富营养化淡水中黑色金属试样腐蚀加速的微生物学机制研究

目的探究黑色金属在污染淡水中后期腐蚀加速规律的生物学机制。方法采用高通量测序分析A3钢在富营养化水体和清洁水体中腐蚀产物内微生物的种群结构,并结合元素分析和XPS分析。结果获得了A3钢的腐蚀产物内微生物的门水平物种分布柱状图、OTU估计数统计表、OTU韦恩图、硫酸盐还原菌各属的相对丰度、微生物属水平热图等数据。结论在富营养化水体中,硫酸盐还原菌呈现更显著的水平,造成金属的硫化腐蚀更为严重,验证了黑色金属在富营养化污染淡水水体中后期腐蚀速率反转加速的现象。     

纸板碳化电极提高生物电化学系统产电效率微生物机理研究

采用Solexa高通量测序技术和蛋白定量方法,分析了碳化纤维素纸板制备的层状波纹碳(LCC)电极与石墨板(GP)电极在生物电化学系统运行过程形成的生物膜微生物群落结构和生物量差异.结果表明,LCC电极良好的生物电化学性能不仅取决于其良好的导电性能,还与其表面生物膜微生物群落结构有关;LCC电极表面生物膜微生物量高,且对产电微生物的富集效果好.LCC电极与GP电极表面生物膜分别得到16S rRNA基因V3区优化序列12643条和12837条,经97%相似度归并后获得的OTUs数量分别为2786和3130;α多样性分析显示,GP电极生物膜微生物多样性相对更丰富.Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes在两种电极生物膜中含量最为丰富,这3个门细菌序列数分别占总序列数的76%(LCC)和85%(GP).在属分类水平上,LCC电极生物膜由383个属的细菌构成,而GP电极生物膜则有456个属.深入分析电极生物膜微生物群落结构有助于进一步认识LCC电极提高生物电化学系统产电效率的机理.     

重庆市主城区大气细颗粒物污染特征与来源解析

重庆市主城区大气细颗粒物(PM_(2.5))浓度从1990s的100μg·m~(-3)下降至当前的约70μg·m~(-3),但仍高于环境标准限值.为探讨重庆市主城区PM_(2.5)化学组成与来源特征,于2012—2013年在渝北区大气超级站利用四通道采样仪连续采集了颗粒物样品,分析了其中水溶性离子、碳质组分和无机元素含量.采样期间,重庆市主城区大气PM_(10)和PM_(2.5)的年日均浓度分别为103.9和75.3μg·m~(-3),扩散条件不利的冬季,细颗粒物污染较为严重.受静稳天气影响的1月和2月,受沙尘影响的3月,及二次转化显著的6月是重庆市细颗粒物污染较重的月份.重庆市PM_(2.5)组成以有机物(OM,30.8%)为主,其次为硫酸盐(SO_4~(2-),23.0%)、硝酸盐(NO_3~-,11.7%)、铵盐(NH_4~+,10.9%)、地壳物质(Soil,8.2%)、元素碳(EC,5.2%)、K~+(1.1%)、Cl~-(1.0%)和微量元素(Trace,0.6%).较高的SO_4~(2-)浓度和逐步上升的[NO_3~-]/[SO_4~(2-)]比值反映了重庆市燃煤污染较重,同时机动车污染比例逐步增加.采用主因子分析/绝对主因子得分法解析了重庆城区细颗粒物5类主要来源是:二次粒子(41.7%)、燃煤(15.6%)、建筑/道路尘(12.4%)、土壤尘(11.0%)和工业尘(10.4%),通过各污染源季节变化及与其他结果对比,该源解析结果能够较可靠反映重庆市细颗粒物的来源信息.     

凹凸棒石的表面修饰及对水中Cr（Ⅵ）吸附动力学和热力学的研究

以壳聚糖为生物质碳源,采用一步水热碳化法对凹凸棒石表面进行有机修饰,并采用扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、元素分析(EA)、X光电子能谱(XPS)、Zeta电势分析、热重分析(TGA)等对改性凹凸棒石进行表征分析.同时,通过静态吸附实验,研究了改性凹凸棒石对Cr(Ⅵ)吸附去除的性能,考察了温度对吸附性能的影响,探讨了吸附动力学和热力学规律.结果表明,改性凹凸棒石表面富含含氧基团和氨基等活性基团;对总铬的吸附行为符合准二级动力学方程;表观吸附活化能为13.4 k J·mol~(-1),表明既有静电吸附,也有配位吸附,且以静电吸附为主;对总铬的吸附等温线符合Langmuir方程.在温度为298、308、318和328 K时,最大吸附量分别为203.3、232.6、267.4和322.6 mg·g~(-1),说明改性凹凸棒石是一种新型环保高性能的除铬材料.在研究的温度范围内,ΔH~0为19.8 k J·mol~(-1),ΔG~0为-19.5~-23.7 k J·mol~(-1),ΔS~0为72.1~131.8 J·mol~(-1)·K~(-1),表明该吸附是一吸热的、自发的、熵增过程.     

膨胀污泥中丝状菌的分离鉴定与特性分析

为了阐明膨胀污泥中的丝状菌种类和特性,利用培养法、显微镜检和分子生物学分析技术从城市污水处理厂的膨胀污泥中分离鉴定丝状菌,并对典型丝状菌进行特性分析.利用高氏一号培养基和淀粉培养基分离出的丝状菌可归入18个属,其中链霉菌属(Streptomyce)、细杆菌属(Microbacterium)属于放线菌门,其余均属于真菌.青霉菌属(Penicillium)、枝孢菌属(Cladosporium)、链格孢属(Alternaria)、曲霉菌属(Aspergillus)、毛孢子菌属(Trichosporon)在培养基上的出现频次较高.毛孢子菌、链霉菌、青霉菌和链格孢菌都能在pH中性或偏酸性条件下良好生长.高浓度的Na Cl能够抑制毛孢子菌和链霉菌,但对青霉菌和链格孢菌的抑制作用不明显.除毛孢子菌外,链霉菌、青霉菌和链格孢菌都可有效地利用蔗糖、淀粉和纤维素,碳源浓度增加会促进它们的生长.r DNA-ITS区高通量测序结果表明膨胀污泥中存在大量未知真菌.     

厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.     

石油降解菌的分离鉴定及4株芽胞杆菌种间效应

通过富集培养和分离纯化的方法,从天津大港油田石油污染土壤和渤海海上钻井平台洗油污水中分离出6株石油降解细菌,生理生化试验及16S r DNA序列分析鉴定表明,它们分别属于Bacillus芽胞杆菌属(S1、S2、S3、S4)、Pseudomonas假单胞菌属(W1)和Ochrobactrum苍白杆菌属(W2),其中,S3具有最高的烷烃(41.3%)和芳烃(30.9%)降解率,从石油污染场地中筛选出的内源微生物对本油田石油的降解效果优于外源物种.对4株芽胞杆菌属菌株构建微生物组进行石油降解实验,结果表明,由S1和S4构成的微生物组F3具有最高的烷烃(50.5%)和芳烃(54.0%)降解率,比单菌降解率分别提高了69.9%和156.1%,同时比最优降解单菌S3的降解率分别高出22.1%和74.6%,而由S2和S3构成的微生物组F4对烷烃和芳烃的降解率最低,分别为18.5%和18.9%,比单菌降解率降低了55.3%和39.0%,实验表明同菌属微生物种间对石油的降解同时存在协同促进和拮抗抑制作用,芽胞杆菌属内亲缘性近的菌株之间对石油降解主要表现为促进作用.     

缙云山土地利用方式对土壤轻组及颗粒态有机碳氮的影响

选取缙云山阳坡同一海拔处亚热带常绿阔叶林(以下简称林地)、果园、坡耕地和撂荒地这4种不同土地利用类型,在0~60 cm深度内每隔10 cm采集一个土样,测定土壤轻组有机碳氮(LFOC、LFON)和颗粒态有机碳氮(POC、PON)含量,并计算其分配比例和碳氮比.结果表明,在0~60 cm土壤深度范围内,林地转变为坡耕地后,LFOC及LFON含量分别降低了71.42%和38.46%(P0.05),转变为果园后变化不明显,坡耕地撂荒后其含量分别升高了3.77倍和1.38倍(P0.05);林地转变为坡耕地或果园后,POC及PON含量均无明显变化,而坡耕地撂荒后其含量分别增加了4.12和1.25倍(P0.05).林地转变为坡耕地后土壤LFOC及LFON分配比例显著降低,转变为果园后则明显升高,而POC及PON分配比例变化均不明显;坡耕地撂荒后,LFOC、LFON、POC、PON分配比例均显著增加.土壤SOC/TN为撂荒地(12.93)林地(8.53)果园(7.52)坡耕地(4.40),LFOC/LFON为撂荒地(16.32)林地(14.29)果园(11.32)坡耕地(7.60),POC/PON为撂荒地(23.41)坡耕地(13.85)林地(10.30)果园(9.64).以上研究结果表明林地开垦为果园或坡耕地后容易导致土壤轻组有机碳氮的损失,而坡耕地撂荒则有利于土壤活性有机碳氮的积累;林地转变为坡耕地减弱了土壤有机碳氮的活性,而林地转变为果园以及坡耕地撂荒均使土壤有机碳氮活性增强;林地转变为坡耕地和果园加剧了土壤有机质的矿化,相对而言,坡耕地撂荒后有利于土壤有机质的固定.     

模拟气候升温对湿地土壤微生物群落及磷素形态的影响

通过构建微宇宙湿地柱模拟气候升温的方法,采用高通量测序和核磁共振技术,分别研究了湿地土壤微生物群落和磷素形态对暖化作用的响应特征.结果表明,暖化作用导致了Firmicutes、Clostridia、Clostridiales、Clostridiaceae和Clostridium的相对丰度分别显著下降65%~98%、69%~87%、67%~87%、73%~97%和74%~93%,这表明暖化作用对不同分类水平上的物种Firmicutes到Clostridium具有显著的抑制效应.通过主坐标分析和聚类分析,不同湿地柱采样点的暖化组与对照组样本表现出显著的分离特征,揭示了暖化作用能够诱导微生物群落组成发生显著性变化.磷酸单酯和正磷酸盐是各湿地柱土壤主导的磷素形态,同时暖化作用导致了XX湿地柱采样点的磷酸单酯和正磷酸盐相对丰度分别显著升高275%和下降20%,JH湿地柱采样点的磷酸单酯和多聚磷酸盐相对丰度分别显著升高85%和下降49%,这表明不同磷素形态对暖化作用的响应具有土壤异质性特征.通过典型对应分析,揭示了暖化条件下微生物群落组成的显著变化对磷素形态具有显著的影响效应.     

O池溶解氧水平对石化废水A/O工艺污染物去除效果和污泥微生物群落的影响

以实际石化废水为处理对象,研究溶解氧浓度对A/O反应器生物降解特性的影响.A、B两组反应器平行运行以进行对比,O段的溶解氧浓度分别控制在2~3 mg·L-1和5~6 mg·L-1.反应器稳定运行近半年的结果表明:在HRT为20 h时,A组反应器出水的COD(72.5 mg·L-1±14.8 mg·L-1)略高于B组(68.7 mg·L-1±14.6 mg·L-1),COD平均去除率分别为67.0%和68.8%;出水氨氮的平均浓度和去除率为0.8 mg·L-1和95%左右.出水的BOD5均低于5 mg·L-1.表明A/O反应器对有机物的生物降解比较彻底,溶解氧浓度对其没有显著影响.对O段污泥进行454高通量测序结果表明:变形菌门、浮霉菌门和拟杆菌门细菌所占比例较高,在A、B组反应器中的比例分别为58.7%和59.2%、14.7%和12.7%以及10.8%和12.4%.高溶解氧运行的反应器B具有较高的菌群丰度和多样性,氨氧化菌Nitrosomonas、亚硝酸氧化菌Nitrospira和专性好氧菌如Planctomyces的比例较高.厌氧反硝化菌如Azospira和Acidovora在反应器A中的含量较高.在属的水平,鉴定出的Novosphingobium、Comamonas、Sphingobium和Altererythrobacter属细菌具有降解多环芳烃、氯代硝基苯、农药和石油化合物的功能,有利于石化废水的降解.