固定化微生物技术修复重金属污染土壤的研究进展

土壤修复产业在推进双碳行动、提高土壤碳汇能力上有着举足轻重的地位，而重金属污染具有的隐蔽性、持久性和不可逆性使得我国土壤重金属污染持续积累，影响了双碳目标的实现。固定化微生物技术作为生物修复法的一种，既可以减少传统的物理法、化学法在修复过程中产生的能源消耗和二次污染，又可以提高微生物密度、维持微生物活性，因此在修复重金属污染土壤方面具有广阔的发展前景。本文从固定方法、载体种类、微生物种类3个角度介绍了固定化微生物技术的分类，总结了该技术修复重金属污染的机理。根据不同的应用场景选择适配的载体和微生物可以达到事半功倍的效果。本综述汇总了固定化微生物技术在近五年内的研究发展现状，研究表明该技术可以有效修复重金属污染土壤，新型载体和新型微生物可以满足多种应用需求，还可以与植物修复技术联用以达到更加绿色低碳的修复效果。考虑到该技术未来的发展潜力，提出了固定化微生物技术的发展方向，旨在为固定化微生物技术修复重金属污染土壤的发展提供参考。     

硝酸辅助超声作用强化污泥中Cd和As的沥出

利用硝酸辅助超声强化污泥中Cd、As沥出实现污泥的农用.研究结果表明,在1.6 W·mL~(-1)超声30 min条件下,污泥中Cd的溶出率高达53.72%;在1.2 W·mL~(-1)超声30 min条件下,污泥中As的溶出率高达58.63%,污泥中镉和砷的含量由6.80 mg·kg~(-1)、91.13 mg·kg~(-1)分别降低至4.61 mg·kg~(-1)和54.66 mg·kg~(-1).在0.04 mol·L~(-1)硝酸辅助下,污泥中Cd和As的含量进一步降至4.25 mg·kg~(-1)和48.16 mg·kg~(-1),完全满足我国农用污泥中污染物控制标准要求(Cd≤5 mg·kg~(-1),As≤75 mg·kg~(-1)).硝酸辅助低频超声处理后,污泥中交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态镉和砷含量明显下降,有机物结合态和残渣态镉和砷含量显著升高.结果表明,硝酸辅助低频超声可以使污泥中镉和砷高效沥出,实现污泥安全农用.     

原生质体紫外诱变提高简青霉的木质素降解性能

以简青霉Penicillium simplicissimum (Oudem.) Thom BGA为出发菌株,对其进行原生质体紫外诱变.经过筛选获得2株诱变菌株(J12与J18),它们的木质素降解酶酶活要明显高于出发菌株J.其中诱变菌株J12产生的漆酶和锰过氧化物酶酶活较高,相对于出发菌株J分别提高了145%和47%,达到44.0,50.9 U/g.诱变菌株J18产生的木质素过氧化物酶酶活较高,达到67.1 U/g,相对于出发菌株J提高了40%.且木质素降解率也最高,相对于出发菌株J分别提高了198.1%.经过7次传代, J12和J18的木质素降解酶活性保持稳定,没有降低.     

污泥为燃料的微生物燃料电池运行特性研究

实验采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),考察了运行特性对污泥为燃料的MFC(SMFC)的影响.研究表明,相对于未搅拌情况,搅拌时SMFC最大输出功率由45.94mW/m2分别增加到124.03mW/m2(1300r/min)和136.5mW/m2(2600 r/min),主要是由于搅拌有利于改善SMFC内物质的传递. 温度对SMFC的产电特性影响较明显,但在一定区间内(如20~25℃;30~40℃;45~50℃)变化不明显,说明产电微生物有一定的温度适应范围,这也可能是在不同温度下产电微生物不同导致.相对于采用未经处理的剩余污泥为燃料,微波处理后的污泥和微波处理过滤后的上清液做燃料时SMFC输出功率迅速增加,这主要是由于污泥中的微生物竞争作用引起.阴极面积的增加有利于降低阴极电势,降低SMFC内阻,从而促进功率密度的增加.     

单级好氧生物除磷工艺处理生活污水

采用SBR单级好氧生物除磷工艺处理生活污水,检验该工艺处理实际污水的可行性和稳定性,并与传统厌氧/好氧工艺进行比较.结果表明,当进水磷浓度为2~10mg/L时,SBR单级好氧生物除磷工艺能高效去除污水中的磷,经过长期运行去除效果稳定,去除率保持在90%以上,最高可达98.6%.该工艺对污水中的氨氮、TN、COD等污染物也具有良好的去除效果,平均去除率分别在92%、87%、90%以上,并可实现同步脱氮除磷.SBR单级好氧生物除磷工艺无厌氧段实现强化生物除磷,与传统厌氧/好氧工艺相比,除磷能力相当,但运行成本较低,经济性优势明显.     

基于支持向量机的湖泊生态系统健康评价研究

利用支持向量机在处理分类问题、小样本问题和泛化推广方面的优势,构建了基于支持向量机的湖泊生态系统健康评价模型.同时,对广州市最大的人工湖——白云湖的水质及生物群落情况进行了监测,最后运用该模型对白云湖生态系统健康状况进行了评价.评价结果表明,白云湖生态系统处于病态状态,不能达到其净化水质的设计作用.建议从提高进水水质、实施湖区截污和丰富生物量3方面改善白云湖生态系统健康水平.与传统熵权综合健康指数法和熵权模糊综合评价法相比,所建模型更加客观、科学地评价了湖泊生态系统健康状况,能够为湖泊生态系统健康管理提供一定依据,具有广阔的应用前景.     

基于BDPs的多级土壤渗滤系统处理受污染河水的试验研究

针对受污染的流入滇池的河流河水,采用具有曝气段和缺氧段的两段式多级土壤渗滤(multi-soil-layering,MSL)系统,开展了在缺氧段添加非水溶性可生物降解多聚物(BDPs)材料PBS颗粒的强化脱氮除磷研究.结果表明,添加PBS碳源可有效解决传统MSL系统因碳源不足而导致的脱氮效果不理想的问题.在河水污染较轻及较重两种情况下,系统对TN的平均去除率分别达到78%、85%,平均单位表面去除负荷分别为9.09g·m-·2d-1、24.55g·m-·2d-1;TP平均去除率分别达到92%、98%,平均单位表面去除负荷分别为0.76g·m-·2d-1、2.02g·m-·2d-1.此外,系统对COD的平均去除率可达到75%以上.     

农业废物好氧堆肥中氨氧化细菌的群落结构

应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术对农业废物好氧堆肥过程中氨氧化细菌（ammonia-oxidizingbacteria,AOB）种群结构随时间的变化情况进行了研究,结果表明,AOB群落的Shannon-Weaver指数初始值为2.58,堆肥结束时为2.02,多样性整体呈下降趋势.通过对部分优...     

pH值对SBR单级好氧生物除磷的影响

在2个序批式反应器(R1、R2)中,以合成废水为对象,研究了不同pH值(R1:pH8±0.2;R2:pH7±0.2)对单级好氧生物除磷的影响;并通过比较周期中主要储能物质的变化,探讨了产生不同除磷效果的原因.结果表明,R1与R2均具有较高除磷性能,R1与R2中的平均去除率分别为94.9%,83.5%,pH值对SBR单级好氧生物除磷有一定的影响.导致R1具有较高除磷性能的原因是其对聚磷的依赖程度更大.好氧段R1糖原积累量低于R2(R1为1.42mmol/g,R2为1.55mmol/g),但降解量却高于R2(分别为1.41,1.19mmol/g);静置期,R1中糖原无明显变化,R2中则观察到明显的糖原降解.R1与R2均有明显的释磷现象,R1释磷量高于R2(释磷量分别为9.65,7.33mg/L).整个周期中,R1中PHA无明显变化,而R2中则在好氧段有少量减少,静置期有少量上升.     

PASP、PAA与PBTCA阻垢性能的对比实验研究

采用静态阻垢法研究了聚天冬氨酸(PASP)、聚丙烯酸(PAA)和2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能,并用旋转挂片法研究了3种阻垢剂作用下湿法石灰脱硫浆液系统的结垢规律.研究发现:随着阻垢剂浓度的增加,3种阻垢剂都表现出溶限效应;相同实验条件下,3种阻垢剂对碳酸钙的静态阻垢性能表现为PBTCAPAAPASP;对中性和碱性环境,pH对阻垢剂阻硫酸钙垢的性能影响较小;随着温度的升高和反应时间的延长,3种阻垢剂阻硫酸钙的阻垢率先增大后减小;对湿法石灰脱硫浆液系统,3种阻垢剂作用下,单位面积挂片上的结垢量均是随着阻垢剂质量浓度的增大先增大后减小,在浓度达到30mg/L时,挂片上的结垢量都很小.