Magnetotactic bacteria: Characteristics and environmental applications

• Magnetotactic bacteria (MTB) synthesize magnetic nanoparticle within magnetosomes. • The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were summarized. • Isolation and mass cultivation of MTB deserve extensive research for applications. • MTB can remove heavy metals, radionuclides, and organic pollutants from wastewater. Magnetotactic bacteria (MTB) are a group of Gram-negative prokaryotes that respond to the geomagnetic field. This unique property is attributed to the intracellular magnetosomes, which contains membrane-bound nanocrystals of magnetic iron minerals. This review summarizes the most recent advances in MTB, magnetosomes, and their potential applications especially the environmental pollutant control or remediation. The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were first introduced, followed by a critical review of isolation and cultivation methods. Past research has devoted to optimize the factors, such as oxygen, carbon source, nitrogen source, nutrient broth, iron source, and mineral elements for the growth of MTB. Besides the applications of MTB in modern biological and medical fields, little attention was made on the environmental applications of MTB for wastewater treatment, which has been summarized in this review. For example, applications of MTB as adsorbents have resulted in a novel magnetic separation technology for removal of heavy metals or organic pollutants in wastewater. In addition, we summarized the current advance on pathogen removal and detection of endocrine disruptor which can inspire new insights toward sustainable engineering and practices. Finally, the new perspectives and possible directions for future studies are recommended, such as isolation of MTB, genetic modification of MTB for mass production and new environmental applications. The ultimate objective of this review is to promote the applications of MTB and magnetosomes in the environmental fields.     

不同类型活性炭处理废水中重金属离子的研究进展

重金属对人体的显著毒性和难降解的特性,使重金属水体污染成为全球性关注的环境问题。本文综述了重金属废水的危害、来源及常用处理方法,比较了不同类型活性炭处理废水中重金属离子的差异,阐述了不同类型活性炭处理技术的优势和特点,并对今后的重金属废水处理技术研究方向进行了展望。     

环境监测中重金属污染的控制对策分析

在我国社会经济快速发展的过程中,人们对自然资源需求无度,造成生态环境破坏问题非常严重。通过环境监测可以及时分析空气中有毒有害的物质成分,并且对环境污染问题进行及时有效的解决。但是在监测的过程中所采用大量的空气试剂很容易造成环境二次污染等问题,为此必须要积极加强对环境监测中重金属污染的合理控制,对空气试剂产生的大量废弃物进行及时的回收处理,从而有效避免出现二次污染的情况,充分发挥环境监测的作用。     

钙钛矿型催化剂催化湿式氧化处理煤气化废水纳滤浓缩液

采用溶胶-凝胶法制备了Mn掺杂钙钛矿型催化剂LaFexMn1-xO3，并以其为催化剂催化湿式双氧水氧化处理煤气化废水纳滤浓缩液。采用XRD，SEM，FTIR技术对催化剂进行了表征。表征结果显示：制备的催化剂均具有标准的钙钛矿型结构，其中，LaFe0.9Mn0.1O3的结构稳定，比表面积大。实验结果表明：制备的催化剂中LaFe0.9Mn0.1O3的催化活性最高，且稳定性好，连续使用5次后催化活性未见明显减弱；在H2O2投加量3.0 g/L、n（H2O2）∶n（LaFe0.9Mn0.1O3）=12∶1、反应温度160 ℃、反应压力1 MPa、浓缩液pH 3、反应时间60 min的最优条件下，COD、UV254和TOC的去除率分别达到80.9%、95.2%和68.0%，BOD5/COD由0.02提升至0.40，可生化性大幅提高。     

2013-2017年京津冀区域PM2.5浓度变化特征

利用2013-2017年京津冀区域13个城市PM_2.5监测数据，综合探讨了该区域PM_2.5浓度的时空变化特征。结果表明：京津冀区域PM_2.5污染整体较重，但治理成效显著，2013-2017年区域PM_2.5年均质量浓度分别为106、93、77、71、64 μg/m³，完成《大气污染防治行动计划》PM_2.5浓度下降25%左右的目标；13个城市PM_2.5浓度各百分位数总体呈现下降趋势，且随百分位数增大而下降速率加大，PM_2.5年均质量浓度平均每年下降10.6 μg/m³，污染严重的太行山沿线城市邢台、石家庄、邯郸3个城市平均每年分别下降20.3、16.1、13.9 μg/m³；京津冀区域PM_2.5重度污染天数比例分别为19.9%、16.6%、9.5%、9.0%、7.0%，呈下降趋势。2013-2017年京津冀区域PM_2.5平均质量浓度与非重度污染天相比升高19 μg/m³，PM_2.5重度污染天平均质量浓度较非重度污染天时高244.4%。     

植物内重金属的赋存形态及分布特征分析方法研究进展

植物内重金属分析不仅有助于阐述重金属迁移转化规律,揭示植物修复机理,也是监测评价大气、水及土壤环境重金属污染状况的重要依据。研究针对植物样品中重金属赋存形态及分布特征的分析方法进行综述,分别介绍了其原理、优缺点及应用。提出制定统一高效的分析检测方法,深化植物内重金属的赋存形态及分布特征与环境相关性的研究以及建立数据共享平台是植物样品重金属信息分析方法的未来发展方向。     

松花江野生鱼类重金属残留分析与评价

以松花江流域的野生鱼类为研究对象,在松花江流域选取松林、大顶子山、佳木斯3个具有代表性的点位,在2014—2016年的每年5月底6月初采集鲤鱼和鲫鱼样品,3年内共制备45个鲤鱼单样,44个鲤鱼混样,30个鲫鱼混样,共计119个。采用电感耦合等离子体-质谱法对鱼类肌肉组织中残留的As、Cd、Cr、Pb、Hg 5种重金属进行检测。检测结果显示,As、Cd、Cr、Pb、Hg 5种重金属全部检出,检测结果全部达标,达标率为100%。根据检测结果采用单因子指数法和金属污染指数法等评价了松花江流域鱼体重金属残留状况及食用安全性,评价结果为松花江流域鱼类重金属残留量相对较少,鱼体健康,食用安全。     

薄膜扩散梯度技术在重金属生物有效态监测中的应用

重金属生物有效性是评估重金属元素迁移性、生物可利用性和生态影响的关键参数。薄膜扩散梯度技术(DGT)是一种原位被动采样技术,因其具有原位富集性、形态选择性,可提供被监测物质在监测时间段内的平均浓度等优点,可作为生物对重金属摄取的模拟替代物对环境介质中重金属的生物可利用度进行预测,已被广泛应用于环境介质中重金属生物有效性的测定。研究主要介绍了DGT技术的原理、组成和特点,评述了其近年来在水体、土壤、沉积物中重金属生物有效态应用方面的新进展,提出了DGT技术未来要提高抗生物污染能力及寻找可与DGT技术联用的相关技术的观点。     

基于双指标多等级的土壤重金属生态风险评价

采用土壤中重金属的全量和有效态双重指标,建立基于多等级综合评估的土壤中重金属生态风险评价模型,将联合概率曲线法引入土壤评价模型,分析重金属暴露浓度与毒性数据的概率分布,考察重金属对土壤生物的毒害程度,从而确定土壤中重金属对于生态系统的风险。建立从简单到复杂的多等级综合评价方法,表征重金属的污染等级、浓度效应、多种重金属污染物的协同效应、不同重金属的毒性效应和土壤对不同重金属污染物的敏感性。选择典型地区采集有代表性的土壤样品,测定不同重金属的总量和有效态,验证评价模型的实用性和评价分级的合理性。旨在解决土壤重金属风险评价的方法学问题,为土壤环境质量管理提供支持。     

蚯蚓-稻壳炭联合堆肥对工业污泥中重金属的影响研究

蚯蚓堆肥相关研究多集中在生活污泥方面,对工业污泥的探索较少。该研究以马鞍山某钢铁污水处理站污泥为例,添加不同比例稻壳炭(2%、4%、8%),设置污泥单独堆肥、稻壳炭与污泥堆肥以及蚯蚓-稻壳炭联合污泥堆肥试验,探索蚯蚓与稻壳炭联合堆肥对工业污泥中重金属形态和生物有效性的影响。研究表明,(1)相比污泥单独堆肥,稻壳炭联合污泥堆肥能增加污泥pH、EC、TP和降低TOC、TN,而蚯蚓联合稻壳炭堆肥污泥可增加TN,并进一步增加污泥EC、TP,显著降低污泥的pH、TOC。(2)稻壳炭堆肥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd含量因浓缩效应而上升;而蚯蚓联合稻壳炭堆肥,重金属含量显著下降,添加4%稻壳炭时,重金属Zn、Cu、Pb、Cd质量分数达到最小值,分别为856.64、137.10、158.92、15.48mg·kg-1。(3)重金属形态分析表明,随着稻壳炭比例增加,稻壳炭堆肥中重金属Zn、Cu、Pb、Cd的交换态和碳酸盐结合态转化为残渣态及铁锰氧化态的比例增大,添加8%稻壳炭时DTPA提取的有效态重金属质量分数最低,分别为705.72、47.95、50.43、4.47 mg·kg-1;蚯蚓-稻壳炭联合堆肥会使得污泥中重金属交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态和有机结合态均向残渣态转化,添加4%稻壳炭与蚯蚓的协同转化能力最大,Zn、Cu、Pb、Cd有效态重金属质量分数分别为629.84、38.63、36.76、1.63mg·kg-1,说明稻壳炭添加入蚯蚓堆肥可进一步降低工业污泥中重金属有效性,使重金属钝化。本研究可为稻壳炭联合蚯蚓堆肥处理工业污泥提供参考和科学依据。