一株以喹啉为燃料的产电假单胞菌(Pseudomonas sp.)Q1的特性研究

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)阳极微生物的种类和作用机制对MFC的产电性能有着重要影响.从稳定运行了210d,以200mg·mL-1喹啉为燃料的MFC阳极室分离得到一株革兰氏阴性菌,命名为Q1,其16S rRNA基因序列与Pseudomonas citronellolisDSM50332T的同源性为96.9%,属于假单胞菌属(Pseudomonassp.).循环伏安法及构建纯菌MFC方法的测定结果均表明Q1具电化学活性.菌株Q1能利用单一喹啉或喹啉和葡萄糖混合燃料产电.在本试验所用浓度范围内,增加葡萄糖浓度,菌株Q1对应的最高输出电压增加,增加喹啉浓度菌株Q1的产电性能则降低,研究表明,菌株Q1库仑量和库仑效率达到最高时(分别为18.65C和36.56%),存在一个最佳喹啉与葡萄糖浓度比1∶3.在MFC中喹啉的降解效果优于普通厌氧培养,葡萄糖对菌株Q1降解喹啉有促进作用,以喹啉和葡萄糖为混合燃料24h对喹啉的去除率达99.53%,优于以单一喹啉为燃料的情况.循环伏安法和不同更换基质方式试验表明,附着在电极上的菌株Q1对产电起主要作用,Q1的溶解态代谢产物对产电过程起电子介体的作用.     

降解喹啉的微生物燃料电池的产电特性研究

通过构建双极室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),对喹啉的降解及MFC的产电性能进行了研究.试验结果表明,当喹啉初始浓度为500 mg·L-1,葡萄糖与喹啉浓度之比为1:1,3:5,1:5时,MFC的最大输出电压分别为558 mV、469 mV、328 mV,运行周期分别为56.4 h、70h、82.5 h;最大功率密度分别为173 mW·m-2、122 mW·m-2、60 mW·m-2(按阳极截面积计算)或者35 W·m-3、24 W·m-3、12 W·m-3(按阳极室有效容积计算).MFC可实现对喹啉的高效降解,但葡萄糖的浓度对喹啉的降解速率有较大影响.当葡萄糖浓度分别为500 mg.L-1、300mg·L-1和100 mg·L-1时,使500 mg·L-1喹啉完全降解的时间分别为6 h、24 h和72 h.MFC闭路条件下对喹啉的降解速率高于开路厌氧条件下的喹啉降解速率约10%.MFC对喹啉的降解与产电速率之间存在差距,喹啉被快速降解至较低浓度(<5rag·L-1)后,MFC的产电性能才达到最优.MFC以用喹啉和葡萄糖作为混合燃料时,可以在实现高效降解喹啉的同时可稳定地向外输出电能,这为杂环芳烃类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的途径.     

喹啉为MFC阳极燃料的微生物群落结构演化分析

通过构建填料型微生物燃料电池(MFC),首次对以喹啉为燃料时的MFC阳极表面的微生物群落进行了分析.PCR-DGGE的试验结果表明,随着燃料的改变,微生物群落也发生改变.当以喹啉和葡萄糖的混合溶液稳定地作为燃料时,由于受到喹啉毒性的抑制,微生物多样性降低,优势菌也发生明显的改变.与葡萄糖共基质相比,以单一喹啉为燃料时的阳极微生物优势菌落发生明显改变.新增加一类菌,这类菌与Pseudomonas sp. DIC5RS 的同源性为100%,推测该菌在单一喹啉为MFC燃料时喹啉的降解过程中起到关键作用.     

喹啉和吡啶共存条件下的MFC产电特性研究

喹啉和吡啶往往共存于实际废水中,本文通过构双极室MFC,以铁氰化钾为电子受体,对喹啉和吡啶在MFC中的降解以及产电性进行研究.结果表明,MFC的最大输出电压随着葡萄糖浓度的降低而降低,当喹啉和吡啶初始浓度均为500mg·L-1,葡萄糖浓度分别为1000、500、100mg·L-1时,最高输出电压逐渐降低,分别为606、537、354mV;最大体积功率密度为18.4、14.4和6.3W.m-3.当以等浓度500mg·L-1的喹啉和吡啶作混合燃料时,MFC的内阻超过1250Ω,最大体积功率密度为2.9W.m-3.周期结束时,COD的去除率达79%以上,喹啉和吡啶均可以完全去除,喹啉的降解速率明显高于吡啶.MFC可以利用喹啉和吡啶作为混合燃料,这为含喹啉和吡啶共存类实际废水的MFC处理提供了理论依据.     

以吲哚为燃料的微生物燃料电池降解和产电特性

以铁氰化钾为电子受体,在两极阴阳室内使用碳毛刷纤维为电极材料构建了循环式微生物燃料电池(MFC),研究了以吲哚为单一燃料和吲哚+葡萄糖为混合燃料条件下MFC的产电特性以及对吲哚和COD的去除效果.结果表明,以1000mg/L葡萄糖+250mg/L吲哚为混合燃料时,MFC的最高电压和最大功率密度分别为660mV和51.2W/m3(阳极),MFC运行10h对吲哚和COD的去除率分别为100%和89.5%;分别以250,500mg/L吲哚为单一燃料时,MFC的平均最高电压分别为115,118mV,最大功率密度分别为2.1,2.3W/m3(阳极).在MFC中,250,500mg/L吲哚被完全降解的时间分别为6,30h.MFC能够利用吲哚为燃料,在实现高效降解吲哚的同时对外产生电能,可用于处理含有毒且难降解有机物的焦化工业废水.     

1株产电假单胞菌(Pseudomonas sp.)RE7的分离及特性研究

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极微生物的种类和作用机制对MFC的产电性能有着重要的影响.从已稳定运行1a的MFC的阳极室分离得到1株电化学活性革兰氏阴性细菌——菌株RE7,其16SrRNA基因序列与Pseudomonas aeruginosastrain CMG587有99%同源性,属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.).利用菌株RE7构建的MFC的稳定产电和循环伏安曲线测定结果都表明,菌株RE7具有较强的电化学活性,利用菌株RE7构建的MFC的最大输出电压为352mV,相应的最大面积功率密度为69.2mW/m2,体积最大功率密度为6.2W/m3.由不同稀释比例的MFC排出液的产电效果比较可知,菌株RE7极有可能是通过自身分泌的氧化还原类物质进行电子传递.     

高浓度苯酚的MFC降解及产电性能

以铁氰化钾溶液作为电子受体,在阴阳两极室中分别填充石墨颗粒的基础上构建了填料型微生物燃料电池(Microbial Fuel cell,MFC),研究了苯酚为单一燃料和苯酚 葡萄糖为混合燃料条件下MFC的产电特性以及对苯酚和COD的去除效果.在1OOOΩ外电阻条件下,1000mg·L-1苯酚为单一燃料运行时,MFC在苯酚去除率达到约90%时输出电压达到最大值,最大输出电压为540mV,产电曲线存在单一极大值;以1000 mg·L-1苯酚 500 mg·L-1葡萄糖为混合燃料运行时,最大输出电压可达657mV,产电曲线存在2个峰值,第1峰值和第2峰值出现时对应的苯酚去除率分别约为20%和90%.混合燃料运行条件下,前后2个产电峰值出现时MFC的最大体积(面积)功率密度分别为28.3w·m-3(342.OmW·m-2)和12.6 w·m-3(152.2mW·m-2),内阻分别为194Ω和246Ω.在2种燃料情形下,MFC对苯酚和COD的去除率均可在60h之内分别达到95%和90%以上.试验结果表明,MFC能够利用高浓度苯酚作为燃料,在实现高效降解的同时稳定地向外输出电能,这为酚类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

以玉米秸秆为底物的纤维素降解菌与产电菌联合产电的可行性

利用单室空气阴极微生物燃料电池（MFC）反应器,以玉米秸秆为底物,以本实验室筛选和保存的纤维素降解菌Chaetomium sp.和Bacillus sp.,以及纤维素降解混合菌PCS-S和H-C为秸秆降解的生物催化剂,探讨了以汽爆秸秆固体为底物进行微生物产电的可行性.结果表明,在MFC系统内,纤维素降解纯菌和混合菌均能使纤维素降解,但产生的电压很低（<90mV,1000Ω）,升高温度（30～38.5℃）对电压输出无明显影响.单独以生活污水作为菌源不能直接降解秸秆产电.只有将H-C和生活污水（产电菌源）混合作为接种体,MFC才能获得较高的电压输出.此时得到的以汽爆秸秆固体作为底物时的最大功率密度为406mW·m-2,仅比葡萄糖作为底物时所得到的最大功率密度510 mW·m-2低20%.     

喹啉为单一燃料在填料型MFC的产电特性研究

多环芳烃是我国近岸海域水体和沉积物中需要优先控制的首位有机污染物,喹啉是典型的含氮杂环芳烃,具有较大的毒性、致畸性和潜在的致癌作用。该研究利用填料型MFC对单一喹啉为燃料的产电性能进行了研究。经过6个月利用喹啉和葡萄糖作混合燃料的驯化,MFC中的阳极群落发生了改变,可以利用单一喹啉进行产电,以200 mg/L喹啉为燃料时的最大体积功率密度为2.7 W/m3。在没有外加葡萄糖可能带来的协同共代谢作用下,利用单一喹啉做燃料时,对喹啉在MFC中的降解途径进行了研究。实验结果表明,以喹啉为燃料时,MFC可以在不利用有机物本身作为电子受体的作用下,通过外电路的电子传递完成电子从阳极到阴极的传递而达到相同的目的。     

1株产电假单胞菌（Pseudomonas sp.）RE7的分离及特性研究

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极微生物的种类和作用机制对MFC的产电性能有着重要的影响.从已稳定运行1 a的MFC的阳极室分离得到1株电化学活性革兰氏阴性细菌——菌株RE7,其16S rRNA基因序列与Pseudomonas aeruginosa strain CMG 587有99%同源性,属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）.利用菌株RE7构建的MFC的稳定产电和循环伏安曲线测定结果都表明,菌株RE7具有较强的电化学活性,利用菌株RE7构建的MFC的最大输出电压为352 mV,相应的最大面积功率密度为69.2 mW/m²,体积最大功率密度为6.2 W/m³.由不同稀释比例的MFC排出液的产电效果比较可知,菌株RE7极有可能是通过自身分泌的氧化还原类物质进行电子传递.     

喹啉与葡萄糖共基质条件下生物降解的动力学分析

研究了在喹啉与葡萄糖共基质时皮氏伯克霍尔得氏菌 (Burkholderiapickettii)对二者的降解动力学 .结果表明 :在共基质条件下 ,喹啉与葡萄糖能同时被微生物降解 .葡萄糖的存在对喹啉的生物降解起到一定的促进作用 ,而喹啉的存在减慢了微生物对葡萄糖的降解作用 .5 0mg·L-1喹啉与 34、6 0、110mg·L-1葡萄糖共基质时 ,喹啉与葡萄糖的降解都遵循一级反应动力学 .30 0mg·L-1喹啉与 110、32 0、6 90mg·L-1葡萄糖共基质时 ,喹啉的降解已不遵循一级或零级反应 ,而葡萄糖在 110mg·L-1时仍为一级反应 ,增到 32 0、6 90mg·L-1时转变为零级反应动力学     

Microcystin-LR biodegradation by Sphingopyxis sp. USTB-05

A promising bacterial strain for biodegrading microcystin-LR (MC-LR) as the sole carbon and nitrogen source was successfully isolated from Lake Dianchi, China. The strain was identified as Sphingopyxis sp. USTB-05, which was the first isolated MCs-biodegrading Sphingopyxis sp. in China. The average biodegradation rate of MC-LR by Sphingopyxis sp. USTB-05 was 28.8 mg·L⁻¹ per day, which was apparently higher than those of other bacteria reported so far. The optimal temperature and pH for both strain USTB-05 growth and MC-LR biodegradation were 30°C and 7.0, respectively. The release of MC-LR from the cyanobacterial cells collected from Lake Guishui and the biodegradation of MC-LR by both strain and cell-free extract (CE) were investigated. The results indicated that MC-LR with the initial concentration of 4.0 mg·L⁻¹ in water was biodegraded by Sphingopyxis sp. USTB-05 within 4 d, while MC-LR with the initial concentration of 28.8 mg·L⁻¹ could be completely removed in 3 h by CE of Sphingopyxis sp. USTB-05 containing 350 mg·L⁻¹ protein. During enzymatic biodegradation of MC-LR, two intermediate metabolites and a dead-end product were observed on an HPLC chromatogram. Moreover, the similar scanning profiles of MC-LR and its metabolic products indicate that the Adda side-chain of MC-LR was kept intact in all products.     

一株降解微囊藻毒素的缺陷短波单胞菌的分离鉴定及降解特性研究

从太湖水华腐烂蓝藻中筛选出一株能够降解MC-LR的细菌,将其编号为Q3.经形态、生理生化及16S rRNA基因序列分析鉴定为缺陷短波单胞菌(Brevundimonas diminuta).研究发现,在实验条件下该菌能以MC-LR为唯一碳源和氮源生长;7 d内可将初始浓度为0.96 mg·L-1的MC-LR降解为0.37 mg·L-1,降解效率达到61.5%.同时,本研究首次发现缺陷短波单胞菌能够降解藻毒素,并且在此菌种中扩增出了降解过程的关键基因mlr A,推测该菌可能与已报道的Sphingomonas sp.ACM-3962等菌具有相同的降解机制.     

生物强化去除吡啶的特性及微生物种群动态变化分析

在接种活性污泥的序批式反应器中投加固定化吡啶降解菌Paracoccus sp.KT-5,强化吡啶的生物降解,并与未投加固定化微生物的反应器进行对照,通过末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）分析手段,探讨了运行过程中生物强化与未强化反应器中微生物群落结构的动态变化,并探讨了生物强化反应器的去除效果.结果表明,投加固定化吡啶降解菌可以加速反应器的启动.当吡啶初始浓度为195.6～586.8 mg.L-1,随着反应器的运行,投加固定化菌株的强化作用并不明显;但当吡啶初始浓度为782.4～2 934 mg.L-1,投加固定化菌株显示出优势.T-RFLP分析结果表明,投加的固定化菌株KT-5作为优势菌始终存在于反应器的固定化生物相和悬浮生物相中.     

3种生物处理方式对污泥减量效果的比较及优化

通过间歇试验得到3种生物方式(污泥好氧消化、厌氧消化以及颤蚓摄食)对污泥的比减量速率、污泥减量速率和污泥减量比例.当初始污泥浓度为2 500mg·L^-1时,经过24h减量,颤蚓摄食、厌氧消化和好氧消化3种方式对污泥的比减量速率R分别为0.13 mg·(mg·d)^-1,0.09 mg·(mg·d)^-1和0.03 mg·(mg·d)^-1,对污泥的减量速率分别为315 mg·(L·d)^-1,263mg·(L·d)^-1和65 mg·(L·d)^-1.通过细菌荧光染色和脱氢酶活性检测证实颤蚓摄食在短时间内对污泥中细菌细胞膜的破坏程度最大,可以将颤蚓摄食和厌氧消化相组合强化对污泥的减量.对于初始浓度为2 500mg·L^-1的污泥,颤蚓摄食12h后再厌氧消化36h,可以在2d左右使污泥减量的比例达到30%,减量比速率为0.25 mg·(mg·d)^-1.当初始污泥浓度增加到4 240mg·L^-1,颤蚓摄食时间需要延长到24h方能保证组合工艺对污泥最大程度地减量.     

零价铁预厌氧协同MFC强化降解吲哚性能与功能菌群分析

通过零价铁（ZVI）预厌氧与微生物燃料电池（MFC）的协同作用,研究其对单一基质碳源吲哚的降解特性、MFC产电性能及群落分析.结果表明：ZVI（4 g·L^-1）的预厌氧可明显促进吲哚（250 mg·L^-1）在MFC体系中的降解;其中吲哚与TOC在96 h内的降解率分别为97.17%和89.50%,且吲哚的降解符合一级反应动力学模型;体系中MFC最大输出电压和功率密度可达600 mV和439.55 mW·m^-2;通过LC-MS分析,吲哚在协同体系中的主要中间代谢产物为靛红和水杨酸.高通量测序结果表明,ZVI预厌氧体系的引入有利于MFC体系中梭菌（Clostridium sensu stricto）、链霉菌（Streptomyces sp.）、热单胞菌（Thermomonas）的富集与吲哚的厌氧降解;同时促进假单胞菌（Pseudomonas）和梭菌等在代谢过程中的电子转移,提高了MFC的产电性能.     

利用T-RFLP解析生物强化去除吡啶过程中微生物种群动态变化

在接种活性污泥处理含吡啶废水的序批式反应器中,引入吡啶降解菌Paracoccus sp.KT-5构成生物强化反应器,研究了对吡啶的生物强化去除特性及效果,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)手段解析了微生物种群结构的动态变化.结果表明,投加高效降解菌株KT-5可以加速反应器的启动,但随着反应器的运行,当吡啶初始浓度增加至195.6 mg·L^-1以后,生物强化反应器对吡啶降解的促进作用已不再明显;当吡啶初始浓度在293.4~586.8 mg·L^-1变化时,起初强化反应器对吡啶的去除速率出现了波动,尽管随后逐渐恢复,但仍然没有表现出明显的强化作用.T-RFLP的分析结果表明,当吡啶初始浓度达到978 mg·L^-1以后,生物强化反应器中已检测不到KT-5,表明生物强化作用的消失可能是因为引入的高效降解菌株KT-5的流失造成的.     

甲基对硫磷高效降解菌的分离鉴定及降解酶基因的克隆表达

从湖北沙隆达农药厂枵水处理池的活性污泥中分离到一株能以甲基对硫磷(MP)和对硝基苯酚(PNP)为唯一碳源生长的细菌HS-D36,经生理生化试验和16S rDNA同源性分析,初步鉴定为施氏假单胞菌(Pseudomonas stuazeri).该菌在3h内对浓度为50mg˙L-1MP的降解率为90%;在12h内能将50mg·L-1PNP完全降解.HS-D36在以MP为唯一碳源的无机盐培养基上可以耐受800mg·L-1的MP,在LB培养基上可耐受浓度为2000mg·L-1的MP.同时,克隆了甲基对硫磷水解酶基因mpd,并在E.coli中获得高效表达.重组甲基对硫磷水解酶粗酶液活性达到52.5 U·mL-1.