胞外聚合物合成与应用研究概况

介绍了胞外聚合物絮凝剂研究与发展概况;讨论胞外聚合物絮凝剂的结构、性能及作用机理;重点介绍了胞外聚合物絮凝剂产出、絮凝条件以及应用的研究;胞外聚合物絮凝剂研究的发展趋势。     

生物膜与A／O工艺耦合快速降解氨氮

应用由城市污水处理厂序批式间歇反应器（SBR）中筛选得到的4株特殊氨氧化菌，分别在SBR和有回流的生物膜与A／O工艺耦合体系培养中，考察其降解低碳高氨氮废水的功能。结果表明，自养硝化与异养氨氧化菌的混合菌群较单一自养硝化菌株降解氨氮速率快；在生物膜与A／O工艺耦合系统中，自养硝化与异养氨氧化菌协同代谢加速氨氮氧化脱除，氨氮脱除速率远比SBR系统快。对生物膜与A／O工艺耦合系统中氨氮脱除动力学进行了研究，模拟了NH4^＋、NO2^-；质量浓度与氨氮脱除比速率之间的关系，模型得到了较好的验证。     

Effects of TiO2 nanoparticles on the aquatic plant Spirodela polyrrhiza: Evaluation of growth parameters, pigment contents and antioxidant enzyme activities

Plants are essential components of all ecosystems and play a critical role in environmental fate of nanoparticles. However, the toxicological impacts of nanoparticles on plants are not well documented. Titanium dioxide nanoparticles (TiO₂-NPs) are produced worldwide in large quantities for a wide range of purposes. In the present study, the uptake of TiO₂-NPs by the aquatic plant Spirodela polyrrhiza and the consequent effects on the plant were evaluated. Initially, structural and morphological characteristics of the used TiO₂-NPs were determined using XRD, SEM, TEM and BET techniques. As a result, an anatase structure with the average crystalline size of 8nm was confirmed for the synthesized TiO₂-NPs. Subsequently, entrance of TiO₂-NP_S to plant roots was verified by fluorescence microscopic images. Activity of a number of antioxidant enzymes, as well as, changes in growth parameters and photosynthetic pigment contents as physiological indices were assessed to investigate the effects of TiO₂-NPs on S. polyrrhiza. The increasing concentration of TiO₂-NPs led to the significant decrease in all of the growth parameters and changes in antioxidant enzyme activities. The activity of superoxide dismutase enhanced significantly by the increasing concentration of TiO₂-NPs. Enhancement of superoxide dismutase activity could be explained as promoting antioxidant system to scavenging the reactive oxygen species. In contrast, the activity of peroxidase was notably decreased in the treated plants. Reduced peroxidase activity could be attributed to either direct effect of these particles on the molecular structure of the enzyme or plant defense system damage due to reactive oxygen species.     

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

两株重金属抗性细菌对铅镉吸附特性的比较研究

针对目前重金属水污染现状,为探究微生物法修复重金属水污染机制,本试验以抗重金属革兰氏阴性菌Rhizobium sp.W33与革兰氏阳性菌Bacillus sp.H3为供试菌株,对不同重金属(Pb、Cd)浓度及pH条件下的菌株生长状况进行测定;比较不同状态细胞(Growing、Grown、Dead)的吸附能力;利用FTIR初步分析吸附相关官能团.结果表明:两株菌对Pb抗性较强,对Cd抗性相对较弱,最适生长pH均在6~7范围内;不同状态细胞的吸附能力大小为:GrownDeadGrowing;随着重金属浓度的升高,Rhizobium sp.W33与Bacillus sp.H3的吸附容量逐渐增大,且对铅镉的吸附主要以胞外吸附为主,对铅有一定的胞内积累能力;FTIR分析显示菌株吸附过程中主要是—OH、—NH、—CO、—CH2官能团在生物吸附过程中发挥作用.Rhizobium sp.W33与Bacillus sp.H3表面官能团特性及整体吸附能力存在明显差异.     

溶菌酶和硫酸铝联用优化污泥脱水性能的研究

以污泥沉降体积、污泥比阻和污泥泥饼含水率为指标,考察了溶菌酶和硫酸铝联用时加药方式和加药剂量对活性污泥沉降性能及脱水性能的影响。结果表明,先投加溶菌酶后投加硫酸铝时污泥的脱水性能更佳,硫酸铝和溶菌酶的最佳投加量均为0.10 g/g TS(总固体),此时,污泥泥饼含水率和污泥比阻分别可达71.84%和0.68×1012m/kg,相比于硫酸铝单独调理分别降低了约5%和0.23×1012m/kg。污泥胞外聚合物(EPS)含量分析表明,溶菌酶和硫酸铝联用时显著降低了污泥中LB-EPS(松散附着性EPS)含量,在最佳投量下可将原污泥的LB-EPS中的蛋白质和多糖依次从(13.44±2.11)mg/L和(23.97±3.44)mg/L降至(1.72±0.32)mg/L和(8.69±0.15)mg/L,表明联合处理使得EPS中的水分得到释放,提高了脱水性能。     

白腐真菌组合培养提高漆酶酶活的作用机制研究

采用白腐真菌组合培养的方式提高漆酶酶活,并对组合后菌株相互作用机制进行了研究.菌株55(Trametes trogii)和菌株m-6(Trametes versicolor)组合后漆酶酶活较菌株55和m-6分别提高了24.13倍和4.07倍;组合后菌株间不存在抑制作用;平板培养时,两菌株菌丝生长止于菌丝交界处,该处漆酶酶活最高并分泌褐色色素;液体培养时,菌株m-6对组合后漆酶酶活的提高起着更为重要的作用:向菌株55的培养物中添加菌块m-6,其酶活比向菌株m-6培养物中添加菌块55时的酶活高7.03倍,并且菌株m-6胞外物对菌株55的漆酶分泌也有明显的刺激作用,其中加入20 mL过滤灭菌胞外物可使菌株55漆酶酶活提高6.79倍,而且胞外物高温灭菌后仍能刺激菌株55的漆酶分泌,加入20mL后酶活比对照高4.60倍;Native-PAGE活性染色结果表明组合后同工酶种类未发生变化,但有3种同工酶的浓度升高.     

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.     

Ⅰ Ⅱ-ASBR中厌氧颗粒污泥的微生物组成及特性

在35℃下以奶粉人工合成废水为底物连续运行了两段厌氧反应器(ⅠⅡ-ASBR),且于ⅠⅡ两柱中形成了两种不同的厌氧颗粒污泥,为了解厌氧颗粒污泥的微生态结构及生物学特性,对ⅠⅡ两柱中厌氧颗粒污泥的形态及微生物组成进行扫描电镜观察,并测定了其不同基质中的比产甲烷活性、辅酶F420和胞外多聚物的含量。结果表明:ⅠⅡ-ASBR反应器ⅠⅡ两柱中厌氧颗粒污泥形态及微生物组成差异明显,Ⅰ柱的厌氧颗粒污泥大而密实,Ⅱ柱的较小,呈多孔的网状结构,Ⅰ柱中厌氧颗粒污泥以甲烷八叠球菌、球菌及短杆菌为主,丝状菌较少,Ⅱ柱则以丝状菌、短杆菌为主,球菌较少;Ⅰ柱颗粒污泥利用葡萄糖、甲酸、丙酸的产甲烷活性较高,利用乙酸的活性相对较低,Ⅱ柱颗粒污泥利用葡萄糖、乙酸的产甲烷活性较高,而利用甲酸、丙酸的产甲烷活性较低;辅酶F420的含量Ⅱ柱比Ⅰ柱明显要高,而胞外多聚物含量Ⅰ柱比Ⅱ柱的高。     

曝气量对SBAR中好氧颗粒污泥特性的影响

采用SBAR反应器对比研究了颗粒化后表观气速为1.8 cm·s-1和0.9cm·s-1时对成熟好氧颗粒污泥形态结构、粒径、强度等物理特性和硝化性能以及胞外聚合物代谢的影响.结果表明,颗粒化后降低曝气量增加颗粒形态不规则程度,空隙增大;55d试验中,与高曝气量下相比,降低曝气量使表观污泥产率提高33%,颗粒粒径平均增长速率提高25%,相对颗粒强度降低6%, EP5含量平均降低12%.两反应器颗粒污泥SVI值均在10～15 mL·g-1,沉降性能良好,且均具有良好硝化性能和降解COD能力.与高曝气量下相比,低曝气量下硝化菌群活性低,而异养菌活性高.