ToxTell生物传感器在Cu2+、Zn2+冲击活性污泥系统分析中的应用

探讨了不同浓度Cu2+及Cu2+和Zn2+联合对活性污泥系统CODCr去除的影响,并采用ToxTell生物传感器,以活性污泥为指示微生物,分析了上述金属离子的毒性抑制作用.结果表明,Cu2+浓度为5mg·L-1时,其对活性污泥工艺CODCr去除存在一定的促进作用,随着Cu2+浓度的增加,其对CODCr的去除的抑制作用逐渐增强;Cu2+及Cu2+和Zn2+对活性污泥系统在抑制时间为1.5h时达到最大抑制状态,但随着曝气时间的延长,CODCr去除率呈逐渐上升趋势.ToxTell生物传感器对Cu2+和Zn2+的混合毒性具有良好的分析性能,其毒性分析结果与活性污泥工艺中CODCr的去除抑制率具有良好的一致性,初步证实该生物传感器能很好地用于活性污泥处理系统受Cu2+和Zn2+冲击的预警监测.     

磁性竹基炭对Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附机理研究

采用微波辐照技术,以枯竹子为碳源制备了磁性竹基炭(BBMC),并将其用于对重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的吸附去除.同时,分析了吸附时间、pH值、离子强度及初始金属离子浓度等条件对吸附的影响,讨论了BBMC对3种金属离子的吸附特性与吸附机理.结果表明,金属离子在BBMC上的吸附符合Langmuir等温模式和准二级动力学吸附方程;吸附的机理可归结为金属阳离子与BBMC上的H+之间的离子交换作用,且吸附能力可能与金属离子半径有关,呈现出Pb2+Cd2+Cu2+的趋势,重金属离子Pb2+、Cd2+与Cu2+的最大平衡吸附量分别为16.2、14.0和9.5 mg·g-1.     

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.     

Hg2+，Ni2+和Cu2+对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应

采用混合毒性指数法,研究了重金属离子Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)BF5的急性及联合毒性效应.急性毒性效应研究表明:Hg2 ,Ni2 和Cu2 对嗜热四膜虫的毒性大小为Hg2 >Ni2 >Cu2 ,且3种重金属离子的,IC50值随时间的延长而变小.联合毒性效应研究表明:Hg2 与Cu2 ,Hg2 与Ni2 ,以及Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存.在毒性比为1:1时,表现为先相加后协同作用;Hg2 与Cu2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后相加作用;Hg2 与Ni2 在浓度比为1:1时,表现为先拮抗后独立作用;Ni2 与Cu2 在毒性比为1:1时,表现为协同作用.在浓度比为1:I时表现为相加作用;Hg2 ,Ni2 和Cu2 三者共存,在浓度比为1:1时,表现为拮抗作用.     

藻类水体Cd2+毒性快速监测新方法研究

采用藻类生长抑制试验和光合活性抑制试验两种方法对蛋白核小球藻受不同浓度Cd2+胁迫作用下叶绿素浓度及藻活性荧光参数进行测量,依据Sigmoidal曲线拟合及单因素方差分析(one-way ANOVA)的方法对Cd2+不同胁迫时间下藻活性抑制率和96 h比生长率抑制率的相关性进行研究.结果表明,48、53、72、77和96 h的藻活性抑制率和96 h比生长率抑制率间具有较好的S函数关系(R2>0.95),因此可采用藻活性抑制率48 h-EC10和53 h-EC10来代替96 h的藻类半数比生长率抑制率EC50进行Cd2+藻类毒性实验评价.进一步分析了蛋白核小球藻受Cd2+胁迫48 h和53 h藻活性抑制率和Cd2+毒性当量的剂量-效应关系.该方法为实验室内单一Cd2+毒性的监测提供了一种快速有效的新方法,为水环境综合毒性预警提供了一种切实可行的方法依据.     

戊二醛交联酵母菌对Zn2+，Cd2+和Hg2+的吸附行为

用戊二醛作为交联剂,采用简单的方法制备机械强度高的交联酵母菌.考察菌体吸附Cd2 的影响因素,包括交联剂的用量,pH,金属离子初始质量浓度,吸附时间等,研究菌体对不同质量浓度的Zn2 ,Cd2 和Hg2 的吸附率.结果表明,戊二醛的最佳用量(体积分数)为1.0%,菌体对金属离子的吸附平衡时间为30 min,吸附过程符合准二级动力学方程.吸附为Langmuir单分子层吸附,相对于未交联菌,交联酵母菌对Cd2 的吸附容量提高2倍;pH实验表明,交联酵母菌对金属离子的吸附受酸度影响小.用于冶金厂废水的处理结果显示,0.050 0 g的交联酵母菌,对5.3 mg/L的Cd2 污水的去除率为80.6%,用0.1 mol/L的EDTA再生该吸附剂,Cd2 的解析率达92.1%.     

丝瓜瓤固定简青霉吸附废水中Pb2+和Cu2+的机理

采用一种新型固定载体——丝瓜瓤,固定简青霉(Penicillum sp.),研究其在溶液中对金属离子Pb2 和Cu2 的吸附效果,并探讨其生物吸附机理,分析其动力学特性.实验结果表明,用丝瓜瓤固定简青霉能高效去除废水中Pb2 和Cu2 .研究发现,溶液pH值对吸附过程有较大影响,最佳吸附pH值在5.5附近;最佳吸附温度为25～35℃;溶液浓度在10～500 mg·L-1范围内,固定化简青霉菌对重金属的吸附随金属离子浓度的增加而增加;吸附过程符合Langmuir等温吸附模型;生物吸附平衡时间约为60min.用0.1mol·L-1HCl解吸,循环吸附-解吸5次后,固定化简青霉吸附金属离子的能力几乎不受影响     

铁离子与其他金属离子间共效应对生化反应处理效果的影响研究

采用海绵铁填充的SBR反应器,以模拟生活污水为处理对象,通过实验研究外加Mg2＋、Mn2＋、Cu2＋、Zn2＋和Al3＋等金属离子对生物海绵铁体系去除污水中COD、NH3－N、TP等效果的影响。结果表明,低浓度的Mg2＋、Al3＋对生物海绵铁体系对COD、NH3－N、TP的去除效率一直保持在一个稳定的、较良好的水平;Zn2＋对体系去除NH3－N及低浓度的Mn2＋对体系对TP的去除都存在时间－浓度累积效应;Cu2＋对生物海绵铁体系对COD、NH3－N特别是对TP的去除有很强的抑制作用。     

Cd2+和Pb2+的单一和复合作用对菲律宾蛤仔的急性毒性效应研究

实验生态条件下采用半静态急性毒性实验的方法,比较研究了96 h内不同浓度Cd2+和Pb2+对菲律宾蛤仔(Rudi-tapes philippinarum)的急性毒性效应,分析了不同配比的两种重金属离子的复合作用对目标生物的影响。结果表明:(1)在单一污染物胁迫条件下,Cd2+、Pb2+对菲律宾蛤仔的96 h半数致死浓度LC50分别为4.740 mg/L和31.116 mg/L,其对应的安全质量浓度分别为0.677 mg/L、1.844 mg/L。Cd2+的毒性效应更强。(2)Cd2+和Pb2+的复合毒性效应表明:在所设定的不同浓度配比条件和实验时间下,Cd2+、Pb2+对目标生物均表现出明显的协同作用。     

高岭土负载纳米Fe/Ni同时去除水中Cu2+和NO3-

工业废水常含有不同污染物如重金属离子和无机阴离子,而如何有效去除复合污染物就成为环境科学前沿研究的挑战性课题.这些污染物因化学性质不同而导致去除机理和途径也不同.本文采用合成高岭土负载纳米双金属Fe/Ni(K-Fe/Ni)同步去除水中Cu2+和NO-3.结果表明K-Fe/Ni能有效去除水中Cu2+和NO-3,但它们的去除效果却会相互受到影响.在Cu2+浓度为200mg·L-1时,NO-3的去除率达到42.5%;而未加入Cu2+时,NO-3的去除率仅有26.9%,说明Cu2+的存在提高了NO-3降解效率.同样,水中NO-3的存在也影响Cu2+的去除(Cu2+去除率从99.7%降到96.5%).但NO-3浓度对去除Cu2+的影响小于Cu2+浓度对NO-3的影响.通过BET比表面积、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射(EDS)和X射线光电分析(XPS)对K-Fe/Ni表征的结果显示,反应后K-Fe/Ni的表面存在铁的氧化物、Ni0和被还原的Cu0.基于以上结果,我们发现K-Fe/Ni同步去除水中Cu2+和NO-3的机理是:高岭土负载下的纳米Fe0作为还原剂,在Ni0的催化产氢作用下将Cu2+还原成Cu0并沉积在K-Fe/Ni上而形成纳米Fe/Ni/Cu三金属催化剂,从而加速催化水中NO-3降解.     

吸附-降解组合生物系统处理含铜离子城市污水

采用Pseudomonas putida 5-x细胞为吸附剂的生物吸附过程组合SBR生物降解系统处理含铜离子城市废水.研究了生物吸附剂Pseudomonas putida 5-x细胞的最佳制备条件以及组合系统的运行过程.实验结果表明,在优化的条件下,Pseudomonas putida 5-x细胞对铜离子的吸附容量可达87.3mg·g^-1,经生物吸附处理后,污水中Cu²⁺的含量显著降低,尽管残留的Cu²⁺对活性污泥吸附COD的能力尚有一定影响,但已不影响SBR系统对废水中COD的去除效果.研究表明,在活性污泥法处理含铜离子废水前,采用生物吸附技术降低废水中Cu²⁺含量,有利于提高后续活性污泥过程对COD的去除能力.     

铜离子的持续负荷对活性污泥生物硝化活性的影响

重金属对生物硝化的抑制是困扰很多污水处理厂脱氮效果的难题.本文采用间歇式活性污泥反应器(SBR),研究了模拟废水中不同浓度的Cu2+持续抑制及负荷停止后硝化效率、硝化细菌活性和Cu分布的变化.结果表明,硝化活性易受Cu2+的影响,抑制程度随着Cu2+浓度的增大和施加持续Cu2+负荷的运行周期的延长而提高,当活性污泥内、外吸附Cu的总量达(14.0±1.0)mg·g-1(以MLSS计)时,氨氮去除率降至26.5%±4.0%.Cu2+对氨氧化细菌(AOB)的抑制作用大于亚硝酸盐氧化细菌(NOB).在Cu2+负荷为10和20 mg·L-1的体系中,NOB可以全部或部分被驯化而适应含铜废水.恢复阶段,AOB和NOB的活性完全或部分恢复,恢复速率和程度随抑制期Cu2+投加浓度的增加而降低.反应体系内Cu主要分布在细胞内部和表面,且不易解析,硝化抑制率与溶解的Cu2+浓度呈负相关性.     

用TTC与INT-电子传递体系活性表征重金属对污泥活性的影响

研究了不同浓度的Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和Ag⁺对污泥TTC和INT 电子传递体系活性产生的影响 ,比较了这 2个参数在表征污泥活性受重金属抑制时的灵敏性 .结果表明 ,各种重金属抑制污泥TTC 电子传递体系活性的IC₅₀小于抑制INT 电子传递体系活性的IC₅₀,TTC 电子传递体系活性反映重金属毒性作用的灵敏性大于INT 电子传递体系活性 .实验的重金属离子呈现出不同的毒性作用 ,以TTC 电子传递体系活性为评价参数 ,毒性顺序为 :Hg²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺>Ag⁺>Zn²⁺>Ni²⁺>Pb²⁺,以INT 电子传递体系活性为评价参数 ,毒性顺序为 :Hg²⁺>Ag⁺>Cu²⁺>Cd²⁺>Zn²⁺>Ni²⁺>Pb²⁺.     

重金属对厌氧污泥电子传递体系活性影响研究

以2-氯酚（2-CP）厌氧降解污泥电子传递体系(ETS)活性为考察对象,研究了3种典型重金属元素Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺对ETS活性的影响,并比较了驯化过程对提高厌氧微生物抗重金属毒性的作用.重金属离子对厌氧污泥呼吸活性的抑制作用发生很快,在0.25 h内就已表现出来,并随金属浓度的增加而加剧.驯化前,3种金属的作用均表现为抑制,抑制作用的强弱顺序为Ni²⁺>Cd²⁺>Cu²⁺,抑制强度与金属离子在水溶液中的含量成正相关关系.采用低浓度金属离子驯化的方法可以有效改善重金属毒性.驯化后,Cu²⁺毒性的降幅约为10%,Cd²⁺毒性的最大降幅超过40%,Ni²⁺对污泥ETS活性的作用则基本表现为促进,最佳促进浓度约为70　mg/L.Ni²⁺对ETS活性的特殊激活作用可能与其能形成正四面体结构的络合物有关.驯化作用对改善金属毒性的效果：Ni²⁺>Cd²⁺> Cu²⁺.     

纳米伊/蒙黏土对水体中重金属的吸附去除效果

为明确纳米伊/蒙黏土(下称伊/蒙黏土)作为修复材料在去除水体重金属方面的应用潜力,研究了伊/蒙黏土对水体中Ni2+、Cu2+和Cd2+的去除效果与吸附规律,并通过小麦水培试验分析伊/蒙黏土降低水体重金属在小麦地上部分的累积和缓解重金属对小麦的毒害效应等效果. 结果表明:伊/蒙黏土可以吸附去除水体中的Ni2+、Cu2+和Cd2+,当水体中ρ(Ni2+)、ρ(Cu2+)和ρ(Cd2+)分别为5、10、2 mg/L时,添加2%(以w计)的伊/蒙黏土对3种重金属的去除率均达到95%以上. 伊/蒙黏土对重金属的吸附等温线符合Langmuir方程,对Ni2+、Cu2+和Cd2+的理论最大吸附量分别为2.13、8.52和1.56 mg/g. 在培养液中添加2%伊/蒙黏土可降低小麦对Ni2+、Cu2+和Cd2+的累积富集,缓解重金属对小麦生长的毒害效应. 研究显示,纳米伊/蒙黏土可有效去除水体中的Ni2+、Cu2+和Cd2+,并缓解其对小麦的毒性,因此其在修复水体重金属污染、恢复水环境生态功能方面具有潜在的应用前景.      

Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.     

臭氧氧化-活性污泥法处理含PVA工业废水的试验研究

含聚乙烯醇(PVA)工业废水可生化性较差,处理难度大,为了寻找经济合理、切实可行的处理技术,研究了臭氧氧化-活性污泥法对不同浓度含PVA实际工业废水的处理效果,并与传统活性污泥法进行了比较.结果表明,臭氧氧化-活性污泥法对COD<500 mg·L-1,PVA在10～30 mg·L-1范围的PVA废水处理效果与传统活性污泥法相比,相差不大,臭氧预处理效果不明显;对于COD在500～800 mg·L-1,PVA为15～60 mg·L-1的PVA废水处理效果明显,COD和PVA的平均去除率分别为92.8%和57.4%,比传统活性污泥法提高了4.1%和15.2%,出水COD在30～60 mg·L-1之间;对于COD为1 000～1 200mg·L-1,PVA在20～70 mg·L-1范围的PVA废水,臭氧氧化-活性污泥法处理效果显著,COD和PVA的平均去除率分别为90.9%和45.3%,比传统活性污泥法对COD和PVA的去除率分别提高了12.8%和12.1%,但是出水需要进一步处理才能达标排放.与传统活性污泥法相比,臭氧氧化-活性污泥法处理效率高,运行稳定,能有效地处理含PVA的工业废水.     

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸（PFOS）的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g~(-1)和0.38 mg·g~(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca~(2+)和Cu~(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.     

生物传感细胞ADP1_pWHlux在水环境急性毒性检测中的应用

针对天然发光菌和以模式微生物为宿主构建的生物传感细胞在急性毒性检测应用中对测试条件要求苛刻等适用性问题,本研究将1株基因工程构建的生物传感细胞不动杆菌ADP1_p WHlux应用于急性毒性检测,建立检测方法,考察其灵敏度及检测范围.结果表明,ADP1_p WHlux发光受急性毒物的抑制,毒物剂量与发光抑制存在剂量效应关系.在4 mg·L-1Hg Cl2诱导下仅5 min可作出响应,暴露30~60 min后可以给出较为准确的结果.对Hg Cl2的检出限可达0.04 mg·L-1.对我国生活饮用水卫生标准的指标中Be2+、Ba2+、Cu2+、Ni2+检出效果明显,对Be2+、Ba2+、Cu2+的检测范围均在0.025~250 mg·L-1,对Ni2+的检测范围在0.002 5~250 mg·L-1,对Pb2+、Br O-3、Cl O-2的检出限均在0.002 5 mg·L-1,对Cl O-3检出限为0.025mg·L-1.采用ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法对北京市清河水环境急性毒性进行评价,表明ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法可用于污染水样检测.