生物炭固定化微生物技术在去除水中污染物的应用研究进展

许多研究致力于固定化微生物技术在去除水环境中污染物方面的应用。生物炭具有高的比表面积、大的孔隙率、低成本和来源广等优势,生物炭与固定化微生物技术结合在处理水中污染物方面具有很大的应用潜力。因此,了解生物炭固定化微生物对水中污染物去除的作用机制对于其在环境修复和废水利用中的应用至关重要。文章综述了微生物固定化方法、载体的选择、生物炭作为载体材料在固定化微生物技术中的优势及应用以及生物炭固定化微生物在去除水中不同种污染物的应用及其作用机制。同时,还探讨了初始污染物浓度、pH、温度、接触时间和颗粒投加量等对生物炭固定化微生物对去除水中污染物的影响,并分析这些环境因素对微生物生长、生物炭特性以及污染物去除效果的影响。当前研究表明:生物炭相比于其他固定化载体而言更加适宜微生物的生长,生物炭固定化微生物去除污染物的主要作用机制是吸附和生物降解的协同作用,以及生物炭对微生物具有保护及快速定殖作用。另外,过高的初始浓度、过高或过低的pH和温度都会影响微生物的活性而不利于污染物的去除。生物炭固定化微生物颗粒对污染物的去除能力随着时间和颗粒投加量的增加而提高。此外,文章分析了生物炭固定化微生物技术在水环境应用中存在的问题,可为未来相关领域的研究提供参考。     

固定化微生物脱氮技术进展

:氮污染已日益严重 ,但现有的生物脱氮技术存在许多问题。因此世界各国研究者纷纷研究改进技术 ,硝化细菌和反硝化细菌固定化生物脱氮是其中一个主要的研究方向。文章综述了固定化微生物脱氮技术的研究进展 ,包括固定介质、主要的固定化方法和技术以及固定化微生物在废水生物脱氮方面的应用。     

典型POPs的生物降解修复技术研究与发展

生物吸附与降解是解决持久性有机污染物（POPs）最有潜力的方法之一,有必要介绍利用微生物把目标污染物转化为易降解的物质甚至矿化的POPs修复原理及其技术。对此,概述了近年来国内外基于微生物通过膜融合、胞质融合和核融合形成能够降解POPs的杂种细胞的细胞融合技术;基于降解性质粒的相容性,把能够降解不同污染物的质粒组合到一个菌种中,形成多质粒的新菌种,使微生物由于代谢途径的改变能够矿化POPs的基因工程菌构建技术;基于通过某些载体把酶固定于其中实现活性稳定、可以回收及可重复利用的酶固定化技术,以及基于降解菌活性酶分子亚基置换、降解菌活性酶的定点突变、降解酶的体外定向进化这几方面的酶构建技术;进一步分析基于分子生物学提高POPs生物修复能力的原理,指出经生物技术改造的工程菌和固定化酶未能进入实际应用的障碍所在。以多溴联苯醚（PBDEs）的微生物细胞吸收和降解机理作为典型POPs生物修复的案例,强调生物降解的过程强化需要建立多尺度上功能方面的适合;提出了分子生物学与基因工程学的结合在解决POPs环境污染方面未来的基础科学问题与研究思路。综合上述,典型POPs的生物修复技术的构建需要考虑宏观污染物协同降解的工艺理论,在基因水平、分子水平、反应器水平及工程水平上追求更高功能方面的适合。     

生物强化技术及其在污水处理中应用研究评述

在传统废水生物处理过程中,难降解有机污染物的存在和外界环境的变化会抑制土著微生物的活性,从而影响废水处理效果。生物强化技术是向生物处理系统中引入特定的高效降解功能微生物,通过微生物自身所具备的降解机制对污染物质进行降解,达到有效处理废水的目的。相较于传统生物处理法,生物强化技术能更好地提高难降解污染物处理效果,维持系统的稳定性,减少污泥的产生,缩短系统的启动时间,并可以使系统表现出良好的抗冲击负荷能力。目前生物强化技术研究主要集中在高效菌群对难降解有机污染物的高效降解作用和优势菌种对于极端环境的耐受能力等方面。文章综述了生物强化技术的作用机理,主要有高效菌通过自身携带的降解基因或分泌的降解酶对污染物质的直接降解作用、微生物的共代谢作用和群体感应作用;介绍了生物强化技术中优势菌种的3种获取方式,分别是从自然界中直接进行驯化筛选、构造基因工程菌以及通过水平基因转移获取的方式;论述了生物强化技术的作用形式,包括直接将微生物投加到目标水体中、应用微生物固定化技术和研制生物强化菌剂进行投加的3种方式;另外还总结了近几年来生物强化技术在景观水体、土壤修复、产能和水处理等方面的应用,最后阐述了生物强化技术研究存在问题和新路径。     

固定化微生物技术在富营养化水体修复中的应用

富营养化不仅影响水环境质量,而且破坏水生态平衡,对环境和人类健康造成危害。固定化微生物技术是利用物理或化学方法将游离微生物细胞限制在一定空间区域内,既能免受流水冲刷流失,可重复循环利用,又能保持生物活性,有效去除水体中的污染物,因此该技术被认为是控制水体富营养化的有效方法。该研究介绍了固定化微生物技术的特点及其在富营养化水体处理中的应用现状,综述了传统及新型固定化载体的选择及发展、降解和去除氮磷污染物的微生物种类以及常用固定化方法(吸附、包埋、共价结合、交联等)的优缺点。最后,针对当前微生物固定化技术面临的挑战,对今后的研究和发展方向提出了建议。该综述可为固定化微生物技术应用于各类废水处理提供参考。     

废水生物强化处理技术研究进展

生物强化技术具有高效去除目标污染物、加速系统启动、提高系统抗水力及有机负荷能力以及优化系统菌群结构和增强功能稳定性等功能,在废水生物处理实际应用中潜力巨大.总结了国内外废水生物强化处理技术研究进展,在功能微生物选育方面,通过传统选育手段与基因工程手段并举来实现;在功能菌应用与生物强化处理工艺方面,主要通过所投加的功能菌直接作用或是利用基因水平转移(HGT)来实现生物强化;在分子检测技术方面,随着分子生物学的发展,一些技术如变性梯度凝胶电泳(DGGE)、核糖体间隔基因分析方法(RISA)及荧光原位杂交(FISH)等在与微生物生态学研究中得到了广泛应用.分析认为,应用分子生物学等先进技术手段,探讨废水生物强化处理工程应用过程中的微生物生态学机制,并以此为指导研发高性能菌剂,将是本领域的研究重点与方向之一.     

生物电化学脱氮技术研究进展北大核心CSCD

生物电化学系统（BES）因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点. 对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH3/NH4^＋的跨膜转移、氨气逃逸等. 总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门（Proteobacteria）;硝化细菌主要是亚硝化菌属（Nitrosomonas）和硝化杆菌属（Nitrobacter）;在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象. 最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的. 基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物（NO2^- -N、N2O）的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向. （图3 表2 参66）     

双塞头固定化细胞反应器降解TCE

为探究固定化细胞对三氯乙烯(TCE)的生物降解特性及机理,以优选的活性炭纤维为固定化材料,构建双塞头固定化细胞反应器;利用填埋场覆盖层富集筛选的高效混合菌SWA1为生物介质开展细胞固定化及TCE生物降解研究;运用扫描电镜,荧光定量PCR和高通量测序技术分别考察TCE降解前后固定化微生物微观结构、关键酶表达丰度和混合菌群落结构变化.结果显示:(1)该固定化细胞反应器对微生物具有良好的固定化效果,且微生物可维持较高活性(甲烷氧化速率为0.6μmol g~(-1) d~(-1));(2)在TCE初始浓度为18 mg/L时,反应1 d降解率为94.1%,降解过程中有8.7μmol有机氯转化为氯离子;(3)反应器中TCE降解关键酶为甲烷单加氧酶和苯酚羟化酶,TCE降解后优势菌属为Anaerolineaceae_unclassified(0.6%-19.9%)和甲基孢囊菌属Methylocystis(0-15.8%).该双塞头固定化细胞反应器能高效去除氯代烃类污染物,可为含氯有机废水高效生物治理的工程应用提供参考.     

膜生物反应器脱氮除磷工艺的研究进展

膜生物反应器是近年新发展起来的高效污水处理工艺，文章重点介绍了膜生物反应器的脱氮除磷工艺；单一反应器间歇曝气膜生物反应器工艺和A/O形式的膜生物反应器工艺。总结了国内外研究的工艺特点、技术参数和处理效果。分析了技术参数，运行方式对处理效果的影响，提出了今后研究方向和应用前景。     

废水处理系统中生物聚集体胞外多聚物研究进展

胞外多聚物(Extracellular polymeric substances,EPS)是废水生物处理系统中生物聚集体(包括絮体污泥、生物膜、颗粒污泥等)的重要组成部分,直接包裹于微生物细胞壁外,其理化性质及所处的特殊位置决定了它在生物聚集体中的重要作用.综述了EPS对废水生物处理系统污泥沉降性能、脱水性以及膜生物反应器膜污染影响的相关研究,分析认为EPS组成与结构特性改变污泥表面电位、疏水性等,进而影响污泥沉降与脱水性能、膜污染程度;以好氧颗粒污泥为典型的生物聚集体代表,总结了EPS组分含量与分布对颗粒污泥的形成与结构稳定性的影响,并在EPS提取方法标准化、现代理化技术与分子生物学技术综合分析等方面进行了展望,进一步的研究有望揭示生物絮凝体形成过程EPS的产生与调控机制.     

恶臭污染物的排放与监测

概括介绍恶臭污染源的形成、排放特征及恶臭污染物的监测技术,重点介绍了我国测定恶臭的国家标准方法“三点比较式臭袋法”及其实际操作中若干问题解析。     

上海市区生活垃圾中转站臭气污染状况

对上海市区3个不同位置的垃圾中转站运行过程中的臭气产生状况进行了为期一年的监测和分析,研究了其浓度和变化规律。结果表明,3个中转站内气体污染物中H2S、NH3以及臭气浓度范围分别为0.005～0.20mg/m3,0.44～4.67 mg/m3以及16～40,大多在春季达到最高,且与温度和垃圾量没有明显相关性。而挥发性有机物VOCs中主要有1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、乙酸乙酯、间二甲苯等污染物,浓度在10-1～103μg/m3之间变化。分析结果表明,臭气浓度和VOCs的产生量与日垃圾处理量呈正比。     

上海市某生活垃圾中转站污染特征

通过对上海市某生活垃圾中转压缩站产生的污水以及恶臭气体进行为期1年的监测和分析,研究了其污染产生的状况和变化规律。结果表明:中转站产生的垃圾压滤污水呈弱酸性,pH变化范围为5.2～6.5,污水中主要污染物SS、BOD5、CODCr、氨氮和总磷的浓度范围分别为2.00～218.21 g/L、5.50～35.20 g/L、12.06～70.60 g/L、141～909.5mg/L和31～204 mg/L,中转站压滤污水中污染物浓度大体呈现夏秋季节高而冬春季节低的特征。中转站内气体污染物中H2S、NH3气体浓度范围分别为0.005～0.20 mg/m3和0.59～2.205 mg/m3。挥发性有机物VOCs中1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、乙酸乙酯、间二甲苯等污染物在10-1～103μg/m3之间变化。中转站污染指标和环境因素的相关分析及PCA结果表明,温度与压滤污水主要水质指标和臭气浓度气体指标存在着相关性,而H2S、NH3气体污染物与水质相关性较小。     

垃圾转运站空气中挥发性有机化合物分析

通过对垃圾转运站空气样品进行分析,共检出主要挥发性有机化合物43种。其中国家《恶臭污染物排放标准》控制污染物有4种,它们的含量相对较低,但波动范围较大;USEPA优先控制污染物有5种,虽然种类不多,但检出率较高,因此不应忽视其对环境的影响。     

餐厨垃圾厌氧处置的恶臭污染物分析

为研究餐厨垃圾在厌氧消化过程中的恶臭污染物排放特征,采用冷阱富集-GC/MS技术对宁波市某典型餐厨垃圾处置企业的恶臭污染物成分、含量及成分谱进行研究,共检出烷烃、烯烃、芳香烃、卤代烃、含氧有机物、硫化物及氨等7类物质,其中含氧有机物是主要成分。检测结果表明,恶臭污染物总浓度水平为高温灭菌装置油水分离装置厌氧发酵装置分选装置卸料区,高温灭菌装置、分选装置、油水分离装置、厌氧发酵装置的臭气浓度值较高。结合数据分析初步筛选各单元的特征污染物:卸料区、分选装置:乙醇、硫化氢、二甲二硫醚、氨、柠檬烯;高温灭菌和油水分离装置:乙醇、甲硫醇、硫化氢、二甲二硫醚、柠檬烯;厌氧发酵装置:乙醇、硫化氢、二甲二硫醚、对-二乙苯、柠檬烯。     

植物提取液对城市垃圾中转站恶臭物质的处理效果

对某2种商品植物除臭剂（代号A和C）进行了NH3和H2S的去除效果实验,确定了其最佳的使用条件;并实验了植物提取液对城市垃圾中转站渗滤液和实际中转站中恶臭气体的处理效果。结果显示,终浓度为0.85 g/m3的植物提取液A对NH3和H2S的去除率最高可达39.9%和92.31%;在城市垃圾中转站试验中,1.02 g/m3的植物提取液A结合超声波雾化装置对NH3和H2S的去除率可达66.67%和96.67%。研究表明利用植物提取液可以有效降低城市垃圾中转站恶臭污染物浓度,而采用超声波雾化装置效果更好。     

Measurement of Odor-Plume Structure in a Wind Tunnel Using a Photoionization Detector and a Tracer Gas

The patterns of stimulus available to moths flying along pheromone plumes in a 3-m-long wind tunnel were characterized using a high frequency photoionization detector in conjunction with an inert tracer gas. Four contrasting flow regimes and source conditions were produced: odor released in pulses from a vertical and horizontal array of four sources, odor released continuously from a point source, and odor released continuously from a point source into an oscillatory wake. Although the four flow regimes produced plumes of intermittent and fluctuating concentration, there were considerable differences in the structure of the signal presented to the sensor. Pulses of tracer gas released at 10 Hz retained most of their longitudinal and lateral separation. The plume growing in the disturbed flow (`oscillatory'), was broader in its lateral extent than the plume growing in an undisturbed flow (`continuous'), and the concentrations in the former were lower at each downstream position. The signal recorded in the disturbed flow had higher intermittency, but the ratio between the peak concentration and the signal mean was lower than in the continuous plume. Time scales were typically longer in the tunnel than in a field setting, but length scales and the main features of intermittency and fluctuation were similar. Moths flying along plumes of pheromone in this and similar wind tunnels typically slow their velocity and narrow the lateral excursions of their flight track as they approach a pheromone source. Which features of the plumes measured in this study account for these behavioral reactions remains to be determined.     

Age- and sex-related variation in defensive secretions of adult <Emphasis Type="Italic">Chlaenius cordicollis</Emphasis> and evidence for their role in sexual communication

Defensive secretions of adult Chlaenius cordicollis (Coleoptera: Carabidae) from Manitoba and Pennsylvania were analyzed across the life cycle in a multi-year study using solid phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry. In concurrent experiments using Y-tube olfactometry, we observed the response of each sex when male or female source beetles were induced to discharge defensive secretions. Almost all defensive secretion samples contained five alkylphenolic compounds, dominated by 3-methylphenol; frequently, two alkoxyphenolic compounds and one ester were also detected. As beetles aged, the composition of their defensive secretion shifted, showing an exponential decrease in the relative proportion of 2,3-dimethylphenol as a function of day of year. Previously reported differences observed in autumn between secretions of beetles from Manitoba and Pennsylvania are attributable to different times of onset of the decline of 2,3-dimethylphenol in the two locales. Regardless of airborne odor, responding beetles exhibited upwind anemotaxis in the olfactometer and, outside of the reproductive period, avoidance was the most frequent response to defensive secretions. Sexual dimorphism was evident in the major components of the defensive secretions during the reproductive period and resulted from an increase over time in 2,5-dimethylphenol in male beetles. In the reproductive period, neither sex avoided odor from male source beetles, females preferred clean air to odor from source females, and males were attracted to females that discharged defensive secretion but showed no preference when females had not discharged the secretion. The defensive secretion appears to function as a sex attractant during the reproductive period.     

广州市区大气污染特征与影响因子分析

以2000—2004年广州市国控测点的空气环境质量自动监测结果为基础数据,以我国《大气环境质量标准》的日平均质量浓度二级标准为依据计算广州市2000—2004年的各大气污染物的指数及污染负荷率,阐明广州市区主要大气污染物SO2、NO2、PM10、CO的地域分布特征、季节变化特征、年际变化特征以及由于大气中的酸性物质而形成的酸雨的变化特征并提出研究对策。结果表明:各污染物质量浓度存在明显的季节变化规律,除SO2春夏秋季污染最严重,其余几项污染程度由高到低的顺序均为冬季,春季,秋季,夏季。近5年来空气中的一氧化碳呈显著下降趋势,但二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物则呈显著上升趋势,综合污染指数也呈明显上升趋势;酸雨频率呈不显著上升且夏秋季污染大于春冬两季。广州市大气污染分布规律与风向频率以北和东北偏北方向较大,东和东南方向次之的分布基本一致。     

难降解有机物污染底质原位修复技术研究进展

随着水环境外污染源得到有效控制,底质污染逐渐成为人们关注的焦点.底质中的污染物尤其是难降解有机物可通过生物富集和生物放大等过程,进一步影响陆生生物和人类的健康.因此,对底质中难降解有机物的修复是目前所迫切需要解决的环境问题之一.基于异位修复成本较高易造成二次污染等缺点,文章针对难降解有机物污染底质,探讨了原位修复技术的研究进展,自然修复成本较低,对生态环境不产生干扰,但不适用于高浓度污染底质;植物修复操作简单,能有效防止污染底质再悬浮,但对高浓度难降解有机物耐受性较低;微生物修复适用范围广,修复效果较为显著,但菌体易流失,对环境的适应性较差.于是,固定化修复技术应运而生,固定化技术能解决传统的微生物修复存在的很多问题,但固定化载体的重复可利用性和再生性问题仍有待解决.文章最后对今后难降解有机物污染底质的研究方向进行了展望,由于污染底质多为复合污染,各取所长的联合修复技术将成为未来的研究热点.