微塑料与有机污染物的相互作用研究进展

微塑料(粒径小于5 mm的塑料)作为海洋中一种新型的污染物正受到越来越多的关注。微塑料在全球多个海域均有检出,根据其来源分为原生微塑料和次生微塑料。原生微塑料由人工直接制造所得,常见于日常生活用品中;次生微塑料由大块塑料制品长期风化、磨损和光解形成。塑料自身含有多种有机添加剂,不断向环境中释放,污染海洋环境;微塑料表面还可吸附有机污染物,此吸附作用受两者的物理化学性质和环境条件影响,吸附污染物后的微塑料生物毒性增强。另外,聚合物复合光催化材料可加快有机污染物如染料的光降解反应速率,因而微塑料可能会促进有机污染物的光解。针对目前微塑料对有机物光降解的贡献、机理鲜见研究的问题,未来应加强以下3方面的研究:(1)微塑料对不同有机污染物光降解是否存在影响?(2)微塑料类型、尺寸以及反应条件对有机污染物光降解如何影响?(3)微塑料对有机污染物光降解影响的内在机制是什么?     

绿藻胞外聚合物对无机砷生物累积特征的影响

绿藻对无机污染物的净化作用受其自分泌胞外聚合物EPS影响.以EPS释放量高的蛋白核小球藻为绿藻代表,通过24 h短期As(Ⅲ)和As(V)的模拟水体暴露实验,研究绿藻对无机砷的生物累积特征及EPS影响.结果表明,在0—40 mg·L~(-1) As(Ⅲ)和As(V)暴露浓度范围,蛋白核小球藻细胞内的砷累积速率随暴露浓度的增加而升高,其动力学拟合结果符合Michaelis-Menten酶促反应动力学方程. EPS与无机砷存在界面相互作用影响,无机砷暴露浓度升高可促进小球藻EPS分泌, EPS与砷累积速率之间呈现正相关线性关系(R~2 0.900),主要影响成分是溶解态EPS.完整藻细胞与脱除胞外聚合物的活体细胞相比, As(Ⅲ)、As(V)暴露的最大吸附累积量分别增加30.6%和14.2%,而最大胞内累积量降低49.0%和31.0%. EPS与无机砷的微界面交互作用影响绿藻对砷污染的净化修复.     

盐度对模拟餐厨垃圾发酵液产聚羟基脂肪酸酯工艺的影响

利用餐厨垃圾发酵液生产聚羟基脂肪酸酯(PHA)可以在废物处理的同时实现有价资源回收。为探究发酵液中盐分对产PHA菌群富集过程的影响,以模拟餐厨垃圾发酵液为底物,研究了盐度存在下污泥理化性质、富集过程主要指标及菌群PHA合成能力等变化。结果表明,未经盐度富集的菌群易受到盐度抑制,在15 g·L~(-1)的盐度条件下,污泥PHA最大合成量可降至39.9%。富集过程中盐度的增加有利于污泥沉降性的提升,低盐度(5 g·L~(-1))下菌群分泌胞外聚合物量最多,达49.8 mg·g~(-1)(以VSS计),对菌群保护能力最强。不同盐度条件下的富集系统皆能保持较好的生态选择压力,但盐度对微生物生长的抑制随着浓度的增大而增强。经过盐度存在下长期富集后的污泥,在高盐度(10、15 g·L~(-1))底物条件下,仍能获得较高的PHA最大合成能力,但其较低的生长活性不利于最终PHA产量的提升,短期富集下,高盐度会抑制PHA的合成;而低盐度(5 g·L~(-1))有助于提高PHA合成能力,最高达50.5%。     

电子受体类型对聚磷污泥胞外聚合物的影响研究

采用3种电子受体(硝氮、亚硝氮、氧),在SBR反应器中分别驯化了具有稳定除磷能力的聚磷污泥。对比研究了不同聚磷污泥胞外聚合物(EPS)的组分与含量,结合三维荧光光谱对EPS中有机物质进行分析。研究表明,以硝氮、亚硝氮为电子受体的聚磷污泥EPS平均浓度较为接近,分别为115.6mg/gVSS、133.5 mg/gVSS,由厌氧段至缺氧段,EPS总浓度有所下降。以氧为电子受体聚磷污泥的EPS平均浓度相对较高,为194.5 mg/gVSS,由厌氧段至好氧段,EPS总浓度略有升高。不同聚磷污泥的EPS组分均以胞外蛋白为主,占EPS总量的53%~65%,多糖与核酸占EPS总量28%~34%、5%~7%。三维荧光光谱显示3种聚磷污泥EPS均具有芳香结构蛋白质、可溶性代谢物的荧光峰,另外,以硝氮为电子受体的聚磷污泥还具有明显的腐殖酸类物质的荧光峰。研究结果表明电子受体对聚磷污泥EPS的组分、浓度、有机质类别有一定的影响。     

不同EPS组成生物膜对Cu2+吸附的研究

采用自行设计的反应器,通过调节培养液的配比对载体进行挂膜,得到蛋白质和多糖含量比分别为7:1、5:1和10:1的3种生物膜作为吸附剂,用其对Cu2+进行吸附试验,同时对吸附机理进行探讨.结果表明,培养8d后,生物膜可挂膜成熟,在C/N=12时,生物膜上的菌落数较C/N=4和C/N=37条件下多.PN/PS值越小,生物膜对铜的吸附量越高,EPS3对Cu2+的吸附量分别高出EPS1 7.37 %, EPS2 7.62%.在生物膜吸附Cu2+后,溶液中Ca2+、Mg2+、K+含量明显升高,表明离子交换对生物膜吸附Cu2+起主要作用,且Cu2+更易与Ca2+和Mg2+产生离子交换作用.当KNO3浓度在0.1~0.6mol/L之间,随着离子强度的增加,生物膜吸附Cu2+的量迅速减少,当KNO3浓度大于0.6mol/L时,生物膜对Cu2+吸附量的变化趋于平缓,说明生物膜对Cu2+的吸附同时包括离子交换吸附和化学吸附.     

Characterization of extracellular polymeric substances in the biofilms of typical bacteria by the sulfur K-edge XANES spectroscopy

A combined approach of physicochemical extraction and sulfur K-edge X-ray absorption near-edge structure（XANES） spectroscopy was applied to characterize the extracellular polymeric substances（EPS） of typical bacterial biofilms in this study. Physicochemical analysis showed variation of the contents of DNA,polysaccharide and protein in different fractions of EPS in different mediums. The sulfur K-edge XANES analysis yielded a variety of spectra.Spectral fitting of the XANES spectra utilizing a large set of model compounds showed that there was more reduced sulfur in both LB-EPS（loosely bound EPS） and TB-EPS（tightly bound EPS） of all the biofilms in LB medium than in R2 A medium. More oxidized sulfur was identified in LB-EPS than that in TB-EPS,suggesting different niches and physiological heterogeneity in the biofilms. Our results suggested that the sulfur K-edge XANES can be a useful tool to analyze the sulfur speciation in EPS of biofilms.     

芬顿试剂氧化对污泥脱水性能的影响

利用芬顿试剂调理污泥,以WC(污泥滤饼含水率)和CST(毛细吸水时间)作为评价污泥脱水性能的指标,通过分析污泥中各层ρ(EPS)(EPS为胞外聚合物)和上清液中小分子有机物质量浓度来阐明污泥脱水性能的变化.结果表明:芬顿试剂调理可促进EPS氧化分解,TB-EPS(紧密结合的胞外聚合物)破解转化为LB-EPS(松散结合的胞外聚合物)和S-EPS(上清液层胞外聚合物),大幅降低WC和CST.试验中当pH为4,w(H2O2)和w(Fe2+)均为40 mg/g时,ρ(EPS)降低了33.04%,WC和CST分别降至63.36%和28.7 s.Pearson相关性分析表明,ρ(TB-EPS)与WC和CST均存在显著的正相关性(P0.01),是影响污泥脱水性能的重要因素,而ρ(LB-EPS)和ρ(S-EPS)与污泥脱水性能的相关性较低.液相色谱分析表明,随着芬顿试剂投加量的增大,EPS等有机物分解程度增大,污泥上清液中小分子有机物种类明显增多,其质量浓度显著升高,ρ(甲酸)和ρ(乙酸)分别由原污泥的52.72、15.99 mg/L升至446.05、522.36 mg/L.     

不同浓度Cd~(2+)对酿酒酵母的毒害作用研究

以"模式生物"——酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为载体,通过测定酵母细胞的生物量、活细胞/死细胞的计数比值以及胞外聚合物(EPS)的含量,研究了不同浓度的Cd2+(Cd2+浓度分别为0.0mg/L、0.1mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L、8.0mg/L)对酿酒酵母的毒害作用。试验结果表明:当Cd2+浓度小于或等于0.1mg/L时,活细胞/死细胞的计数比值随着时间的推移分别降低了7.86和8.37,在0.5 mg/L、1.0 mg/L和2.0mg/L的Cd2+浓度下,活细胞/死细胞的计数比值则分别上升了3.35、5.64和0.89,8.0mg/L浓度的Cd2+则会完全抑制酵母细胞的增殖,活细胞/死细胞的计数比值波动在0.86~1.11之间;同时,随着Cd2+浓度的上升,酵母细胞的生物量会逐渐减少,0.1mg/L浓度的Cd2+对酵母细胞生物量无明显影响,0.5~8.0mg/L浓度的Cd2+可使酵母细胞生物量比不含Cd2+的培养基分别下降了7.01%、35.14%、59.89%和96.86%;此外,0.5 mg/L和1.0mg/L浓度的Cd2+能显著刺激酵母细胞分泌更多的EPS,增幅分别为20.26%和7.54%。上述结果表明酵母细胞在一定的Cd2+浓度下可以通过提高EPS的产量来抵御Cd2+对细胞的毒性作用。