覆盖层甲烷氧化动力学和甲烷氧化菌群落结构

基于实际填埋场覆盖土建立了可实时在线监测生物气的模拟覆盖层系统,连续监测了不同垂直梯度生物气浓度变化.甲烷通量不变时,覆盖层内不同梯度生物气浓度基本保持不变,系统持续稳定运行,甲烷通量变化后2~3 h生物气可再次持续稳定.考察了覆盖层甲烷氧化特性与甲烷通量的关系,深度大于20 cm,氧气浓度随甲烷通量的增大呈减小趋势,表层氧气浓度与甲烷通量无相关性,不同梯度的甲烷氧化速率与甲烷通量呈正相关(R2变化范围0.851~0.999).为避免覆盖土脱离系统环境造成的误差,以动态连续监测结果为基础,利用双基质Michaelis-Menten方程拟合了覆盖层甲烷氧化动力学(R2范围为0.902~0.955),得到覆盖土半饱和常数Km为0.157~0.729,Km随深度的增加而增大.利用高通量测序技术分析了原始覆盖土和经模拟覆盖层运行后的甲烷氧化菌群落结构,运行后甲烷氧化菌OUT数量显著增多,优势菌群为Ⅰ型菌的Methylobacter和Methylophilaceae及Ⅱ型菌Methylocystis.     

同化和共代谢降解氯苯菌株的筛选与特性研究

基于污染场地,筛选了一株可降解氯苯（CB）的微生物,经鉴定该菌株属于粘质沙雷氏菌属（Serratia marcescans）,命名为Serratia marcescans TF-1.同化降解结果表明,该菌株能够在有氧的条件下以CB为唯一碳源和能源,菌体平均增长速率为0.0063~0.022g_cell/（mol_CB·h）,最大比生长速率（μ_max）为0.015~0.42h^-1,CB降解速率（V_CB）为1.35~4.47mol/（g_cell·h）,菌株对CB最高耐受浓度高于200mg/L.共代谢降解结果显示,TF-1可以琥珀酸钠和柠檬酸钠为底物共代谢降解CB;氯苯浓度（c_CB）<80mg/L时,μ_{max（柠檬酸钠）}（0.21~0.87h^-1）>μ_{max（琥珀酸钠）}（0.20~0.81h^-1）,V_{CB（柠檬酸钠）}（0.15~0.47mol/（g_cell·h））<V_{CB（琥珀酸钠）}（0.17~0.48mol/（g_cell·h））;c_CB>80mg/L时,μ_{max（柠檬酸钠）}（0.086~0.21h^-1）<μ_{max（琥珀酸钠）}（0.17~0.25h^-1）,V_{CB（柠檬酸钠）}（0.61~1.11mol/（g_cell·h））>V_{CB（琥珀酸钠）}（0.56~0.95mol/（g_cell·h））,表明共代谢降解过程中,CB浓度,底物种类是调控污染降解的重要因素.最后考察了温度、pH值和接种量对TF-1降解CB的影响,结果发现,该菌株适宜生长的温度范围为20~35℃,最适温度为30℃;适宜生长pH值为5~9,最适pH值为7;最适接种量为5%.与现有菌株比较发现TF-1的温度和pH值适用范围更广,降解能力更强,污染物耐受浓度更高,既能同化又能共代谢降解CB,在贫营养和富营养污染场地中应用潜力更大.本研究可为原位CB污染场地修复提供有效的生物资源.     

典型污染物包覆层中氯仿的沿程生物转化机制

为明晰氯仿（CF）在包覆层中的降解过程,构建了模拟覆盖层系统（SLCS）,并结合高通量测序技术首次系统分析了CF在SLCS中的沿程生物转化机制,结果表明,覆盖层可根据氧气含量分为有氧区（0~20cm）、缺氧区（20~40cm）和无氧区（>40cm）.高通量测序分析表明,有氧区的优势菌为甲烷氧化菌,其中I型菌Methylobacter（甲基杆菌属）及Ⅱ型菌Methylosinus（甲基弯菌属）居多,缺氧区甲烷氧化菌的相对丰度为13%左右,缺氧和无氧区中Anaeromyxobacter（厌氧粘细菌属）成为了优势CF厌氧降解菌.CF在有氧、缺氧和无氧条件下均有效降解.在缺氧和无氧区,CF经厌氧还原脱氯转化为二氯甲烷,部分二氯甲烷在Dehalobacter（脱卤素杆菌属）作用下产生乙酸盐、H₂和CO₂.在有氧区,其余二氯甲烷通过甲烷氧化菌共代谢降解.改变进气口通量发现,SLCS对甲烷的去除率与通量呈负相关关系（R²=0.80）,但甲烷氧化速率与通量呈正相关关系（R²=0.90）.与甲烷类似,SLCS对CF的去除率与进气口通量呈负相关关系（R²=0.86）,但降解速率与进气口通量呈正相关关系（R²=0.89）.此外,进气口通量的增加对CF好氧共代谢降解的促进作用大于厌氧还原脱氯降解.该研究对氯代烃类污染物的降解提供了新的基础,对该类污染物的原位生物修复提供了理论依据.     

Migration behavior and in-situ bioremediation of chlorinated hydrocarbon solvent in vadose zone: a review北大核心CSCD

It is of great significance for in-situ bioremediation to clarify the migration behavior and biodegradation laws of chlorinated hydrocarbon solvents (CHS) in the vadose zone. We systematically summarized the phase distribution of CHS, the interaction between different phases, and the migration characteristics and clarified the evolution rules of CHS under different phases in the polluted vadose zone. CHS exists in the vadose zone as the NAPL, dissolved phase, adsorbed phase, gas phase, and other phases, where there are three decay evolution stages: early, middle, and late stages. Phase change and diffusion matrix size are important indicators at different stages; at the same time, gas, solid, liquid and NAPL phase CHS have a variety of interactive relationships in the vadose zone. Subsequently, the characteristics of the three main biological metabolic pathways of CHS in the vadose zone–aerobic co-metabolism, direct oxidation and anaerobic reduction, and dechlorination–and their influencing factors were summarized. Generally speaking, the anaerobic dechlorination capacity decreases with a decrease in the number of chlorine atoms, whereas the aerobic degradation capacity increases with a decrease in the number of chlorine atoms. The current status of in-situ remediation of CHS in the vadose zone was summarized using biostimulation and bioaugmentation methods, indicating that adding nutrient substances and injecting anaerobic dechlorination strains of Dehalococcoides are effective means of remediation. Simultaneously, the factors influencing the biodegradation of CHS in the vadose zone were elaborated to acquire a systematic insight into the significance of redox characteristics (oxygen) on the degradation of CHS. Finally, research on the biodegradation of CHS in the vadose zone is prospected, and it is necessary to carry out research on the interactive relationship between different phases of CHS, the data monitoring of CHS, the structure of the functional bacterial community, and research and development of active strains to provide theoretical guidance for the in-situ remediation of CHS in the vadose zone. © 2022 Science Press. All rights reserved.     

填埋场覆盖土微生物好氧/厌氧共代谢降解氯乙烯的特性、贡献度及微生态研究

填埋场已成为氯乙烯污染的重要来源,明晰覆盖层土壤中氯乙烯的降解特性及功能微生物群落组成对氯乙烯污染控制具有重要意义.基于填埋场覆盖土系统开展了典型氯乙烯的好氧/厌氧共代谢降解研究.结果显示,好氧和厌氧条件下CH₄均可发生降解,二氯乙烯（DCE）只能在好氧条件下被降解,净降解速率为50μg·h^-1·L^-1;三氯乙烯（TCE）可同时发生好氧共代谢和厌氧共代谢转化,净降解速率分别为38和5μg·h^-1·L^-1;四氯乙烯（PCE）只能发生厌氧共代谢,降解速率为0.77μg·h^-1·L^-1,发现好氧共代谢速率远高于厌氧共代谢速率.构建了覆盖层中氯乙烯的分布模型并评估了CH₄及氯乙烯好氧/厌氧共代谢贡献度,CH₄好氧和厌氧降解贡献度分别为59%～70%和30%～41%,TCE好氧和厌氧共代谢降解贡献度分别为73%和27%.对氯乙烯厌氧/好氧共代谢降解过程的微生物群落组成及潜在功能菌属进行了分析,发现好氧...     

填埋场覆盖土对典型氯代烃的吸附特性

覆盖土吸附能力的有效评估对填埋场中挥发性氯代烃（VCHs）污染物的控制有重要意义.全面考察了二氯甲烷（DCM）、三氯甲烷（TCM）、1,1,2-三氯乙烷（1,1,2-TCA）、四氯化碳（CT）、顺-1,2-二氯乙烯（c-1,2-DCE）、三氯乙烯（TCE）、四氯乙烯（PCE）和氯苯（CB）8种VCHs在填埋场覆盖层中的吸附特性.结果显示,氯代烷烃和氯代芳烃在覆盖层土壤中吸附等温线符合Freundlich模型（R²=0.65~0.87）,氯代烯烃在覆盖层土壤中吸附等温线符合Langmuir模型（R²=0.87~0.96）.基于拟合结果预测了覆盖土对VCHs的吸附能力,结果表明VCHs的吸附速率随氯取代数的增多而增大;具有相同氯原子取代数目的氯代烃,覆盖土对氯代烯烃和氯苯的吸附量大于氯代烷烃.因此,在填埋场运行管理中,VCHs中浓度较高的氯代烷烃应该是优先治理的污染物之一.覆盖土中VCHs的吸附平衡时间约为20h,吸附速率变化范围为26~250 μg/（g_soil·h）,远高于文献报道中覆盖土对VCHs的最大降解速率.可以推断,强化覆盖土的生物氧化活性可更有效减少VCHs对环境的不利影响.     

典型生活垃圾填埋场覆盖土微生物群落分析

采用第二代高通量测序技术Illumina MiSeq对典型生活垃圾填埋场覆盖土样(山东莱芜,SD;广东深圳,GD;上海老港,SH;重庆长生桥,CQ)进行16S rDNA V3~V4区高通量测序,并分析了Alpha多样性、物种组成和丰度、菌群结构及环境因子对群落结构的影响.结果表明:取自垃圾填埋场GD土样的物种种类多于其他土样,GD、SD、SH、CQ土样的Shannon指数分别为5.52±0.026、4.76±0.030、4.89±0.037、3.43±0.027;所有覆盖土样的优势菌为Alphaproteobacteria(α-变形杆菌纲)和Betaproteobacteria(β-变形杆菌纲),所占比例范围分别为12.67%~25.54%,14.35%~18.88%;SD、GD和SH三种覆盖土样的优势菌为Sphingomonas(鞘氨醇单胞菌属),分别占7.25%、10.67%、11.30%; Deltaproteobacteria(德耳塔变形杆菌纲)和Gammaproteobacteria(γ-变形菌杆纲)的相对丰度分别与TN(r=1.00,P<0.001)和TP(r=1.00,P<0.001)呈正相关关系,且结合RDA图,TN、TP和OM含量可能是SD土样区别于其他土样群落组成的主要因素.