沉积物中多环芳烃的生态风险评价法研究

评价沉积物中PAHs的生态风险对于保护整个生态系统具有重要意义,但迄今尚未建立统一的沉积物中PAHs的风险评价方法.因此,本研究以珠江广州段表层沉积物中PAHs含量为基础,综合运用相平衡分配法和物种敏感性分布法,并结合概率风险表征对沉积物中PAHs的生态风险进行评价.结果表明,沉积物中PAHs的生态风险大小主要取决于PAHs固液相分配过程.通过对不同评价结果的对比分析,总结出了一套沉积物中PAHs的生态风险评价方法.研究建议首先采用相平衡分配法将沉积相暴露浓度分布转化为孔隙水暴露浓度分布,再选择符合实际需求的水体污染物生态风险评价方法进行后续评价,其中毒性数据应优先选择慢性毒性数据.     

以苯酚为燃料的微生物燃料电池产电特性

选取城市污水处理厂的好氧和厌氧混合污泥作为接种液,构建了双极室微生物燃料电池(Microbial fuel cell, MFC),对以葡萄糖、葡萄糖和苯酚、苯酚为不同燃料的MFC进行了有机物降解和产能效果的研究.试验结果表明,以葡萄糖为单一燃料时MFC的启动时间最短,以苯酚为单一燃料时MFC启动时间最长.MFC在不同燃料来源条件下对苯酚去除率均大于85%,COD去除率超过80%.MFC的连续运行试验结果表明,在1000Ω外电阻条件下,以葡萄糖为单一燃料的MFC运行周期最长,可达400h,最大输出电压为551mV,功率密度为 121 mW·m-2(阳极);以葡萄糖和苯酚为混合燃料的MFC运行周期约200h,最大输出电压为208mV,功率密度为 16mW·m-2(阳极);而以苯酚为单一燃料的MFC运行周期仅约为100h,最大输出电压为121mV,功率密度为 6 mW·m-2(阳极).试验结果最终表明,MFC能够利用苯酚作为燃料,在实现高效降解的同时可稳定地向外输出电能,这为酚类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

1株产电假单胞菌（Pseudomonas sp.）RE7的分离及特性研究

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阳极微生物的种类和作用机制对MFC的产电性能有着重要的影响.从已稳定运行1 a的MFC的阳极室分离得到1株电化学活性革兰氏阴性细菌——菌株RE7,其16S rRNA基因序列与Pseudomonas aeruginosa strain CMG 587有99%同源性,属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.）.利用菌株RE7构建的MFC的稳定产电和循环伏安曲线测定结果都表明,菌株RE7具有较强的电化学活性,利用菌株RE7构建的MFC的最大输出电压为352 mV,相应的最大面积功率密度为69.2 mW/m²,体积最大功率密度为6.2 W/m³.由不同稀释比例的MFC排出液的产电效果比较可知,菌株RE7极有可能是通过自身分泌的氧化还原类物质进行电子传递.     

以吡啶和葡萄糖为燃料的MFC产电特性研究

不同类型的有机物对MFC的产电性能有不同的影响,通过构建填料型MFC,以吡啶和葡萄糖为混合燃料,以铁氰化钾为电子受体,对有机物在MFC中的降解以及产电性进行研究.结果表明,外阻为1 000Ω的条件下,MFC的最大输出电压随着葡萄糖浓度的降低而降低,当吡啶初始浓度为500 mg/L,葡萄糖浓度分别为500、250、100 mg/L时,运行周期逐渐缩短,分别为49.5、25.7、25.2 h;最大体积功率密度为48.5、36.2、15.2 W/m3,最高电压为623 mV.MFC可实现对吡啶的高效降解,24h内吡啶去除率高达95%,但葡萄糖的浓度对吡啶的降解速率影响不大;高浓度吡啶存在的条件下对MFC利用葡萄糖产电的性能影响不大.利用500 mg/L单一吡啶作为MFC的燃料时,无明显产电现象.MFC利用吡啶和葡萄糖作为混合燃料时,可以在实现吡啶降解的同时稳定地向外输出电能.     

外加营养源作用下微生物黏结剂对土壤团聚体的影响

通过室内培养实验研究了外加营养源条件下微生物黏结剂(真菌菌丝和微生物胞外多糖)对土壤稳定性的影响以及微生物在不同粒径团聚体中的分布.所加营养源分别为葡萄糖(以C计)和硝酸铵(以N计),实验周期为30 d.实验设计包括对照(0.5 mg.g-1)、CN5(0.5 mg.g-1,0.1 mg.g-1,C/N=5)、CN10(0.5 mg.g-1,0.05 mg.g-1,C/N=10)3个水平.结果表明,3个处理的土壤呼吸速率十分接近,最大值都在3.10 mg.(h.kg)-1左右,说明无机氮肥的施加短期内对葡萄糖的矿化作用不明显.除培养第5 d CK的大团聚体形成量(15.67%)显著低于CN5(25.32%)和CN10(24.63%)外,其余培养期间3个处理的团聚体含量总体无显著性差异,表明本实验中葡萄糖对微生物的影响较大,覆盖了施加无机氮的影响,从而导致团聚体含量之间差异不显著.     

不同阴极对微生物燃料电池产电性能的影响比较

阴极催化性能及材料对微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)的产电特性及制造成本有很大影响。本研究选用金属铂(Pt)、活性炭作为催化剂、聚四氟乙烯(PTFE)和道康宁1-2577作为阴极的扩散层、碳布和不锈钢网作为阴极的基体材料制备得4种阴极,分别考察了相应MFC的产电性能和阴极特性。结果表明,采用传统Pt催化剂+PTFE扩散层+碳布制备成的阴极(Pt-PTC),MFC的最大输出电压为560 mV,最大功率密度为808 mW/m2,而采用活性炭+道康宁1-2577+不锈钢网制备成的阴极(AC-DCS),MFC的最大输出电压为510 mV,最大功率密度为726 mW/m2,两者的MFC产电性能极为接近。SEM结果表明,活性炭催化层表面和道康宁1-2577扩散层分别比Pt催化层及PTFE扩散层的更均匀光滑。阴极线性伏安测定结果表明,AC-DCS与Pt-PTC的电化学氧化性能较为接近。AC-DCS阴极成本仅为Pt-PTC的1/300左右,是一种低成本扩大化生产MFC阴极的新方法。     

混菌接种条件下微生物燃料电池芯片的产电特性研究

微生物燃料电池(MFC)芯片因具有体积小、运行条件温和、产电稳定等优点而有可能成为一种新型的野外水环境监测系统中传感器供能方式.但目前采用纯菌种及贵重金属阳极构建的MFC芯片,不仅成本较高且纯菌种在复杂环境条件下不易存活和保持稳定.因此,本文通过采用混合菌群接种,以活性炭为阳极,构建了阳极体积为50μL的MFC芯片,发现其稳定运行最大输出电流为3.5μA,平均运行周期为8.0 h,最大输出功率约为160 nW,最大功率密度为10.2 mW·m-2.EIS分析结果表明,MFC芯片的总内阻约为35.6 kΩ,其中,阴阳极内阻占主要部分.本研究制备的MFC芯片产电性能达到了同类采用纯菌株及Au作阳极的MFC芯片的性能,表明采用低成本材料为阳极,接种混合菌液的MFC芯片是完全可行的.     

沉积物中多环芳烃对反硝化功能基因垂直分布的影响

研究了沉积物中PAHs对特定反硝化功能基因垂直分布的影响,以建立反硝化条件下PAHs和各阶段反硝化反应之间的关系.2011年3月,对珠江广州河段珠江大桥、黄沙码头和二沙岛三处具有代表性的区域沉积物进行采集,对沉积物PAHs污染和特定反硝化功能基因(narG、nirS、nosZ和nrfA)的垂直分布特征进行了研究,并通过多变量技术建立了反硝化条件下PAHs和特定反硝化功能基因之间的关系.典范对应分析(CCA)表明,硝酸盐异化还原反应和高环PAHs之间联系密切.PAHs对nosZ编码基因影响最为明显,即对反硝化作用氧化亚氮还原阶段抑制作用最强.除氧化亚氮还原阶段外,其他各阶段反硝化细菌普遍体现出对高环PAHs的适应性,特别是含有异化亚硝酸盐还原酶编码基因(nrfA)的微生物可能具有潜在的高环PAHs厌氧降解能力.亚硝态氮还原酶编码基因(nirS)表现出特异性,需要进一步深入研究.     

盐度对MFC产电及其微生物群落的影响

本文研究了模拟废水中不同盐度对微生物燃料电池(Microbial fuel cell, MFC)性能的影响.当向MFC中依次添加0,20,40,60,70g/L NaCl时,MFC的最大输出电压从660mV下降到130mV,库仑效率也从67%下降到4%.如果向MFC中直接添加40g/L和70g/L NaCl并运行两个周期后,MFC无电能输出,然而,停止添加NaCl(盐度解除)后MFC产电性能能够在60h内恢复.此外,当盐度高于40g/L NaCl时,阳极微生物群落发生明显的变化.研究结果可为MFC或其他生物反应器处理盐度废水提供一定的依据.     

以吲哚为燃料的微生物燃料电池降解和产电特性

以铁氰化钾为电子受体,在两极阴阳室内使用碳毛刷纤维为电极材料构建了循环式微生物燃料电池(MFC),研究了以吲哚为单一燃料和吲哚+葡萄糖为混合燃料条件下MFC的产电特性以及对吲哚和COD的去除效果.结果表明,以1000mg/L葡萄糖+250mg/L吲哚为混合燃料时,MFC的最高电压和最大功率密度分别为660mV和51.2W/m3(阳极),MFC运行10h对吲哚和COD的去除率分别为100%和89.5%;分别以250,500mg/L吲哚为单一燃料时,MFC的平均最高电压分别为115,118mV,最大功率密度分别为2.1,2.3W/m3(阳极).在MFC中,250,500mg/L吲哚被完全降解的时间分别为6,30h.MFC能够利用吲哚为燃料,在实现高效降解吲哚的同时对外产生电能,可用于处理含有毒且难降解有机物的焦化工业废水.