单室MFC型生物毒性传感器对重金属离子的检测研究

构建了单室微生物燃料电池(air-cathode microbial fuel cell,ACMFC)型生物毒性传感器,以含重金属离子(Cd2+、Cu2+)人工配水为检测对象,分析了有毒物质对检测仪的抑制率与有毒物质浓度的线性关系.结果表明,①单室MFC型生物毒性传感器结构简单,操作方便,灵敏度较高,可用于水体重金属离子(Cd2+、Cu2+)生物毒性的快速检测;②在实验条件下,该生物毒性传感器检测时间4h,清洗时间2～10min,恢复时间4h;③检测结果显示,实验室自配Cd2+、Cu2+及其混合液IC20值分别为0.6、0.8和0.25mg/L,有毒物质浓度与MFC产电量的抑制率呈显著正相关,相关系数分别为0.9960、0.9744和0.9907.     

成团泛菌MFC-3的分离鉴定及其腐殖质/Fe(Ⅲ)呼吸特性研究

从地下古森林沉积物样品中富集分离到1株腐殖质/Fe(Ⅲ)还原菌MFC-3菌株,经16S rDNA基因序列分析,该菌与成团泛菌Pantoea agglomerans WAB1951的相似性为99%,确定为成团泛菌.通过序批式厌氧实验考察了MFC-3的腐殖质呼吸活性、电子利用情况以及对4种铁氧化物的还原活性.结果表明,MFC-3能够以AQDS为唯一电子受体进行厌氧胞外呼吸,可利用的电子供体有:甲酸、乳酸、丙三醇、柠檬酸、葡萄糖和蔗糖,且AQDS还原速率顺序为:蔗糖葡萄糖柠檬酸乳酸丙三醇甲酸;以葡萄糖作为电子供体时,48 h内0.3 mmol.L-1的AQDS被还原,同时4.5 mmol.L-1葡萄糖被消耗,菌数增殖近7倍,证明MFC-3能够进行腐殖质呼吸;MFC-3还能以多种Fe(Ⅲ)氧化物为电子受体进行厌氧呼吸,25 d内分别有2.5 mmol.L-1水铁矿、2.1 mmol.L-1纤铁矿、2.3 mmol.L-1针铁矿及0.8 mmol.L-1赤铁矿被还原溶解.本研究为胞外呼吸研究与应用提供1株适宜的模式菌株.     

甘肃某冶炼厂区土壤重金属铅、镉污染特征及其对微生物群落结构的影响

长期受到重金属铅(Pb)和镉(Cd)污染的土壤生态危害指数较高,土壤微生物群落结构容易受到重金属的影响,重金属对土壤微生物的毒性与重金属的生物利用度直接相关。以白银市重金属污染土壤为样本,分析了土壤的理化性质、重金属Pb和Cd的污染状况及土壤微生物群落结构,探究它们之间的关联性。样本采自距离污染中心由近及远的4个位置(分别命名为S1、S2、S3和S4)。采用Hakanson指数法来评估该地重金属生态风险;选用改进的BCR顺序提取法分析Pb与Cd的组分分布情况;利用SPSS和Canoco 4.5对土壤性质、重金属和细菌群落进行相关性分析和冗余分析,探究微生物群落结构与土壤性质和重金属污染之间的相关性。结果表明:白银市该处重金属污染场地3 km以内的土壤均受到严重的Pb、Cd污染。Pb主要以弱酸可提取态和可还原态的形式存在于土壤中,Cd则以弱酸可提取态为主;土壤重金属的危害生态指数均已经达到极高污染风险程度,且危害程度S1>S3>S2>S4;微生物丰度和多样性可能受到土壤性质及重金属的共同影响,与Pb、Cd的污染程度大致呈负相关(S2相似文献   

污泥超高温堆肥过程中DOM结构的光谱分析

为了明确超高温堆肥新工艺在促进腐殖化进程中的优势,采用三维荧光光谱(3D-EEM)等光谱学方法研究了污泥超高温堆肥过程中DOM的结构特征及其变化规律.结果表明,堆体≥80℃的超高温阶段持续5 d(最高温度90℃),50℃以上高温阶段达到22 d,反映了堆肥过程中强烈的微生物代谢活性.E253/E203、SUVA280、S275~295等9个紫外-可见光光谱(UV-Vis)指标在0~23 d变化显著,指出DOM的芳香化和堆肥腐殖化程度逐渐增强.3D-EEM光谱结合荧光区域体积积分技术(FRI)分析指出,DOM中蛋白类物质在超高温堆肥过程的0~6 d几乎完全被降解;腐殖酸和富里酸类物质在0~23 d大量形成,堆肥在高温阶段达到完全腐熟,这与种子发芽指数(GI)在23 d所指示的腐熟度评价结果(98.5%)一致.基于多种光谱学指标的相关性分析,PⅤ,n/PⅢ,n与其它光谱学均呈现较好的相关性(r≥0.68),可以作为评价超高温堆肥腐熟度的光谱学指标.上述结果证实了超高温堆肥工艺可加快堆肥腐熟进程、缩短堆肥周期至20 d左右,在有机固废资源化领域具有极大的应用潜力.     

低成本单室微生物燃料电池型BOD传感器的研制

生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)是表征有机物污染程度的综合性指标,传统的检测方法为5 d 20℃培养法,费时费力,不宜现场实时监测.以MnO2代替金属铂作阴极催化剂、以阳离子交换膜代替昂贵的质子交换膜,构建单室微生物燃料电池(microbial fuel cell)型BOD传感器,考察外接电阻、阳极液pH值、检测时间和清洗时间对检测效果的影响,并用该传感器检测实际水样BOD值,与传统BOD5值进行比较.结果表明:①以廉价MnO2为阴极催化剂,阳离子交换膜为隔膜,构建的单室MFC型BOD传感器成本低,结构简单,操作方便,可用于BOD的在线检测;②该BOD传感器的适宜运行条件为样品pH7.0,外接电阻12 kΩ,检测时间2 h,清洗时间2~10 min;③实际水样检测结果显示,传感器最低检出限为0.2 mg/L,测量线性范围为BOD浓度5~50 mg/L,最佳测定范围为BOD浓度20~40 mg/L,精确度为0.33%,标准曲线线性相关系数达0.999 2,与BOD5比较,相对误差在4.0%以内.     

水热炭化终温对污泥生物炭产量及特性的影响

以市政污泥为原料,采用水热炭化法制备生物炭,研究水热炭化终温对生物炭产量及特性的影响,着重分析不同水热炭化终温(150~330℃)下生物炭的产率、工业成分、元素组成、重金属质量分数及表面官能团的变化。结果表明:随着水热炭化终温的增大,生物炭的产率从75.8%下降至60.6%,水分、挥发分分别从2.64%与23.62%下降至0.68%与12.57%,灰分从69.59%上升至82.50%,固定碳在3.67%~5.05%波动;N、O、C的质量分数下降,相对污泥分别减小46.4%~64.0%、39.2%~88.0%、24.5%~51.3%,H的则先下降后上升,减小3.3%~-27.6%;OH、C―H和C=C官能团逐渐降解,原子比n((O+N)/C)和n(O/C)下降,n(H/C)上升,芳香性和极性降低,水热炭化进程趋于脱水还原降解反应。生物炭中Zn、Pb、Cu、Cr的质量分数随水热炭化终温的增大而增大,Ni、Cd、As、Hg的则呈现出不一致的变化规律;相对污泥,Zn、Pb、Cu、Cr、Cd的质量分数分别增加14.5%~49.4%、39.1%~82.6%、28.5%~73.4%、7.2%~64.5%、53.8%~88.9%,Hg的减少20.5%~83.1%,Ni和As的则增减不一。     

新型生物电Fenton法降解偶氮染料：铁复合碳毡阴极研究

传统电Fenton反应通过电化学方法产生H2O2,需外加电源,能耗大,成本高。基于MFC持续产电并可驱动阴极电Fenton系统运行的特点,本研究以铁复合碳毡为阴极电极,构建了微生物燃料电池驱动的生物电Fenton系统,探讨了铁复合碳毡及阴极pH对偶氮染料(金橙I号)脱色的影响。结果发现,铁复合碳毡脱色效果均好于普通碳毡。当pH为3时,4 h后Fe@Fe2O3/CF阴极脱色率达91.7%,明显高于α-FeOOH/CF和FeAlSi/CF的83.4%和69.9%。扫描电镜发现,Fe@Fe2O3以微粒状结构附着于碳毡表面,比表面积增大,可能是Fe@Fe2O3/CF脱色性能改善的主要原因。研究表明,低pH有利于生物电Fenton反应的进行。当pH由3.0提高至5.0时,Fe@Fe2O3/CF阴极脱色率降低至47.1%。阴极室染料脱色与阳极室废水TOC削减呈线性相关,说明阳极生物氧化是驱动阴极生物电Fenton反应的原动力。本研究提供了一种能自我维持、无需外源电力的生物电Fenton系统,为印染废水脱色提供了崭新的途径。     

蓝藻发酵生产微生物农药的影响因素研究

采用摇瓶发酵试验探讨了蓝藻为原料制备苏云金杆菌生物杀虫剂的可行性,并考察了不同培养条件（蓝藻含固率、种龄、接种量、初始pH、摇床转速、发酵温度）对苏云金杆菌生长增殖、产孢与产毒效果的影响。研究结果表明,无需任何预处理工序,Btk 130菌株能在蓝藻为唯一原料的培养基中正常生长发育,并且产孢产毒。发酵48 h后,芽孢产率达到86.7%,远高于常规培养基;生物毒效为282 IU.mL-1,与常规培养基相当。培养条件优化结果表明,在蓝藻含固率为2%、初始pH为7.0、接种物种龄为9 h、接种量为2%、培养温度为30℃、摇瓶转速为200 r.min-1的条件下培养48 h,Btk 130可达到较好的发酵效果,活菌数及抗热芽孢数可达7.32 CFU.mL-1和6.38 CFU.mL-1,生物毒效为528 IU.mL-1。该研究不仅为蓝藻提供了高附加值的处置新途径,而且可显著降低生物杀虫剂的生产成本,具有广阔的应用前景。     

微生物转化淀粉废水制备生物灭蚊剂

采用摇瓶发酵试验探讨了淀粉废水为原料制备微生物灭蚊剂的可行性.结果表明,无需任何预处理工序,淀粉废水可作为微生物灭蚊菌株(Bacillus thuringiensis subsp. israelensis 187菌株和Bacillus sphaericus 2362菌株)的优良发酵培养基.Bti 187和Bs 2362菌株能在淀粉废水(含固率2.5%)为唯一原料的培养基中正常生长发育,并且产孢产毒.Bti 187和Bs 2362在淀粉废水发酵42 h,活菌数分别可达7.5×108、4.5×108 CFU·mL-1;抗热性芽孢数分别可达5.1×108、2.7×108 CFU·mL-1,均显著高于常规LB培养基.与LB培养基相比,淀粉废水培养基有利于提高芽孢产率、缩短发酵周期.毒力测定表明,淀粉废水培养42 h的Bti发酵液对淡色库蚊和白纹伊蚊的LC50分别为0.78、0.87 μg·mL-1,淀粉废水培养42 h的Bs发酵液对淡色库蚊和白纹伊蚊的LC50分别为0.70、16.06 μg·mL-1,淀粉废水明显有利于Bti 187与Bs 2362菌株的产毒.本研究不仅为淀粉废水提供了高附加值的处置新途径,而且可显著降低生物灭蚊剂的生产成本,具有广阔的应用前景.     

生物淋滤联合类Fenton反应去除污染土壤中重金属的效果

针对我国南方地区广泛存在的土壤重金属污染问题,以广东韶关铅锌矿周边污染农田土壤为研究对象,探讨利用生物淋滤方法与生物淋滤联合类Fenton反应对土壤Cu、Zn、Cd和Pb的去除效果,并采用序列化学提取(SEC)方法,分析不同处理对土壤中4种重金属形态分布的影响.结果表明,经12 d生物淋滤Cu、Zn、Cd和Pb的去除率分别达到66.5%、55.1%、72.8%和35.6%,其中无机结合态重金属去除效果最好,固相中剩余重金属主要以稳定的残渣态形式存在.2 d生物淋滤联合类Fenton反应在优化的H_2O_2浓度(5 g·L-1)下,对上述4种重金属的去除率分别为55.6%、50.6%、60.7%和30.5%,低于12 d生物淋滤处理,但显著高于H_2SO_4酸化、2 d生物淋滤、化学Fenton反应等对照处理.生物淋滤联合类Fenton反应可以实现原土壤中残渣态、有机结合态和无机结合态等较稳定态重金属的有效去除,使处理后土壤中4种重金属Cu、Zn、Cd和Pb的含量分别低于50、200、0.3和250 mg·kg~(-1)的标准限值.该方法兼具生物淋滤高去除效率和Fenton反应快速处理等优势,对于修复重金属Cu、Zn、Cd和Pb等复合污染的土壤具应用前景.