性的降幅约为10%,Cd²⁺毒性的最大降幅超过40%,Ni²⁺对污泥ETS活性的作用则基本表现为促进,最佳促进浓度约为70　mg/L.Ni²⁺对ETS活性的特殊激活作用可能与其能形成正四面体结构的络合物有关.驯化作用对改善金属毒性的效果：Ni²⁺>Cd²⁺> Cu²⁺.     

闽江福州段湿地沉积物重金属吸附-解吸特征及其对酸沉降变化的响应

选择闽江福州段为研究对象,通过采集淡水河段（A、B）、城市河段（C、D）和河口区（E、F）6个样点的沉积物柱样,探讨了湿地沉积物重金属的吸附-解吸特征及其对酸沉降变化的响应.结果表明,Langmuir吸附等温方程可较好地拟合不同河段湿地沉积物吸附4种重金属（Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺）的热力学过程（R²≥0.71）.不同样点对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附能力整体以河口区最高,城市河段次之,淡水河段最低, 解吸能力则与之相反,这主要与沉积物颗粒组成（黏粒）及pH值的差异有关.从淡水河段至河口区（A~F）,不同样点0~40 cm土层对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的解吸量均随吸附量的增加而升高.随着pH值的增加,Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附量整体均呈逐渐增加趋势,解吸量则与之相反.不同样点沉积物重金属吸附-解吸特征对酸沉降的响应并不明显,这主要与不同样点的空间异质性较大有关.研究发现,在未来闽江福州段 硫酸型酸沉降发生频次增加的情况下,A、B样点所处淡水河段的沉积物可能更有利于重金属离子游离于沉积物的孔隙水中,从而增加该河段重金属的污染及生物毒性风险.     

纳米二氧化钛与镉对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长的拮抗效应及其作用机制

人工纳米材料（MNMs）进入水环境将改变传统环境污染物的环境归趋及其毒性作用,两者的相互作用及其机制一直是环境科学领域的热点问题.迄今为止,已有大量MNMs与现存污染物联合毒性作用的研究成果发表,但其潜在的作用机制,尤其是联合作用下的生物响应机制仍未清楚.本文以典型MNMs——纳米二氧化钛（nTiO₂）与重金属镉（Cd²⁺）为研究目标,以斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）为受试生物,考察在等效剂量（毒性比1 ∶1）下不同浓度组合nTiO₂和Cd²⁺对斜生栅藻的联合毒性作用模式及其分子机制.结果表明,等效剂量下Cd²⁺和nTiO₂的72h EC₅₀值对比单独暴露时均有显著升高,呈拮抗效应.进一步开展转录组学分析发现,nTiO₂存在下斜生栅藻能量代谢所涉及的光合作用、叶绿素代谢以及淀粉与蔗糖代谢通路发生了显著上调,与藻细胞抗逆效应相关的精氨酸与脯氨酸代谢通路同样呈正向刺激表现.本文首次报道了nTiO₂与Cd²⁺等效剂量联合暴露下,浮游植物通过改变藻细胞抗逆能力与加强能量代谢来降低毒性的生物响应机制.本研究结果为深入理解MNMs与现存污染物的复合环境健康效应提供重要参考和研究基础.     

沙蚕暴露于石油烃、Cu2+和Cd2+毒性效应及乙酰胆碱酯酶活性的响应

采用浓度梯度污染暴露室内模拟方法,研究了沙蚕（Perinereis aibuhitensis Grube）暴露于不同浓度的石油烃和重金属Cu²⁺、Cd²⁺的毒性效应及乙酰胆碱酯酶活性的响应.结果表明,石油烃和Cd²⁺、Cu²⁺对沙蚕均具有较强的毒性效应.暴露4 d和10 d后,石油烃LC₅₀分别为440和110 μg·L^-1,Cu²⁺分别为1 150和570 μg·L^-1,Cd²⁺分别为5 090和2 500 μg·L^-1,相应的生态毒性大小为：石油烃＞Cu²⁺＞Cd²⁺.在Cd²⁺、Cu²⁺污染暴露条件下,沙蚕体内乙酰胆碱酯酶活性受到一定程度的抑制,但抑制率均低于50％.而在石油烃污染暴露条件下,沙蚕体内乙酰胆碱酯酶活性受到显著抑制,最高抑制率可达90％以上;而且,其乙酰胆碱酯酶活性的变化与石油烃的浓度显著相关.可见,乙酰胆碱酯酶活性的变化可以作为生物标志物,较灵敏地反映出石油烃对沙蚕的污染效应及其毒害作用.     

超顺磁性纳米Fe3O4@SiO2功能化材料对镉的吸附机制

含镉废水的处理对于重金属镉的排放控制具有重要的意义.通过共沉淀法制备出了超顺磁性纳米Fe₃O₄@SiO₂功能化材料（MFS）,采用等温吸附实验和动力学实验方法研究了MFS对Cd²⁺的吸附热力学和动力学特征,并借助BET、XRD和SEM等结构表征研究了MFS对Cd²⁺吸附过程及机制.结果表明,MFS对Cd²⁺有较好的吸附效果,Langmuir方程能极好地描述吸附等温特征,最大吸附容量值为69.49 mg·kg^-1;吸附反应的自由能变ΔG、焓变ΔH和熵变ΔS表明MFS材料对Cd²⁺的吸附是自发、吸热和熵增的过程;反应体系最佳初始pH为7;溶液中的Mg²⁺、SO₄^2-、Ca²⁺和NO₃^-这4种干扰离子对吸附反应存在一定的抑制作用;拟二级动力学模型表明MFS对Cd²⁺的吸附过程分为快速的外扩散阶段与缓慢的内扩散阶段;MFS吸附Cd²⁺后经洗脱再生,材料重复使用3次后对Cd²⁺去除率仍达73%以上.BET、XRD、FTIR和VSM结构表征表明SiO₂成功修饰在Fe₃O₄表面,MFS主要成球状,平均粒径为38.7 nm,饱和磁化强度为85.38 emu·g^-1;XRD、EDS和XPS图谱揭示Cd²⁺被成功吸附到材料上,主要机制为Cd²⁺与材料表面的—OH发生配位反应.