单室微生物电解池处理黄水产甲烷

为进一步挖掘酿酒副产物黄水的资源化利用空间,构建不锈钢单室微生物电解池(MEC)处理黄水并实现能源回收.以4%的黄水为基质,考察不同外加电压(0.4V、0.6V、0.8V、1.0V)对黄水处理过程中化学需氧量(COD)去除、各有机酸降解、甲烷产生及能量平衡等的影响.结果表明,当外加0.8V电压时,MEC中COD去除率达到94.90%±0.70%,较对照组(AD)的82.00%±0.70%增加了12.90%±0.74%.同时,COD去除负荷达(5.27±0.51)kgm~(-3)d~(-1),是AD(3.45±0.09)kgm~(-3)d~(-1)的1.53倍.对反应中甲烷产生速率和有机酸组分变化分析表明,当外加0.6V电压时,MEC中的甲烷产生速率为(1818.54±145.77)mLL~(-1)d~(-1),比AD(1014.88±121.44)mLL~(-1)d~(-1)增加了78.19%;当外加电压为0.8V时,MEC中的乙醇去除速率为(102.37±14.65)mgL~(-1)h~(-1),是AD组(57.31±10.45)mgL~(-1)h~(-1)的1.79倍;AD组的最高丙酸浓度高达(1436.10±84.42)mg/L,而外加1.0V电压的MEC组,其最高丙酸浓度为(845.57±76.72)mg/L,较之降低了(590.53±7.73)mg/L.当反应周期结束时,AD中残留的乙酸和丙酸浓度分别是MEC(外加0.8V电压)中的93.57和5.31倍.最后,反应器能量平衡分析的结果表明,当外加电压为1.0V时,其能量产生与净能量产生分别达到了(3.93±0.48)kWhkg~(-1)、(3.80±0.48)kWhkg~(-1),较AD组(2.92±0.37)kWhkg~(-1)分别增加了(1.01±0.12)kWhkg~(-1)、(0.88±0.12)kWhkg~(-1),且MEC均获得了较AD组更多的净能量.综上表明该MEC可有效促进黄水处理效率并回收甲烷,其最佳外加电压为0.8V.     

生活污水有机负荷率对连续流单室无膜微生物电解池性能的影响

连续流微生物电解池能有效应用于污水处理中,为了解不同有机负荷率(OLR)对单室微生物电解池(MEC)性能的影响,采用连续流方式,以生活污水为基质,研究恒定外加电压0.6 V、不同OLR(810、920、1 080、1 484、1 680、2 531、2 780 mg L~(-1) d~(-1))情形下化学需氧量(COD)去除率、甲烷(CH4)产率及能耗等.结果表明,随着OLR增加,COD去除率和能量消耗呈降低趋势,而CH4产率呈增加趋势.实验初期,外加电压为0.6 V,进水COD浓度为200 mg/L,MEC对COD去除率达到70%,而厌氧消化(AD)只能达到41%,此时MEC中CH4含量为8.39%,而AD只有6.44%.实验过程中,外加电压为0.6 V,OLR为2 780 mg L~(-1) d~(-1)时,CH4产率达到了(126.72±0.30)m L L~(-1) d~(-1),而能量消耗为(0.032 0±0.0052)k W h/kg COD.菌群高通量分析结果显示,MEC阳极碳毡的优势菌群为Methanothrix sp.和Geobacter sp.,其丰度分别为39.05%和21.83%,而AD组相应丰度只占2.00%和11.76%.综上,MEC可以在低能耗下有效处理低浓度生活污水并同步产CH4,这为生活污水处理提供了新的思路.     

单室微生物电解池强化混合脂肪酸产甲烷

传统厌氧消化基质转化慢,甲烷产率和能量回收效率较低.本研究模拟厌氧酸化产生的短链脂肪酸(SCFAs)废水,在批式条件下,利用单室无膜微生物电解池辅助厌氧消化(MEC-AD)产甲烷,考察不同外加电压(0.4 V、0.6V、0.8 V)对底物降解、甲烷产生和能量回收效率的影响.结果表明,进水化学需氧量(C OD)浓度约为7 000 mg/L时,COD的平均去除负荷由AD的(3.34±0.09)k g m-3 d~(-1)提高到MEC-AD的(6.86±0.04)kg m-3 d~(-1)(外加0.8 V),增加了1.06倍.外加电压与脂肪酸组分的降解呈正相关,即随着外加电压的升高,底物各SCFA降解速率加快,此时相应的甲烷含量、产量明显提高.当外加电压为0.8 V时,混合脂肪酸中乙酸、丙酸及丁酸的降解速度较AD分别提高了98.25%、107.14%、54.21%,甲烷的含量达90.11%;甲烷的产率为2.63 L L~(-1) d~(-1),较AD提高了157.84%.以基质化学能、电能和产生的甲烷来计算总能量回收效率,其中AD为73.51%;加电0.4 V、0.6 V、0.8 V时分别为93.44%、88.99%、93.41%.综合脂肪酸降解、甲烷产生及能量回收情况,确定外加0.8 V为最优条件.循环伏安扫描分析发现,与AD相比,MEC-AD在-0.3V处存在明显产甲烷还原峰.高通量测序结果显示,MEC-AD中阳极优势菌群为Methanosaeta sp.和Geobacter sp.,其相对丰度比分别为36.43%和13.35%;而AD中相应比例仅为24.46%和0.99%.由此可知MEC-AD中可能存在直接的种间电子传递(DIET)产甲烷途径,该途径是甲烷含量和产量提升的重要原因.综上,以微生物电解池辅助厌氧消化能有效促进底物降解,且获得高纯度、高产量的甲烷,具有良好的应用前景.     

连续流微生物电解池处理有机废水同步生产甲烷北大核心CSCD

为进一步提高有机废水的厌氧处理效率,同时实现能源物质的回收,采用微生物电解池并结合连续流工艺处理有机废水并同步回收甲烷,系统地研究不同水力停留时间、有机负荷、外加电压对微生物电解池内基质浓度的降解、甲烷生产速率等方面的影响.结果表明,在同一有机负荷下,随着外加电压(0.6 V,1.0 V,1.2 V)的升高,微生物电解池COD的去除效率和甲烷生产率也同时提高.在进水COD浓度为1 178 mg L-1、水力停留时间为8 h、外加电压为1.2V的条件下,其COD去除率、甲烷浓度、甲烷产生速率分别为97.7%、96%、1 071 m L L-1 d-1,较普通厌氧发酵(对照组)分别提高了31.5%、13.6%、123%;当进水COD浓度为4 812 mg L-1、水力停留时间为20 h、外加电压为1.2 V时,甲烷的产生速率达1 888 m L L-1 d-1,达理论产率的98.0%,而此条件下对照组甲烷产生速率仅为理论值的64.9%.说明连续流微生物电解池能够明显提高有机废水的处理效率,并实现处理过程中稳定回收甲烷的目的.高通量分析结果显示:微生物电解池阳极碳毡优势菌群为methanogens与Geobacter sp.,其丰度分别占总菌群的53.3%和7.5%,而对照组碳毡相应丰度仅为25.2%和0.7%.此外,研究发现有机负荷与电解池能量的消耗呈负相关,当外加电压为0.6 V时,有机负荷由3.5 kg m-3d-1提升至5.7 kg m-3d-1时,电解池能量消耗降低了79.3%.据此认为,通过优化水力停留时间和外加电压来处理有机废水并同步生产甲烷是可行的.     

烧烤场景中基于PBPK模型的人群PAHs暴露评估

为探究烧烤场景中人群多环芳烃(PAHs)的暴露特征与健康风险,使用美国环保署推荐的计算模型和基于生理的药代动力学模型(PBPK)模拟了我国人群的PAHs外暴露剂量和健康风险以及内暴露剂量变化情况。结果表明:1)普通居民和职业人群的日均苯并[a]芘等效摄入剂量为(50±3)ng·d~(-1)和(179±98)ng·d~(-1),其终生致癌风险为7.57×10~(-7)~1.28×10~(-5),均在可接受范围内;2)普通居民暴露后体内组织中PAHs内暴露标志物芘的最大浓度范围依次为肝(6.52~8.67 ng·L~(-1))肾(0.97~1.12 ng·L~(-1))静脉血(0.71~0.94 ng·L~(-1))皮肤(0.64~0.75 ng·L~(-1))脂肪(0.36~0.56 ng·L~(-1)),职业人群暴露后体内组织芘最大浓度为脂肪(2.97ng·L~(-1))皮肤(1.14 ng·L~(-1))≥肾(1.14 ng·L~(-1))肝(0.57 ng·L~(-1))静脉血(0.17 ng·L~(-1));3)膳食是普通人群的主导暴露途经,会导致肝组织浓度最大;呼吸和皮肤接触是职业人群的主导暴露途经,会导致脂肪组织浓度最大;4)暴露标志物芘的组织总富集量关系为职业人群(48 ng·d~(-1))大于普通人群(6~11 ng·d~(-1))。     

桂林会仙岩溶湿地产甲烷菌的数量、群落组成和活性

甲烷产生过程是湿地生态系统中最活跃的生物地球化学进程之一,岩溶湿地是一类具有典型岩溶地区水文特征和重要环境影响的特殊内陆淡水湿地.为了解岩溶湿地产甲烷菌的类型及其在碳循环中的贡献,综合运用分子生物学、微生物学和地球化学的方法对桂林会仙岩溶湿地沉积物中产甲烷菌的数量、群落组成、活性以及相关的环境因子进行研究.分析15-35 cm沉积物中甲基辅酶M还原酶基因mcr A的数量、种类以及与环境因子之间的关系,发现mcr A基因的拷贝数为106~(-1)07,主要来自5类产甲烷古菌目,分别是甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)以及一类尚未鉴定的产甲烷古菌,这些序列中有一半的序列与已知Mcr A蛋白序列相似度在95%以下,并且mcr A基因的多样性和数量分布主要受到有机碳和硫酸盐含量的影响.在产甲烷活性方面,沉积物的乙酸型产甲烷速率为1 024(±447)pmol g~(~(-1)) d~(-1),氢型产甲烷量约为650(±155)pmol g~(~(-1)) d~(-1).上述结果表明,会仙岩溶湿地具有同普通淡水湿地类似的产甲烷菌群落组成和较高的产甲烷潜力,并且该环境中可能蕴藏着许多尚未被研究的微生物资源.     

水位波动对土壤苯系物的污染运移和水化学影响

迄今为止,水环境的BTEX(苯系物)污染仍然是一个尚未解决的环境问题,研究在水位波动条件下BTEX在土壤介质中的运移过程是充分了解BTEX对水环境影响的前提.本实验以甲苯为污染物,建立了土壤水环境中有机污染物运移实验模型,并通过控制砂柱饱和-非饱和状态转化来实现土壤所处环境(水位波动条件或饱水条件)的不同,对比研究了两种条件对污染物运移和相关的水文地球化学特征的影响.利用中砂、细砂、含10%黏土的细砂等3种土壤介质的实验数据对实验模拟进行验证.结果显示,在水位波动条件下中砂、含10%黏土的细砂介质中甲苯的衰减速率(6.4 mg·L~(-1)·d~(-1)、5.3 mg·L~(-1)·d~(-1))均大于饱和条件下甲苯的衰减速率(0.57 mg·L~(-1)·d~(-1)、0.59 mg·L~(-1)·d~(-1)).水位波动条件对水环境电导率没有影响,但甲苯的加入使水环境的pH升高.甲苯和地下水位波动的共同作用推迟了地下水环境中NO_3~-、SO_4~(2-)和NO_2~-达到平衡的时间.     

低pH值下上流式厌氧污泥床反应器(UASB)以糖蜜为底物制取高纯度氢气

采用由有机玻璃制成的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),以糖蜜废水为发酵底物,投加适量氯化铵和磷酸二氢钾,研究在低p H值下系统的产氢性能.在系统启动初期,投加碳酸氢钠控制进水p H=6.75—7.15,使系统处于中性厌氧发酵,固定进水COD为4000 mg·L~(-1),HRT=8 h.系统运行20 d后,系统处于混合型发酵类型,随后停止投加碳酸氢钠.系统经过45 d的运行,乙醇和乙酸浓度占总浓度的79.39%,而丙酸的浓度只占总浓度的10.89%,形成了稳定的典型乙醇型发酵.第65天,乙醇和乙酸的浓度分别为840.56 mg·L~(-1)、403.12 mg·L~(-1),乙醇与乙酸浓度占总浓度的93.2%,氢气含量为86.97%.在出水p H=2.81时,系统产氢性能最佳.氢气产率为2.079 mmol·L~(-1)·h~(-1),氢气产量1.12 m3·m-3·d~(-1),氢气含量91.46%,是稳定期氢气含量的1.65倍.     

功能植物内生细菌筛选及对多环芳烃降解效能研究

功能植物内生细菌在防治土壤和植物多环芳烃(PAHs)污染方面具有潜力。从PAHs污染区采集了铁苋菜(Acalypha australis)、香附子(Cyperus rotundus)和麦冬(Ophiopogon japonicus)等健康植物样品,采用平板直接分离法获得8株能降解芘的植物内生细菌,主要为Enterobacter、Chitinophaga和Xanthomonas等菌属,其10 d对芘(50mg·L~(-1))的降解率为7. 59%～45. 50%。综合内生细菌在共代谢基质存在条件下的芘降解效能,选择从麦冬中分离出的Enterobacter sp. PRd5细菌为研究对象,探究其在各种环境条件下的芘降解性能。结果显示,Enterobacter sp.PRd5 10 d对芘(50 mg·L~(-1))的降解率为41. 37%～50. 63%,7 d可降解95%以上的萘(500 mg·L~(-1))、芴(100mg·L~(-1))和菲(50 mg·L~(-1))等低分子量多环芳烃,10 d对荧蒽(50 mg·L~(-1))和苯并[a]芘(10 mg·L~(-1))等高分子量多环芳烃的降解率分别为35. 89%和17. 44%。降解芘的优化条件研究结果显示,Enterobacter sp. PRd5在p H值6. 0～8. 0、温度25～35℃、外加盐浓度0～10 g·L~(-1)、装液量10～30 mL·(100 mL)-1、接种量3%～17%、芘初始质量浓度25～50 mg·L~(-1)和外加100 mg·L~(-1)葡萄糖条件下,可获得较高的芘降解效能。     

垃圾填埋场新型覆盖层材料厚度对甲烷氧化行为的影响

甲烷是一种长期存在于大气中的重要温室气体,它对温室效应的贡献率是二氧化碳的21倍,生活垃圾填埋场是仅次于水稻田的第二大甲烷人为排放源,减少垃圾填埋场的甲烷气体排放对缓解全球变暖压力具有重要意义.在实验室条件下模拟垃圾填埋场甲烷排放情况,将堆肥+陶粒混合物(体积比1:1)这一新型覆盖层材料按6个厚度(30、40、50、60、70、80 cm)装入有机玻璃柱中研究甲烷氧化与覆盖层深度的关系.研究结果表明:试验94 d甲烷氧化率开始下降,到实验结束前6个柱体中甲烷氧化率相似,维持在24.6%～34.8%之间;甲烷氧化速率由于甲烷通入量不断加大呈现先增加后减小的趋势,最低值为2.45 mol·m~(-2)·d~(-1),最高值为17.82 mol·m~(-2)·d~(-1);在试验第119～121d对各个柱体不同深度的气体成分进行分析.发现甲烷氧化的范围主要集中在基质0cm～30cm深处.     

植物激素与底物浓度对小球藻生长及油脂积累的影响

利用植物激素提高微藻生长速率及油脂合成速率是降低微藻生物柴油开发成本的有效手段之一.对比不同浓度天然植物激素吲哚-3-乙酸(IAA)和人工合成类激素1-萘乙酸(NAA)作为微藻培养添加剂对小球藻(Chlorella vulgaris)生长及脂质积累的影响,以BG11培养基作为培养底物,探讨不同底物浓度(10%、25%、50%、75%、100%)对植物激素施用效果的影响.结果显示,两种植物激素对小球藻生长及脂质合成影响显著(P 0.05),IAA的促生长效果优于NAA,最佳施用浓度均为2 mg/L,培养15 d后所获生物量为(525.87±5.91)mg/L、(367.72±4.1)mg/L,分别是对照组生物量的2.48倍和1.7倍;IAA和NAA浓度与脂质积累呈线性相关,IAA在0.05-2 mg/L时表现为促进中性脂积累,NAA在1-5 mg/L时表现为促油脂积累;2 mg/L IAA和2 mg/L NAA诱导后的小球藻生物质产率及油脂产率最高,分别为(35.06±0.39)、(24.52±0.27)mg L~(-1) d~(-1),(21.96±0.62)、(14.38±0.09)mg L~(-1) d~(-1),与未加植物激素对照组相比,分别提高了59.68%、41.23%、74.99%、61.78%;小球藻在不同底物浓度中生长及脂质积累差异显著(P 0.05),但对植物激素施用效果影响不明显.本研究表明植物激素对微藻培养体系影响巨大,低浓度IAA与NAA的施用均有助于提升培养效率,且满足生态效益的要求,但从经济效益角度考虑,2 mg/L NAA更适宜作为小球藻养殖的植物激素及添加剂量.(图3表2参35)     

天津市海河温室气体排放特征与影响因素研究

河流生态系统是内陆水体温室气体重要的排放源,城市河流由于受人为活动干扰较大其温室气体排放特征及控制因子与自然河流不同。为探讨人为活动对城市河流温室气体的排放的影响,选择天津市海河为研究对象,于2019年12月(冬季)及2020年7月(夏季),对水体温室气体溶存浓度及扩散通量进行监测,分析海河温室气体排放时空特征及关键驱动因素。结果表明,冬季海河水体CH_4、CO_2、N_2O平均浓度分别为(0.32±0.42)μmol·L~(-1)、(102.19±64.07)μmol·L~(-1)、(63.78±34.21)nmol·L~(-1),其平均通量分别为(5.54±9.72)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(865.85±394.74)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(965.87±844.63) nmol·m~(-2)·h~(-1)。夏季海河水体CH_4、CO_2、N_2O平均浓度分别为(0.72±0.81)μmol·L~(-1)、(75.00±57.87)μmol·L~(-1)、(19.43±6.23) nmol·L~(-1),其平均通量分别为(27.99±29.60)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(3 281.88±3 425.55)μmol·m~(-2)·h~(-1)、(558.73±298.67) nmol·m~(-2)·h~(-1)。在海河水体中CO_2浓度和通量呈现出上游大于下游的空间特征,而CH_4、N_2O浓度和通量呈现出上游小于下游的空间特征。海河二道闸的存在及人为调控对海河上下游水质及温室气体排放影响较大。在季节特征上,除CO_2通量、CH_4浓度和通量外,均呈现冬季大于夏季的季节分布特征。海河水体中DO、NO_3--N、DOC和CODMn是控制海河中温室气体浓度和通量的关键影响因子。海河水体中温室气体的产生不仅与水体中微生物功能有关,还与富含氮、磷等营养物质的工农业废水和生活污水的排放有关,人为活动影响和决定了海河温室气体排放模式及主要控制因子。     

乳酸合成丁酸的工艺构建及其条件优化

为构建一套乳酸合成丁酸的工艺,在开放体系中,驯化培养丁酸合成混合菌,并对发酵工艺条件进行系统研究和优化.首先通过单因素试验设计确定各因素的最佳水平范围.结果表明,p H值控制在5.5-7.5之间,乳酸浓度控制在20-40 g/L之间,外加乙酸浓度控制在1.5-3.5 g/L之间可以得到丁酸的最大产率.在此基础上,进一步对p H值、乳酸浓度和外加乙酸浓度进行三因素三水平的Box-Behnken试验设计及响应面法分析,以丁酸产率作为响应值,探究影响丁酸产率的各因素之间相互作用.通过方差分析显著性及求解回归方程得到最优发酵工艺条件:在p H值为6.72,乳酸浓度为27.83 g/L,外加乙酸浓度为2.79 g/L时,丁酸最高产率理论可达2.47 g L~(-1) d~(-1).验证试验得到的结果是丁酸产率为2.43g L~(-1) d~(-1),与预测值接近,较优化前产率提高了47.27%.此外,利用高通量测序技术(Miseq)对微生物群落结构进行分析,发现混合微生物中占优势的菌群是Clostridium sensustricto、Lactobacillus与Clostridium IV,其丰度分别为69.35%、15.41%与10.05%.利用本发酵新工艺能够得到相对稳定的丁酸产率,因此在工业中具有广阔的应用前景.     

牦牛排泄物输入对若尔盖高寒泥炭地土壤短期氮转化的潜在影响

牦牛放牧是若尔盖泥炭地一个普遍现象,牦牛排泄物直接返还于泥炭地.通过室内短期培养实验,利用~(15)N稳定同位素成对标记法结合马尔可夫链蒙特卡洛随机采样方法(MCMC)数值模型,研究牦牛排泄物输入对泥炭地土壤氮初级转化速率的影响.结果表明,施粪组土壤NH_4~+-N的总生产速率(17.49 mg kg~(-1) d~(-1))约为对照组的2倍(8.94 mg kg~(-1)d~(-1)),其中有机氮的矿化作用是其主要来源途径.两种处理土壤NH_4~+-N的总消耗速率均大于各自总生产速率,其中被微生物的同化作用固定于难分解有机氮库中的NH4+-N分别占其总消耗量的70%(对照组)和91%(施粪组).微生物的自养硝化作用是两种处理土壤NO_3~--N的主要产生途径,分别为5.31 mg kg~(-1) d~(-1)(对照组)和2.13 mg kg~(-1) d~(-1)(施粪组),均占各自NO_3~--N总生产量的80%以上.对照组和施粪组土壤NO_3~--N的主要利用方式均为NO_3~--N的异化还原作用,分别为0.20和0.24 mg kg~(-1) d~(-1).施粪组土壤N_2O累积排放量最高,为7.81 mg kg~(-1),对照组次之,为6.08 mg kg~(-1),施尿组最少,为3.04 mgkg~(-1).施粪和施尿使土壤CH_4累积排放量分别增加了2.08和9.49 mg kg~(-1).施粪组和施尿组土壤CO_2累计排放量分别为对照组(145.17 mg kg~(-1))的3.89倍和22.63倍.总体来说,牦牛粪便输入通过促进土壤有机氮的矿化作用、抑制微生物的自养硝化作用以及促进NO_3~--N的异化还原作用,提高了土壤的供氮能力和减少了NO_3~--N的淋溶风险.     

饮水型砷中毒病区人群砷暴露量及尿砷的季节变化

地下水高砷暴露的健康危害是环境与健康领域面临的巨大挑战。水砷含量及暴露人群饮水量参数的季节性变化可能影响饮水砷暴露评估的准确性。本研究选择内蒙古饮水砷中毒病区为研究区,测定丰水期(2013年5月)和枯水期(2013年12月)居民饮用水和尿液各形态砷(三价无机砷iAs~(3+)、五价无机砷iAs~(5+)、一甲基砷MMA~(5+)和二甲基砷DMA~(5+)+)含量,研究砷暴露量和尿砷的季节变化。结果表明,丰水期水砷含量(134.4±25.8)μg·L~(-1)显著低于枯水期的(163.2±38.1)μg·L~(-1),且丰水期水中iAs~(3+)的含量(58.9±51.2)μg·L~(-1)也显著低于枯水期的(100.1±49.0)μg·L~(-1)。研究人群丰水期通过饮水的摄砷量为313.1μg·d~(-1),低于枯水期的378.6μg·d~(-1)。此外,丰水期居民尿液总砷含量(218.6μg·L~(-1))显著低于枯水期(283.1μg·L~(-1))。丰水期女性居民尿液iAs、MMA~(5+)和总砷含量随当季饮水iAs~(5+)含量的升高而显著降低,枯水期女性尿液MMA5+含量随当季饮水iAs~(3+)及iAs含量的升高而显著升高。可见,病区居民饮水砷暴露量与尿砷含量具有明显的季节差异性,饮水砷与尿砷的关系受饮水砷形态、季节变化及性别等因素影响。     

进水COD浓度变化对内循环厌氧反应器(IC)发酵制氢系统的影响

利用糖蜜废水为发酵底物,以内循环厌氧反应器(IC)作为反应装置,探讨进水COD浓度变化对厌氧产氢效能的影响.结果表明,在水力停留时间(HRT)为6.5 h,温度为(35±1)℃时,IC反应器进水COD浓度在2—10 g·L~(-1)范围内变化,系统产氢效能随着进水浓度提高而上升,并在进水COD浓度为6 g·L~(-1)时,达到最大产气量23 L·d~(-1)和产氢量10.9 L·d~(-1).但是当进水COD浓度上升到8—10 g·L~(-1)后,产气量和产氢量明显下降,说明活性污泥可能受到了高浓度底物的抑制.发酵气体中H2含量并未随着进水COD浓度的变化而产生非常明显的变化,说明本实验中的IC反应器是一个较为稳定的产氢系统.     

导电性生物炭促进Geobacter和Methanosarcina共培养体系互营产甲烷过程

近年来研究发现互营氧化产甲烷过程中存在种间直接电子传递(direct interspecies electron transfer,DIET),这种电子传递方式比传统的种间氢转移或种间甲酸转移更为高效。导电生物炭作为导电介质,可以有效促进DIET介导的互营产甲烷进程。乙酸作为有机物厌氧降解的重要中间产物,其降解过程是否存在DIET途径尚不清楚,导电生物炭对乙酸互营降解产甲烷过程的影响机制也未有研究报道。以具有DIET功能的Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri菌株为研究对象,构建共培养体系,以乙酸为电子供体,比较添加不同导电性生物炭共培养体系的甲烷产生和微生物生长情况。结果表明:(1)导电性生物炭处理的产甲烷速率为0.015~0.017 mmol?d~(-1),显著高于对照处理的0.012 mmol?d~(-1);而不导电生物炭处理的产甲烷速率低于对照处理。说明导电性生物炭促进共培养体系中的产甲烷过程,而不具导电性的生物炭没有促进效应;(2)导电性生物炭存在时,共培养体系的甲烷产生速率(0.008 mmol?d~(-1))和产量(0.14 mmol)明显高于Methanosarcina barkeri单菌体系的产甲烷速率(0.006 mmol?d~(-1))和产甲烷量(0.09 mmol),而添加不导电生物炭的共培养体系和单菌体系的甲烷产生速率和产量无明显差异。以上结果表明,导电性生物炭能介导Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri之间的直接电子传递,即Geobacter sulfurreducens氧化乙酸产生的电子,以导电生物炭为导电通道直接传递至Methanosarcina barkeri还原CO2产生甲烷,从而促进乙酸互营氧化产甲烷过程。本研究结果有助于我们理解种间直接电子传递对互营产甲烷过程的贡献及影响效应,为研究甲烷产生的微生物机制提供新的研究思路。     

不同温度下氨对疫病动物尸骸废水厌氧消化的影响

采用厌氧折流板反应器处理疫病动物尸骸废水,研究了反应器由中温(35℃)逐步升至高温(55℃)时的运行特性.结果表明,升温至45℃和55℃时,厌氧处理效率显著降低,将有机负荷由35℃时的6.0 kg COD·(m~3·d)~(-1)降至55℃时的2.4 kg COD·(m~3·d)~(-1)并没有得到恢复,高温厌氧COD去除率相比中温下降了24%,甲烷产率下降了33%,出水挥发性脂肪酸(VFAs)增加了1.9倍.升温过程中,厌氧产甲烷菌受到了游离氮(FAN)的抑制导致甲烷产率显著降低.当温度由35℃升至55℃时,反应器p H值由7.63升至8.22,FAN由98 mg·L~(-1)升至340 mg·L~(-1),VFAs由235 mg·L~(-1)积累至684 mg·L~(-1),p H、FAN和VFAs三者的协同作用导致反应器在高温状态下处于"抑制稳态".与中温厌氧相比,高温菌对FAN的耐受性更强.当p H值为8.2时,FAN对中温菌的IC50为324 mg·L~(-1),对高温菌则达到453 mg·L~(-1),但这一优势不能抵消升温所引起的FAN抑制效应.这是疫病动物尸骸废水高温厌氧消化效率显著低于中温的主要原因.     

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.     

滇中不同植被类型土壤甲烷氧化及其碳同位素分馏特征

土壤甲烷氧化是大气温室气体的重要调节,受到多种因素的影响。其中,植被可以通过多种途径影响土壤性质,进而影响土壤甲烷氧化能力。陆地生态系统正是由不同植被复合而成,因此,研究不同植被类型土壤CH_4氧化能力及碳同位素分馏特征,对理解土壤甲烷氧化机理、准确核算碳排放具有重要意义。以滇中高原6种典型植被类型(原始林、针叶林,针阔混交林、常绿阔叶林、草地及稻田)土壤为对象,基于好氧培养试验研究了CH_4氧化速率(Ψ_(ox))及碳同位素分馏特征,分析了Ψ_(ox)以及碳同位素分馏系数α_(ox)与土壤性质之间的关系。结果表明,不同土壤Ψ_(ox)差异明显,平均Ψ_(ox)表现为稻田(10.75)针叶林(4.39μg·g~(-1)·d~(-1))原始林(3.83μg·g~(-1)·d~(-1))阔叶林(3.21μg·g~(-1)·d~(-1))混交林(1.78μg·g~(-1)·d~(-1))草地(0.95μg·g~(-1)·d~(-1))。同时,平均Ψ_(ox)与NO_3~--N(硝态氮,r=0.93,P=0.006)、DOC(可溶性有机碳,r=0.96,P=0.002)、TN(全氮,r=0.74,P=0.093)、TC(全碳,r=0.46,P=0.356)、NH_4~+-N(铵态氮,r=0.47,P=0.344)呈正相关,而与pH(r=-0.51,P=0.298)呈负相关,说明有机质和氮素对土壤甲烷氧化有促进作用,而pH则有抑制作用。同时,稻田、原始林、针叶林、混交林、阔叶林和草地土壤平均碳同位素分馏系数α_(ox)分别为1.022、1.017、1.013、1.012、1.015和1.012。与很多研究不同的是,α_(ox)与Ψ_(ox)呈高度正相关(r=0.92,P=0.010),这可能与不同土壤中甲烷氧化菌的亲和力和活力有关。而在Ψ_(ox)的影响下,α_(ox)与土壤性质的相关性基本与Ψ_(ox)相似。