利用光微生物燃料电池实现养猪废水资源化利用研究

采用光合细菌和微藻分别作为阳极和阴极接种物构建了双室光微生物燃料电池,考察了氮、磷浓度及阳极处理后的养猪废水对阴极微藻生长的影响,探讨了构建的光微生物燃料电池产电性能及去除养猪废水中COD、氨氮和总磷的效果.结果表明,阴极微藻不仅能利用无机硝态氮和氨氮,而且更喜好有机氮尿素;此外,阴极微藻可适应较高浓度的氮(250 mg·L-1)和磷(64.8 mg·L-1).构建的光微生物燃料电池以养猪废水为基质,外载为1000Ω时,稳定输出电压为161 m V;养猪废水的COD、氨氮及总磷去除率分别为91.8%、90.2%和81.7%.养猪废水经阳极光合细菌处理后培养微藻16 d,藻细胞光密度(OD680)可达3.40,略低于对照BG11培养基.因此,构建的光微生物燃料电池在处理养猪废水产电的同时,可收获微藻实现养猪废水资源化.     

微藻能源的发展及其在环境保护中的应用

能源短缺和温室效应是当前中国发展所面临的两个关键问题。通过对微藻能源主要利用方式及其在环境治理中应用的介绍,指出微藻能源能够同时解决能源和减排的要求。     

微藻利用不同无机碳途径的定量方法

以莱茵衣藻和蛋白核小球藻为实验材料,通过向培养液中添加两种标记δ13 C的碳酸氢钠来培养微藻。根据获得的微藻藻体的稳定碳同位素组成,运用双同位素示踪模型,成功计算出了微藻利用不同碳源的份额。并通过添加胞外碳酸酐酶特异性抑制剂(AZ),进一步获得了微藻利用不同无机碳途径的份额。本研究建立的双同位素示踪模型是一种快速定量碳源利用途径的实用方法。     

两种微藻胞外分泌物与NO2-、NO3-对2，4-D光解的影响

在模拟太阳光照射下,利用旋转式光化学反应装置,研究了海水小球藻(Chlorella vulgaris)和新月菱形藻(Nitzschia closterium)的胞外分泌物(EOM),以及分别在NO-2或(和)NO-3共存条件下对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)光解的影响.实验结果表明,2,4-D在海水小球藻和新月菱形藻EOM及分别在NO-2、NO-3共存下的光解过程均符合准一级动力学反应.研究发现,2,4-D的光解速率随海水小球藻和新月菱形藻EOM浓度的增加而减小,表明这两种微藻EOM可抑制海水中2,4-D的光解.当在微藻EOM溶液中分别加入不同浓度的NO-2或NO-3后,微藻EOM对2,4-D光解的抑制作用减弱,且随着NO-2和NO-3浓度的增加,2,4-D光解速率明显增加.特别是当微藻EOM与NO-2或NO-3三者共存时,可进一步促进2,4-D的光解.     

微藻利用不同无机碳途径的定量方法

以莱茵衣藻和蛋白核小球藻为实验材料,通过向培养液中添加两种标记δ¹³C的碳酸氢钠来培养微藻。根据获得的微藻藻体的稳定碳同位素组成,运用双同位素示踪模型,成功计算出了微藻利用不同碳源的份额。并通过添加胞外碳酸酐酶特异性抑制剂(AZ),进一步获得了微藻利用不同无机碳途径的份额。本研究建立的双同位素示踪模型是一种快速定量碳源利用途径的实用方法。     

可利用微藻的种类及其应用前景

现已知全球藻类3万余种,其中微藻约占70%.阐述了微藻的国内外研究发展概况,重点探讨了4种主要的可利用微藻-螺旋藻、小球藻、杜氏藻和红球藻的分布、繁殖方式和生态条件,分析了微藻的应用价值,介绍了微藻的分子遗传学的研究概况.     

纯二氧化碳条件下小球藻固定CO2

微藻固碳已经成为消减温室气体排放的新的研究热点。利用静态吸收方法，考查了通人纯CO2对普通小球藻生长特点、固定CO2效率以及藻液pH值变异的影响。结果表明：通入纯CO2使小球藻生长延滞期显著延长，比普通培养延长10～12d，对其他生长阶段的影响不大；小球藻固定CO2速率可分为2个过程，即物理固碳过程和生物固碳过程，前者在藻细胞延滞期发生，峰值由CO。溶解于培养液造成，后者在藻细胞生长的指数期、稳定期和衰退期发生，峰值由藻细胞指数生长造成，2个过程中，固定CO2速率的变化趋势都是先增大后降低；纯CO2条件下，藻液pH值变化速率高，4d内，藻液即被酸化，随后藻液pH值变化速率逐渐降低，且pH值稳定在适宜水平。因此，采用小球藻固定高浓度CO2时，建议提高接种量并加强培养前期的pH值监测和调控，以保证藻液保持适宜的pH值，并缩短培养时间，提高生物固碳效率。     

蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15的异养培养条件优化及污水养殖

为了提高微藻的生物量及油脂产量以降低微藻生物柴油的生产成本,采用光异养培养模式对蛋白核小球藻进行培养,确定其最适生长的碳源为葡萄糖,氮源为大豆蛋白胨.采用响应面设计的方法对蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15光异养培养过程中的最佳碳氮源浓度进行了优化,在葡萄糖含量为17.53 g.L-1,大豆蛋白胨含量为8.67 g.L-1时,生物量最大产量为0.63 g.(L.d)-1,与模型预测结果[0.62 g.(L.d)-1]基本吻合,此时其油脂含量为19.25%,油脂产量达到121.3mg.(L.d)-1.污水养殖结果显示,在以北京市城市生活污水为培养基的情况下,微藻Chlorella pyrenoidosa-15对污水具有良好的净化能力,COD的去除率达到80.9%,总氮的去除率达到69%,同时其也具有较好的产油效率,生物量和油脂含量分别可达到1.00 g.L-1和24.12%,具有进一步研究的理论及应用价值.     

微藻在不同氨氮条件下固定CO2耦合净化废水实验

为探究小球藻同步固定CO₂、净化废水及生产蛋白质的潜力,实验研究不同氨氮浓度(30,60,90 mg/L NH₄Cl)和CO₂体积分数(0.038%和10%)对小球藻(Chlorella vulgaris)生长、固碳、氮磷营养盐去除及蛋白质生产的影响,并将Logistic方程与改进的Monod方程相结合,描述小球藻比生长速率与氮、磷营养盐的关系。结果表明:10% CO₂组生物量(380.16~499.52 mg/L)是0.038% CO₂组生物量(44.73~120.00 mg/L)的3.54~8.30倍,同时,10% CO₂组中氨氮和磷酸盐消耗速率明显高于0.038% CO₂组。小球藻比生长速率、固碳速率、蛋白质含量均与生物量呈正相关(R2≥0.83,P<0.05),且在10% CO₂和60 mg/L NH₄Cl条件下获得最大值,分别为0.21 d-1、42.62 mg/(L·d)和228.43 mg/L。此外,拟合结果显示Logistic方程与改进的Monod方程联合应用可较好地描述小球藻的生长过程(R2=0.39~0.96),且10% CO₂条件下的营养盐更易被小球藻吸收。实验结果可为微藻同步固定CO₂、净化废水及副产物(如蛋白质)生产的应用提供理论参考。     

典型工程纳米材料对微藻的毒性效应研究进展

近年来,随着纳米技术的快速发展,工程纳米材料由于其良好的物理化学特性而广泛应用于各行各业。然而,在生产、使用和丢弃含有工程纳米材料产品的过程中不可避免地导致纳米材料释放到水环境中。工程纳米材料已在世界多地的水环境中被检测到,给水生态系统和人体健康带来潜在风险。由于水环境的复杂性,工程纳米材料在水体中的环境行为、毒性效应等生态风险还未得到充分的研究。本文以微藻为模型生物,总结了典型工程纳米材料,包括纳米金属、纳米氧化物、碳纳米材料以及量子点的毒性效应。探讨了工程纳米材料在水中的环境行为以及与其它污染物的复合毒性效应,讨论了工程纳米材料自身理化性质和环境因素对其毒性的影响。从生理指标和组学指标出发分析了工程纳米材料对微藻的毒性机制,并展望了工程纳米材料毒性研究的发展方向,以期为工程纳米材料的毒性评价提供一定的理论依据,促进纳米材料的绿色发展。