纸板碳化电极提高生物电化学系统产电效率微生物机理研究

采用Solexa高通量测序技术和蛋白定量方法,分析了碳化纤维素纸板制备的层状波纹碳(LCC)电极与石墨板(GP)电极在生物电化学系统运行过程形成的生物膜微生物群落结构和生物量差异.结果表明,LCC电极良好的生物电化学性能不仅取决于其良好的导电性能,还与其表面生物膜微生物群落结构有关;LCC电极表面生物膜微生物量高,且对产电微生物的富集效果好.LCC电极与GP电极表面生物膜分别得到16S rRNA基因V3区优化序列12643条和12837条,经97%相似度归并后获得的OTUs数量分别为2786和3130;α多样性分析显示,GP电极生物膜微生物多样性相对更丰富.Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes在两种电极生物膜中含量最为丰富,这3个门细菌序列数分别占总序列数的76%(LCC)和85%(GP).在属分类水平上,LCC电极生物膜由383个属的细菌构成,而GP电极生物膜则有456个属.深入分析电极生物膜微生物群落结构有助于进一步认识LCC电极提高生物电化学系统产电效率的机理.     

基于高通量测序解析碳化温度对麻秆电极微生物群落影响

采用Solixa高通量测序技术比较了1 000℃和1 800℃碳化麻秆制备电极OCP-1000和OCP-1800在生物电化学系统运行过程中形成的生物膜微生物群落结构差异.测序分别获得OCP-1000和OCP-1800附着生物膜16S rRNA基因V3区优化序列4 231和5 263条,经过97%相似度归并后获得OTUs数量分别为1 187和1 338个.α多样性指数(Chao、Shannon指数)分析表明碳化温度越低,电极生物膜微生物多样性越丰富.电极OCP-1000和OCP-1800生物膜中优势菌群均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,这3个门的细菌在OCP-1000生物膜含量分别为66%、10%和9%,但在电极OCP-1800生物膜中含量分别为71%、7%和9%.不同碳化温度制备的麻秆电极在生物电化学系统运行过程形成的生物膜不仅存在共有细菌种类,也含有独特菌种,说明电极制备过程碳化温度影响电极生物膜微生物群落结构.     

开闭路条件下沉积物微生物燃料电池阳极细菌群落差异解析

采用Solixa高通量测序技术对比了沉积物微生物燃料电池(sediment microbial fuel cells,SMFCs)开闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构差异.SMFCs开路条件下启动阳极生物膜获得优化序列3 936条,经过97%相似度归并后得到1 581个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs);SMFCs连接5 kΩ电阻闭路启动阳极生物膜获得优化序列3 930条,聚类归并后产生1 551个OTUs,α多样性指数分析表明开路条件下启动阳极生物膜菌群多样性相对更丰富.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜优势菌均为Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,它们在开路下阳极生物膜中的含量分别为59.79%、12.54%和9.02%,而在闭路条件下分别为63.02%、10.01%和3.60%,SMFCs闭路条件下运行,地杆菌Geobacter在阳极生物膜中含量高达16.55%.SMFCs开、闭路条件下启动阳极生物膜细菌群落结构的差异说明SMFCs启动过程电子的传递影响电极生物膜微生物群落结构.     

粉煤灰对工业废水中氨氮的吸附性能研究

以粉煤灰作为吸附材料进行静态吸附试验,研究粉煤灰对废水中氨氮的吸附性能及其吸附动力学行为,并与活性炭的吸附性能进行比较.试验结果表明:粉煤灰对氨氮的吸附容量随着水中NH4+-N浓度的增加而增大,氨氮浓度存200mg/L和500mg/L下,粉煤灰对NH4+-N吸附动力学行为遵循Bangharm方程和Elovich方程.对...     

微氧环境中电化学活性微生物的分离与鉴定

电化学活性微生物在金属、碳等元素的生物地球化学循环,以及生物能源合成中具有重要作用.与微生物燃料电池厌氧阳极相比,微氧阳极能够捕集更多电能.但是相比于厌氧阳极中功能微生物的广泛研究,微氧阳极中的功能微生物还未被分离和研究.本研究采用传统好氧分离技术从微生物燃料电池微氧阳极分离获得3株纯菌Aeromonas sp.WS-XY2、Citrobacter sp.WS-XY3和Bacterium strain WS-XY4,其中WS-XY2和WS-XY3属于变形菌门,WS-XY4初步鉴定为新种.循环伏安、计时电流结果表明3株菌均具有电化学活性,且具有相似的直接胞外电子传递机制.3株菌在微生物分类学和电化学性质上的异同,表明微氧阳极能够定向筛选具有相似电化学性质的电化学活性微生物.微生物燃料电池微氧阳极具有更高效多样的功能微生物,可能是微氧阳极性能优于厌氧阳极的一个原因.因此,进一步针对微生物燃料电池微氧阳极中功能微生物的研究,将有助于阐明微氧阳极提高微生物燃料电池电能捕集的微生物机制.