Enhanced methane production in an anaerobic digestion and microbial electrolysis cell coupled system with co-cultivation of Geobacter and Methanosarcina

The anaerobic digestion(AD)and microbial electrolysis cell(MEC)coupled system has been proved to be a promising process for biomethane production.In this paper,it was found that by co-cultivating Geobacter with Methanosarcina in an AD–MEC coupled system,methane yield was further increased by 24.1%,achieving to 360.2 m L/g-COD,which was comparable to the theoretical methane yield of an anaerobic digester.With the presence of Geobacter,the maximum chemical oxygen demand(COD)removal rate(216.8 mg COD/(L·hr))and current density(304.3 A/m_3)were both increased by 1.3 and 1.8 fold compared to the previous study without Geobacter,resulting in overall energy efficiency reaching up to 74.6%.Community analysis demonstrated that Geobacter and Methanosarcina could coexist together in the biofilm,and the electrochemical activities of both were confirmed by cyclic voltammetry.Our study observed that the carbon dioxide content in total gas generated from the AD reactor with Geobacter was only half of that generated from the same reactor without Geobacter,suggesting that Methanosarcina may obtain the electron transferred from Geobacter for the reduction of carbon dioxide to methane.Taken together,Geobacter not only can improve the performance of the MEC system,but also can enhance methane production.     

快速分离富集火焰原子吸收测定不同盐度海水中溶解态锌的新方法

本文建立了一种快速分离富集火焰原子吸收测定不同盐度海水中溶解态Zn的新方法。此新方法将流动注射（FI）编结反应器（KR）空气混合吸附在线富集与火焰原子吸收光谱法（FAAS）联用。进样流速6.0 mL/min;进样时间60 s,测定20μg/L的锌,浓集系数（EF）由传统方法的9.4提高到23.9;测样频率为40/h;检出限为0.31μg/L;相对标准偏差（RSD,n=11）为2.1%。将该新方法应用于珠江口不同盐度的海水样品中溶解态的Zn的分析,所得回收率为95.4%～97.2%。该方法可以满足河口不同盐度海水中溶解态Zn的测定需求。     

强降雨对胶州湾浮游动物群落结构的影响

2012年8月2日台风达维登陆青岛,青岛市降大到暴雨(平均降水量69.9 mm)。为研究此次强降雨对胶州湾浮游动物群落结构的影响,本文利用降雨前(7月17日)和暴雨后(8月5日)采集的浮游动物样品,分析了胶州湾海域大中型浮游动物的种类组成、优势种、丰度和生物多样性等群落结构特征变化。结果表明:强降雨前后胶州湾浮游动物的种类数均为51种,但受强降雨带来的剧烈物理冲击和海洋环境快速改变的影响,强降雨后胶州湾浮游动物的平均丰度由1003.4 ind/m3下降为659.4 ind/m3。受海域地形等因素影响,不同海域所受影响程度不同,海湾东部浮游动物丰度下降趋势较西部明显,中部较湾口下降明显。同时,强降雨后浮游动物优势种更替明显,生物多样性指数略有增长。本研究可为深入了解异常极端天气对浮游动物群落结构的影响等研究提供基础资料。     

优化热脱附技术对十溴联苯醚污染土壤的适用性及修复效果

为了探索绿色、高效、环保的修复PBDEs污染土壤的技术,在热脱附技术基础上将木炭同时作为尾气吸附剂和燃烧热源,处理不同十溴联苯醚污染水平的PBDEs(多溴联苯醚)污染土壤,通过14种不同溴代PBDEs同系物分析十溴联苯醚的降解产物组分并计算其去除率. 结果表明:在热脱附技术处理后,十溴联苯醚初始污染水平分别为500、800和1 000 μg/kg,污染土壤中PBDEs的去除率分别为63%、81%、94%. 14种不同溴代PBDEs同系物在热脱附反应后的残留产物中均有检出,其中热脱附处理后的土壤中以三溴和四溴PBDEs产物占优势,而尾气中则以四溴和五溴PBDEs产物为主. 根据热脱附试验前后土壤中PBDEs的结构组成对比及分析可知,降解和脱溴反应在整个热脱附反应过程中发挥了重要作用. 另外,XAD树脂吸附柱中虽有少量的氯代和溴代二英类物质(PCDD/Fs和PBDD/Fs)被检出,但其毒性当量浓度均小于0.1 ng/m3,符合欧盟、日本及我国所规定的二英物质排放标准. 研究显示,在利用优化的热脱附技术修复十溴联苯醚污染土壤过程中,PBDEs的去除率与污染土壤中其污染水平相关,并且热脱附过程以降解及逐级脱溴反应为主.      

青霉素菌渣堆肥过程中青霉素钠降解菌的分离与鉴定

为了研究开发青霉素发酵菌渣堆肥资源化与无害化技术,采用传统的富集、分离、纯化等微生物学方法,在青霉素菌渣与猪粪混合堆肥过程中筛选出一株青霉素钠高效降解菌——PC-2,并对其进行形态表征和基于16S rRNA基因序列的微生物种属鉴定. 结果表明:菌株PC-2属螯合球菌属(Chelatococcus sp.),其能够利用青霉素钠为唯一碳源生长,但外加碳、氮源可显著提高菌株PC-2对青霉素钠的降解效率. 当葡萄糖为碳源、蛋白胨为氮源、菌株PC-2接种量为14%、pH为6~8时,菌株PC-2在37 ℃下振荡培养6 h,对初始ρ(青霉素钠)为400 mg/L的青霉素钠的降解率可达98%以上. 自堆肥过程中获取高效青霉素钠降解菌PC-2,预示着其在菌渣堆肥过程中的应用潜力,也有助于深入开展青霉素制药菌渣的安全有效与无害化处理处置方法的研究.      

石化废水易降解成分对活性污泥耗氧抑制毒性评价的干扰因素

为评价某石化混合废水的毒性,采用活性污泥耗氧速率抑制试验研究不同φ(石化废水)对活性污泥中不同菌群的抑制及其影响因素. 结果表明,所用石化废水对活性污泥中的硝化细菌具有明显毒性,其EC₅₀(半抑制效应浓度,以φ计)为9%左右;同时,该废水对异养菌的耗氧具有较强的促进作用,φ(石化废水)为100%时I_H(异养菌耗氧速率抑制率,131%)最高,这种促进作用对R_T(总耗氧速率)测定有显著影响(R=0.991,P<0.05),因此,仅以R_T评价废水毒性容易造成对废水真实毒性的低估. 5种常见易降解基质(乙酸钠、葡萄糖、甲醇、生活污水、丙酸钠)中,ρ(甲醇)为15 mg/L时对异养菌促进效果显著(P<0.05),促进率达50%以上;而在高浓度条件下,乙酸钠、葡萄糖、甲醇、丙酸钠对异养菌均有显著促进作用(P<0.05),R_H(异养菌耗氧速率)最高提高了182%. 研究显示,石化废水中的乙酸盐等易降解成分是活性污泥耗氧速率抑制试验的重要干扰因素.      

铜绿微囊藻培养过程中氨基酸的释放特征及其对水体有机质的贡献

为深入分析铜绿微囊藻水华暴发对水体有机质、氨基酸含量及组成的影响,进一步揭示蓝藻水华暴发对湖泊内源氨基酸和有机质的贡献及养分循环机制,采集太湖北部富营养化区域梅梁湾中的水样,用于在室内培养太湖蓝藻水华优势种——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),采用邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生-反相高效液相色谱法(HPLC)分析铜绿微囊藻生长、衰亡过程中氨基酸的摩尔浓度及其组成特征的变化,探讨藻类产生的氨基酸和有机质对湖泊水体中有机质、TC(总碳)及DTN(溶解性总氮)的贡献. 结果表明:铜绿微囊藻在生长过程中产生的氨基酸对水体中TC、DTN、TOC(总有机碳)的贡献率分别为23%~37%、46%~93%和46%~83%;在衰亡期,水体中难降解氨基酸(如甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸和赖氨酸)的摩尔浓度(c)为60.4 μmol/L,显著高于同时期易降解氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸和精氨酸)的摩尔浓度(40.9 μmol/L);c(D-氨基酸)/c(L-氨基酸)由初始的0.28降至0.09,表明在铜绿微囊藻对数生长至衰亡期间,水体中有机质的降解程度逐渐降低. 研究显示,在水体有机质降解程度降低的同时,氨基酸摩尔浓度逐步增加,因此大量未降解的氨基酸沉积下来成为水体有机质来源之一.      

小兴凯湖浮游植物功能群特征及其影响因子

为分析北方寒冷地区浑浊型富营养化湖泊湿地浮游植物功能群时空变化特征及其影响因子,分别于2014年春季(5月)、夏季(7月)和秋季(9月)对小兴凯湖12个采样点进行了浮游植物采样,系统分析了浮游植物功能群的组成特征. 结果表明:小兴凯湖浮游植物共划分为21个功能群,其中重要功能群为H1、MP、D、C、Y、X2、J和W1,春季以功能群X2和D占优势,分别占49.02%和24.32%;夏季以功能群X2、C和H1占优势,分别占28.86%、16.11%和14.16%;秋季以功能群X2和C占优势,分别占46.97%和27.66%. 浮游植物功能群随季节变化表现为X2+D→X2+C+H1→X2+C的特点,反映至水体环境,春季为低温、高营养、中度浑浊水体,夏季为高温、富营养、高度浑浊、低光照水体,秋季为低温、富营养、高度浑浊、低光照水体. Pearson线性相关性分析表明,重要功能群功能群H1同ρ(TP)极显著正相关;功能群D同透明度、ρ(BOD₅)极显著正相关,同ρ(COD_Cr)显著正相关,同浊度和ρ(TIC)显著负相关;功能群X2同透明度极显著正相关,同ρ(TP)显著正相关,同浊度极显著负相关. RDA多元统计分析表明,ρ(TP)、浊度、透明度是小兴凯湖浮游植物功能群的主要影响因子,ρ(TC)、ρ(TOC)同大多数小兴凯湖浮游植物功能群正相关,但不是主要影响因子,ρ(TIC)与小兴凯湖浮游植物功能群无相关性. 小兴凯湖虽然整体营养盐水平很高,但较高的浊度抑制了浮游植物的生长.      

滇池水生植物分布对沉积物间隙水中不同形态氮的影响

为揭示水生植物分布对滇池沉积物间隙水中各形态氮质量浓度的影响,于2015年6月在滇池分别采集有植物区域和无植物区域的沉积物柱状样,检测间隙水及上覆水中DTN(溶解性总氮)、NH₄+-N、NO₃--N和DON(溶解性有机氮)的质量浓度,分析其垂向变化特征以及水生植物对间隙水中各形态氮的释放控制效果. 结果表明:①水生植物改变了柱状沉积物间隙水中不同形态氮的分布规律,并且这种改变随湖区不同而表现不尽一致;②水生植物显著降低了沉积物间隙水中DON的贡献率,有植物分布区域ρ(DON)对ρ(DTN)的平均贡献率为41.05%,无植物区域可达58.48%;③水生植物显著抑制了沉积物中无机氮的释放,促进了DON的转化,同一采样点有植物区域NH₄+-N和NO₃--N的沉积物-水界面扩散通量分别比无植物区域平均降低了87.52%和91.99%;④水生植物生长显著削减了沉积物间隙水中氮的质量浓度,其中ρ(DON)的削减率达到了53.27%~80.42%. 研究显示,水生植物根系作为微生物和多种活性酶的主要载体,为沉积物有机氮的矿化降解起到了促进作用.      

有机肥施用对盐渍土富里酸荧光特性的影响

为探讨有机肥长期培肥盐渍土后土壤富里酸(FA)结构组成及土壤环境的变化特征,对黑龙江西北部盐渍土壤连续5 a采取不同施肥处理,设置CK(对照)和TR1(处理1,施用有机肥8 000 kg/hm2)、TR2(处理2,施用有机肥4 000 kg/hm2及化肥N 80 kg/hm2、P₂O₅ 50 kg/hm2、K₂O 35 kg/hm2)、TR3(处理3,施用化肥N 160 kg/hm2、P₂O₅ 100 kg/hm2、K₂O 70 kg/hm2) 4个处理组,分析土壤中富里酸荧光光谱特征的变化情况. 结果表明:与CK比较,TR1、TR2处理可明显增加土壤中ρ(富里酸),增幅分别为98.24%、72.16%;二维荧光参数分析显示,各处理下富里酸腐殖化程度均表现为TR1>TR2>TR3>CK;三维荧光光谱区域积分比值分析结果进一步证实,TR1、TR2处理通过增加可见区类富里酸的荧光响应比值和减少紫外区类富里酸的荧光响应比值来提高富里酸的腐殖化程度. 根据三维荧光光谱结合平行因子分析结果,可将富里酸分为C1组分(生物可利用富里酸组分)、C2组分(陆生来源富里酸组分)及C3组分(类蛋白组分);施用有机肥主要增加C1组分的比例,其次为增加C2组分的比例,说明施用有机肥可提高盐渍土供肥能力,对盐渍土生态环境改善具有积极作用. 传统荧光图谱解析手段结合统计分析结果显示,施用有机肥可明显提高盐渍土富里酸含量并增加其腐殖化程度.