纳米银与石墨烯对土壤微生物及土壤酶的影响

采用室内暗培养试验分别探究了纳米银与石墨烯对土壤微生物及土壤酶的不同影响.将不同剂量的纳米银(0、10、100、150 mg·kg~(-1))与高纯石墨烯(0、10、100、1000 mg·kg~(-1))分别与等量棕壤充分混匀,然后进行暗培养.在第3、7、15、30和60 d时取样,测定土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶、土壤脱氢酶和土壤过氧化氢酶的活性及土壤细菌、真菌和放线菌的数量,并在培养期间测定土壤呼吸速率及CO2累积量.结果表明,所有纳米银处理均抑制土壤的呼吸作用,并且剂量越高,抑制作用越明显;而石墨烯处理未对土壤呼吸产生显著影响.10 mg·kg~(-1)纳米银处理下,土壤真菌数量在整个培养期内均显著低于对照,土壤细菌在第60 d时也被显著抑制,但土壤放线菌数量无变化;与对照相比,100和150 mg·kg~(-1)的纳米银处理显著降低了土壤细菌、真菌、放线菌的数量.10和100 mg·kg~(-1)的石墨烯处理下,土壤细菌、真菌、放线菌数量则均无显著变化.1000 mg·kg~(-1)的石墨烯显著增加了土壤中细菌与真菌的数量,却对土壤放线菌数量无影响.纳米银处理显著抑制土壤脲酶、脱氢酶活性,却对土壤过氧化氢酶与磷酸酶活性基本无影响.10和100 mg·kg~(-1)石墨烯处理对土壤脲酶有一定的促进作用,1000 mg·kg~(-1)石墨烯处理对土壤过氧化氢酶和脱氢酶有一定的促进作用,而不同剂量的石墨烯在培养后期均对碱性磷酸酶产生抑制作用.总体来说,纳米银在一定程度上对土壤酶及土壤微生物结构产生了负面影响,而石墨烯对土壤酶及土壤微生物结构的影响不明显.     

波流式生态滤床氨氮去除效果及其微生物群落结构分析

利用波流式生态滤床处理受污染的河水,考察了其对氨氮的去除效果和沿程污染物转化情况,并采用扫描电镜、高通量测序手段解析了波流式生态滤床不同时间和位置基质上生物膜的细菌群落组成,分析了波流式生态滤床小试反应器中硝化细菌和反硝化细菌的分布特点,以探讨其去除氨氮的机理.结果表明,反应器稳定运行以后,对氨氮平均去除率为74.83%,基质表面可以观察到大量微生物,不同时期优势细菌有较大不同.反应器前部主要发挥硝化作用,中部发挥反硝化作用,硝化菌的分布呈现上多下少、前多后少的特点,使得氨氮在前端被快速去除;中部以黄杆菌属(Flavobacterium)为代表的反硝化菌丰度较高,促进了反硝化作用的发挥,降低了出水中总氮浓度;不同部位样品中细菌多样性差别不大,微生物种群多样性随着水流方向呈现先增加,到后段减少的趋势.     

微生物燃料电池恒电流预培养阳极生物膜分析表征

阳极性能是影响微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)性能的关键因素之一,同时阳极的接种挂膜过程是影响微生物燃料电池启动效率的关键因素.因此,本课题组提出了预培养阳极作为微生物燃料电池的一种新型阳极的概念,在三电极体系下,通过外加恒定电流预培养阳极,在不同条件下对阳极表面进行电化学选择和生物膜驯化以丰富生物膜结构和厚度.结果表明,阳极的性能与预培养电流大小密切相关,预培养阳极CF-4i(外加4 A·m-2电流密度)通过循环伏安法、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱测试,性能好于其他测试组及对照组,装配阳极CF-4i的微生物燃料电池能实现最大功率密度968.20 m W·m-2,是对照组的2.53倍.同时,通过共聚焦显微镜观察发现,生物膜大体分两层,外层的活细胞及内层的死细胞,外层活细胞长在内层死细胞之上.这种结构分布表明,阳极生物膜中的活细胞部分绝大多数都分布于生物膜的外侧,而不是均布于整个阳极生物膜中;同时这也表明不是整个阳极生物膜都具有新陈代谢活性,但死亡的细胞可以继续积累在电极表面附近,活的外层膜负责电流的产生,而内层的死细胞作为一种导电基质.     

石油类污染物自然衰减能力现场试验验证研究

在北京地区某加油站开展的前期石油类污染物自然衰减现场试验的基础上,进一步开展了验证试验,结果表明本次试验得到的挥发性有机物(VOCs)变化趋势及O2、CO2含量沿土壤深度分布和前期试验结果呈现相同的规律,说明基于自然衰减法设计实施的加油站现场试验检测分析结果可靠,试验方法具有合理性、可操作性及可重复性.进一步的理论分析对前期试验结果进行了验证,得出以下结论:(1)通过氧平衡和碳平衡计算对加油站土壤内的自然衰减方式进行评价,验证了该加油站地下土壤中实际发生的微生物降解既有需氧降解也有厌氧降解；(2)利用有机物的一级衰减模型对该污染现场土壤中石油类污染物的降解速率和半衰期进行计算表明,2次试验计算得到的石油类污染物的半衰期基本一致,该污染现场石油类污染物的半衰期为50 d左右；(3)在此基础上,对该加油站包气带土壤的自然衰减能力和环境质量进行评价,2次试验结果均表明该污染现场在自然衰减的作用下已经不存在环境风险.     

生物阴极式碳纸隔膜微生物燃料电池的反硝化和产电性能

为了探讨生物阴极式廉价隔膜微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的基本性能,首先以生物反硝化作用为基础构建了生物阴极MFC,并进一步以涂布聚四氟乙烯(PTFE)的廉价碳纸代替昂贵的质子交换膜(PEM)构建碳纸隔膜生物阴极式MFC。研究结果显示,对于生物阴极式MFC,阴极室中最适宜反硝化细菌生长的NO-3-N浓度为99.2 mg/L,此时输出电压最高可达0.11 V,1 h内NO-3-N的去除率达到80.0%,COD去除率为62.8%;以涂PTFE的碳纸代替PEM的生物阴极式MFC与有PEM的MFC最高输出电压基本一致(均达到0.22 V,外阻500Ω),但碳纸隔膜MFC的产电更稳定。结果验证了廉价隔膜生物阴极式MFC的可行性,并为其应用于污水脱氮奠定基础。     

3种典型微生物农药对家蚕的毒性研究

苏云金芽孢杆菌、球孢白僵菌以及棉铃虫核型多角体病毒是细菌类、真菌类和病毒类微生物农药的典型代表。为了明确微生物农药对家蚕的毒性影响,选取以上3种典型微生物农药,分别探究其对家蚕的毒性。结果显示:苏云金杆菌原药对家蚕LC50值为1.33×105CFU·m L-1;球孢白僵菌原药对家蚕LC50值为1.14×106CFU·m L-1;棉铃虫核型多角体病毒母药对家蚕LC50值大于1.00×108PIB·m L-1。与此同时,通过进一步试验,明确了以上3种微生物农药对家蚕结茧率、死笼率、全茧量、茧层量等关键指标的影响。结果显示:除了棉铃虫核型多角体病毒母药,高浓度苏云金杆菌原药、球孢白僵菌原药对家蚕的结茧率和死笼率均具有显著影响;3种微生物农药对家蚕产茧能力指标全茧量、茧层量以及蛹重均无显著性影响。     

Effects of acute γ-irradiation on the aquatic microbial microcosm in comparison with chemicals

Effects of acute γ-irradiation were investigated in the aquatic microcosm consisting of green algae (Chlorella sp. and Scenedesmus sp.) and a blue–green alga (Tolypothrix sp.) as producers; an oligochaete (Aeolosoma hemprichi), rotifers (Lecane sp. and Philodina sp.) and a ciliate protozoan (Cyclidium glaucoma) as consumers; and more than four species of bacteria as decomposers. At 100 Gy, populations were not affected in any taxa. At 500–5000 Gy, one or three taxa died out and populations of two or three taxa decreased over time, while that of Tolypothrix sp. increased. This Tolypothrix sp. increase was likely an indirect effect due to interspecies interactions. The principal response curve analysis revealed that the main trend of the effects was a dose-dependent population decrease. For a better understanding of radiation risks in aquatic microbial communities, effect doses of γ-rays compared with copper, herbicides and detergents were evaluated using the radiochemoecological conceptual model and the effect index for microcosm.     

阴极液及底物浓度对AFB-MFC同步废水处理及产电性能影响

为了提高厌氧流化床微生物燃料电池（AFB-MFC）的性能，并为双室MFC寻找价廉、易得、无污染的阴极液，在曝气量16～24 L/h、温度（35±2）℃、回流量10.2 L/h、阴极底边距阴极室内底部17.3 cm、外电阻250 Ω、水力停留时间（HRT）14.0～14.9 h以及进水pH 7.81～8.37下，研究了阴极液及底物浓度对系统产电及废水处理性能的影响。结果表明，使用缓冲溶液、阳极室出水和自来水作阴极液时，自来水的产电性能最佳，阴极液种类不影响系统有机基质的去除。以自来水为阴极液时，阴极液pH及电导率随运行时间增加而增加，COD去除率为80.11%～89.29%，输出电压及功率密度开始随运行时间增加而增加，之后稳定在440～452 mV和48.40～51.08 mW/m²之间。增加底物浓度对COD去除率影响不大，而输出电压及功率密度随底物浓度增加而下降；底物COD浓度由3 307.09 mg/L增至9 520 mg/L时，COD去除率在85.77%～94.44%之间，输出电压及功率密度则分别由449 mV和50.40 mW/m²下降至406 mV和41.21 mW/m²。自来水作阴极液可避免二次污染及阴极液对阳极室微生物的影响，并得到高的产电能力。     

响应曲面法优化复合絮凝剂的制备工艺

为了提高染料废水中COD和色度的去除效果,采用响应曲面法对聚硅酸类新型复合絮凝剂的制备工艺进行了优化实验研究。在单因素实验基础上采用Box-Behnken Design(BBD)实验设计方法,设计出了影响染料废水处理效果的3因素3水平共15组实验,其中n(Fe+Al):n(Si)的摩尔比为4～6,n(B+Mg):n(Si)的摩尔比为0.3～0.7,熟化时间为1～3 d。根据15组实验结果,以COD去除率和色度去除率为响应值分别建立了二次多项式响应曲面模型。模型优化结果显示,在n(Fe+Al):n(Si)摩尔比为5∶1,n(B+Mg):n(Si)为0.5∶1,熟化时间为2 d的条件下,制备得到的新型复合絮凝剂聚硅酸铝铁硼镁具有最佳的絮凝处理性能和脱色效果,能有效去除染料废水中的COD和色度,其中出水色度接近于0,COD的去除率达到87.65%,模型验证实验进一步验证了本文所建立的响应曲面法在复合絮凝剂制备工艺优化中的有效性。     

厌氧折流板式微生物燃料电池堆影响因素研究

微生物燃料电池(MFC)中输出电压/电流的提升,以及反应器体积的扩展放大是其工程化应用的关键。本文构建了一个总体积为6.4 L的新型厌氧折流板式微生物燃料电池堆(ABSMFC)。以葡萄糖作为底物,探讨了阳极材料、液面高程差和水力停留时间(HRT)等因素对ABSMFC性能的影响。结果表明,碳纤维毡作为阳极时,电池单体外电路平均分压(R_(ex)=1 000Ω)为210 mV,填充石墨颗粒后增加到319.8 mV。格室间存在液面高程差时,电池单体、串联和并联的功率密度分别为207.1、181.1和215.7 mW/m~2,当无液面高程差(即水力相连)时为205.8、69.5和151.5 mW/m~2。4个电池单体串联和并联连接时,HRT对ABSMFC的产电稳定性无影响,溶解性COD的去除率和库仑效率均随HRT的增加而升高,且并联效果优于串联。