异化Mn(Ⅳ)还原菌激活及其对有机药物去除

以嘉陵江沉积物为菌源,利用荧光绝对定量(qPCR)技术探究了不同碳源(葡萄糖和乙酸钠)和不同形态的锰氧化物(δ-Mn O_2和锰矿粉)对异化Mn(Ⅳ)还原菌激活效果的影响.在此基础上,研究了激活效果最佳的异化Mn(Ⅳ)还原菌对卡马西平、布洛芬、萘普生、雌激素和双氯芬酸5种有机药物的去除效果.结果表明,葡萄糖作为碳源,δ-Mn O_2作为电子受体时激活效果最佳,Mn~2+10d累计生成浓度达416.03mg/L,TOC消耗率达88.24%.激活后的异化金属还原菌在有无外加碳源时对卡马西平和布洛芬均无明显去除,对萘普生在外加碳源时能实现11.88%的去除.雌二醇和双氯芬酸可以作为异化Mn(Ⅳ)还原菌唯一碳源,其去除率可达75.70%和58.25%.     

异化Mn(IV)还原耦合降解卡马西平及双氯芬酸

本文以卡马西平（CBZ）和双氯芬酸（DCF）2种代表性有机药物作为目标污染物,嘉陵江沉积物中提取的微生物作为菌源,利用锰矿物为填料的厌氧生物滤柱探究了异化锰还原过程对CBZ和DCF的处理效果.同时研究了外加有机碳源（乙酸钠）和MnO₂对异化锰还原去除CBZ和DCF过程的影响.结果表明,在无外加乙酸钠和MnO₂时,厌氧生物滤柱对10μg/L的CBZ和DCF能分别实现25.23%和32.44%的去除.其中异化锰还原贡献的去除率分别为2.81%和14.87%,而外加0.5g/L乙酸钠和25g MnO₂均能提高异化锰还原过程中对CBZ的处理效果（分别提高6.35%和4.63%）,但对DCF的去除无显著影响.本试验可为难降解有机药物的降解提供新的思路.     

两种不同形态MnO2降解卡马西平的效果及途径对比

研究了两种不同形态MnO₂（δ-MnO₂和胶体MnO₂）对难降解有机药物卡马西平（carbamazepine,CBZ）的去除效果,并通过液相色谱质谱联用技术（LC/MS）分析了不同pH值条件下δ-MnO₂和胶体MnO₂氧化转化CBZ的产物,探究其氧化转化途径.结果表明,δ-MnO₂和胶体MnO₂能通过化学氧化作用在2h内去除约1mg/L CBZ,相比之下,胶体MnO₂受pH影响较小且单位质量Mn对CBZ具有更好的去除效果.δ-MnO₂和胶体MnO₂与CBZ反应过程中各检出7种和4种产物.胶体MnO₂具有更强的氧化能力,越过了多种中间产物的产生步骤,使CBZ的降解途径更加简明.     

锰矿石人工湿地中去除双氯芬酸的机理研究

以双氯芬酸为目标有机药物污染物,探究其在以锰矿石为填料并接种了异化金属还原菌（Geobactermetallireducens,简称GS-15细菌）的垂直流人工湿地中的去除过程.结果表明,双氯芬酸在锰矿石人工湿地中的平均去除率最高为23.56%.采用XRD和XRF对反应前后的锰矿石进行物相和元素相对含量分析,得出锰（Mn）是参与降解双氯芬酸的关键响应元素.GS-15细菌利用锰矿石发生异化还原对双氯芬酸的氧化降解是锰矿石人工湿地对双氯芬酸的主要去除途径.此外,利用液质联用技术（LC-MS/MS）对降解产物进行鉴定,发现双氯芬酸被降解生成了5-羟基双氯芬酸、双氯芬酸-2,5-亚氨基琨和1,3-二氯苯三种降解产物,该研究成果对有机药物废水的深度处理提供新的方法和理论指导.     

MBBR及UVC高级氧化技术深度处理典型医药品微污染物效能

研究了移动床生物膜反应器(MBBR)对废水中6种典型医药品微污染物的生化去除特性,对比探究了短波紫外光(UVC)活化H₂O₂、HSO-₅和S₂O2-₈工艺在连续流模式下对MBBR生化出水中残余目标医药品的深度处理效能。结果显示:MBBR能有效降解避蚊胺、吉非罗齐和布洛芬,其平均降解速率分别为835.5,889.2,653.3μg/(L·d),但难以有效去除卡马西平、克罗米通和甲氧苄啶。目标医药品微污染物对MBBR中有机碳源去除和氨氮的硝化过程影响较小。高通量基因测序结果表明:MBBR中的优势菌群包括变形菌门(65.6%)、浮霉菌门(14.8%)、拟杆菌门(7.4%)和绿弯菌门(4.2%);优势菌属包括生丝微菌属(31.6%)、甲基娇养杆菌属(10.7%)、SMIA02(9.6%)和OLB12(4.9%)。UVC活化H₂O₂、HSO-₅和S₂O2-₈工艺能够有效降解MBBR出水中残余的目标医药品微污染物,在氧化剂浓度为1.0 mmol/L的条件下,目标医药品去除率达到92.7%~99.4%。与UVC/H₂O₂工艺相比,UVC/S₂O2-₈和UVC/HSO-₅工艺对目标医药品微污染物的去除具有更明显的选择性。     

有机碳对水源水生物膜预处理工艺的影响研究

为探究水源水生物膜预处理工艺运行性能及菌群对不同有机碳源的响应特征,试验构建了2组实验室规模源水生物膜预处理系统,分别以乙醇(反应器R₁)和葡萄糖(反应器R₂)为有机碳源.试验结果表明,反应器R₁的NH₄⁺-N去除率(ARE)(88.4%±4.6%)较反应器R₂(84.9%±7.1%)更高且更稳定.葡萄糖和乙醇作为有机碳源能够增加COD_Mn的去除性能,但是两种碳源对于COD_Mn的去除效果几乎无明显差别,COD_Mn平均去除率分别为(26.3±15.4%)和(26.4±15.9%).乙醇为有机碳源增加了载体生物膜菌群多样性,而葡萄糖增加了底泥的菌群多样性,葡萄糖提高了载体生物膜中Proteobacteria的相对丰度(72.7%),是乙醇为有机碳源的载体生物膜的1.9倍,而乙醇为有机碳源强化了优势属Arcobacter(32.0%)和Tolumonas(15.4%)在生物膜中的富集,其RA值远远...     

分段进水两级A/O工艺对白酒废水的强化处理效果

为有效控制白酒废水中高质量浓度NH₄+-N对A/O系统冲击引起的出水水质超标问题,分析比较单级A/O工艺和分段进水两级A/O工艺[进水时间（以min计）分配比为7:3]对白酒废水的处理效果.结果表明:与单级A/O工艺相比,分段进水两级A/O工艺出水中ρ（NH₄+-N）、ρ（NO₂--N）、ρ（NO₃--N）和ρ（COD_Cr）均显著降低,其平均去除率分别提高了16.9%、43.2%、49.7%和8%.分段进水两级A/O工艺的二次进水能够为短程硝化反硝化的进行提供有效碳源和NH₄+-N等,为NO₂--N和NO₃--N等去除提供了有利条件;同时,它通过促进对系统内碳源的利用以及NO₂--N的去除,进一步降低了出水中ρ（COD_Cr）.此外,分段进水两级A/O工艺通过降低NH₄+-N和NO₂--N等污染物质量浓度,也能有效减弱其对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌等微生物的抑制作用,为后续好氧阶段含氮污染物的去除奠定基础.但是,分段进水两级A/O工艺对白酒废水中PO₄3-的去除效果有限,这主要是因为第二阶段的NO₂--N存在使反应系统处于缺氧环境,同时在碳源不充足的情况下,导致聚磷微生物释磷不充分,降低了第二好氧段的吸磷动力.研究显示,分段进水两级A/O工艺能够有效强化白酒废水中三态氮和COD_Cr的降解去除.      

氢自养还原菌同步去除水中Cr(Ⅵ)和NO3-

本实验研究了序批式条件下Cr（Ⅵ）和NO₃^-浓度、pH值和H₂含量对于氢自养还原菌同步去除水中Cr（Ⅵ）和NO₃^-的性能及微生物群落的影响.结果表明：系统中存在氢气时,正常活性的氢自养还原菌可实现Cr（Ⅵ）的还原;Cr（Ⅵ）初始浓度不高于2000 μg/L时,Cr（Ⅵ）和NO₃^-的还原速率及氢自养还原菌的活性不会受到Cr（Ⅵ）初始浓度的影响;作为一种优先电子受体,NO₃^-会与Cr（Ⅵ）争夺电子,降低Cr（Ⅵ）的还原速率;氢自养还原菌同步还原Cr（Ⅵ）和NO₃^-的最佳pH值为7.0左右,酸性或碱性环境都会抑制Cr（Ⅵ）还原,且NO₂^-会随着pH值的升高逐渐积累;作为电子供体,H₂是还原Cr（Ⅵ）和NO₃^-的必要条件,但H₂足量后,过量提供H₂不能提高Cr（Ⅵ）和NO₃^-的还原速率.     

混合液回流比和碳源对缺氧-好氧生物脱氮系统中NDMA总前体物去除的影响

在缺氧-好氧(A/O)脱氮系统中调节混合液回流比和外加碳源,研究了混合液回流比和不同碳源对低碳氮比城市污水中NDMA总前体物去除效果的影响.实验结果表明提高混合液回流比可以提高A/O系统对NDMA总前体物的去除效果,其作用主要通过影响缺氧池来实现;混合液回流比为400%时,可同时较大幅度提高常规指标和NDMA总前体物的去除率.外加碳源有利于A/O系统中NDMA总前体物的去除,当葡萄糖和蛋白胨作外加碳源时,A/O系统中缺氧池对NDMA的去除起主要作用;当乙酸钠作外加碳源时,缺氧池所起的作用下降;蛋白胨的加入会使进水中NDMA总前体物浓度大幅度增加;综合常规指标和NDMA总前体物的去除效果,选择葡萄糖作外加碳源比较合适.     

新型Fe3O4@α-MnO2活化过一硫酸盐降解水中偶氮染料

采用两步水热法制备了新型磁性纳米Fe₃O₄@α-MnO₂复合材料作为催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解偶氮染料活性黑5（RBK5）.采用透射电子显微镜（TEM）,X射线粉末衍射仪（XRD）和振动样品磁强计（VSM）对制备的催化剂进行表征,证明成功合成了纳米α-MnO₂包覆Fe₃O₄形态的Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂,催化剂的饱和磁化强度为39.89emu/g.Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS与单一的Fe₃O₄和α-MnO₂活化PMS相比,具有更高的催化效率,说明铁锰双金属存在协同作用.同时研究了催化剂的投加量、PMS的浓度和初始pH值等各种因素对RBK5的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS降解RBK5的过程符合准一级反应动力学,在催化剂投加量为1.2g/L,PMS的浓度为4mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为60min的情况下,浓度为30mg/L的RBK5的降解效率可达到91%,此时RBK5的降解速率常数也达到最高值0.023min^-1.此外,通过加入自由基淬灭剂甲醇、叔丁醇和硝基苯判断了Fe₃O₄@α-MnO₂/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性物种为SO₄^-·.     

前驱体对MnO2同时催化脱除氮氧化物与氯苯性能的影响

氮氧化物(NO_x)是导致酸雨和光化学烟雾的主要污染物之一,二噁英(PCDD/Fs)则是迄今为止人类已知毒性最强的物质,多污染物协同控制因能大幅降低治理成本而成为新时期大气污染治理的重点。通过水热法制备了MnO₂催化剂,研究了MnO₂催化剂同时催化脱除NO_x与氯苯(CB)的催化性能,同时考察了不同前驱体对催化性能的影响。结果表明:以MnSO₄为前驱体主要形成的是α-MnO₂,其具有最好的同时脱硝脱CB催化性能,并且具有良好的催化稳定性,在长达16 h的连续反应后仍然保持了98%的NO转化率和88%的CB脱除率。α-MnO₂催化剂具有较大的比表面积、较高的表面Mn3+浓度,丰富的表面活性氧物种,使其在中低温下具有优异的氧化还原性能。     

青藏高原北部土壤正构烷烃氢同位素及物源意义

采用正构烷烃及其单体氢同位素组成特征相结合的方法研究了青藏高原北部多年冻土区表层土壤正构烷烃（C₂₁~C₃₃）的生物来源.研究表明：表层土壤中正构烷烃呈双峰型和三峰型的分布特征,表明其具有多个生物来源.长链长正构烷烃（C₂₅~C₃₃）主要来源于陆源高等植物.表层土壤中长链长正构烷烃（C₂₅~C₃₃）中奇碳数正构烷烃的δD值比偶碳数的整体偏轻,原因可能是两者的生物合成途径不同.对中等链长正构烷烃聚类分析后分为两种类型,类型I的中等链长正构烷烃（C₂₁~C₂₄）主要来源于陆源高等植物,类型Ⅱ的中等链长正构烷烃主要来源于细菌等微生物降解的产物.表层土壤样品（FHS-10、TG2-10和TG3-10）中等链长的正构烷烃δD值最轻,应为δD值偏轻的水源和细菌等微生物降解共同作用的结果.     

鄱阳湖湿地土壤有机碳氮同位素特征及其环境意义

通过对2011年鄱阳湖及其主要入湖河流(赣江、抚河、信江、修水及饶河)15个湿地土壤样品中δ¹³C及δ¹⁵N的测定,分析探讨了鄱阳湖及其主支流湿地土壤有机质和氮素来源.结果表明:鄱阳湖湖区湿地土壤中总有机碳(TOC)的含量在0.45%~1.58%之间,总氮(TN)含量变化范围为0.06%~0.17%;各入湖河流TOC含量为0.41%~1.18%, TN含量在0.05%~0.13%之间.鄱阳湖湖区湿地土壤有机质δ¹³C及δ¹⁵N变化范围分别为-28.35‰~-18.58‰和3.27‰~6.84‰;各入湖河流湿地土壤δ¹³C和δ¹⁵N分别为-25.93‰~-22.66‰和2.97‰~5.41‰.有机质来源分析表明:除湖口处主要来源于C4植物外,鄱阳湖区及其入湖河流湿地土壤有机质的主要来源是C3植物.湖区湿地土壤氮素来源分析表明吴城处主要受农业化肥使用的影响,而其他采样点湿地土壤有机质氮素主要来源于生活污水;入湖河流湿地土壤氮素来源较复杂,生活污水、化肥及工业污水是其主要来源.     

城市污水处理厂及其受纳水体中5种典型PPCPs的赋存特征和生态风险

以5种药品及个人护理用品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)包括氯贝酸、酮洛芬、萘普生、双氯芬酸和布洛芬为目标物,初步研究了它们在上海某生活污水处理厂不同污水处理单元中的赋存特征和去除特性,探讨了污水处理厂受纳河流中5种PPCPs的分布情况,并对其在受纳水体中的生态风险进行了初步评估.结果表明,5种PPCPs在污水处理厂进水中均被检出,表明生活污水是污水处理厂中PPCPs的来源之一.5种PPCPs在整个污水处理工艺中不能全部去除,微生物转化/降解是主要降解机制.受纳污水河流中5种PPCPs的分布特征与污水处理厂出水中的相似,且排污口下游水体中目标物浓度普遍高于上游,反映出污水处理厂排放可能是其受纳水体中PPCPs的主要来源之一.初步风险评估结果表明,受纳水体中双氯芬酸存在高生态风险,而酮洛芬、萘普生、氯贝酸和布洛芬的生态风险相对较低.     

海洋沉积物中一株铁还原细菌ZQ21异化还原Fe(Ⅲ)性质分析

取渤海沉积物进行厌氧培养,富集异化铁还原细菌。采用三层平板法筛选出一株高效异化铁还原细菌ZQ21。经鉴定,该菌株为Enterococcus sp.ZQ21（GenBank号MF192756）。设置不同电子供体、电子受体和电子传递体浓度,分析菌株ZQ21异化还原Fe（Ⅲ）性质。结果表明,在乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、葡萄糖、丙酮酸钠、乙酸钠和甲酸钠为电子供体时,菌株ZQ21利用丙酮酸钠还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到113.14 ±3.46 mg/L。菌株ZQ21以柠檬酸铁和氢氧化铁为电子受体时,累积Fe（Ⅱ）浓度分别为91.75 ±1.45 mg/L和58.39 ±4.34 mg/L,Fe（Ⅲ）还原效率存在显著差异。在电子受体为氢氧化铁时,添加不同浓度电子传递体蒽醌-2-磺酸钠（AQS）,旨在提高菌株ZQ21的Fe（Ⅲ）还原效率。当AQS浓度为1.50 mmol/L时,菌株ZQ21还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到80.28 ±3.95 mg/L,比对照组提高27%。铁还原细菌ZQ21能够有效利用可溶性以及不溶性电子受体进行异化铁还原,可进一步应用于海洋污染环境中微生物介导的异化Fe（Ⅲ）还原过程。     

软锰矿与细菌催化氧化二氧化硫

研究了软锰矿与锰氧化细菌、氧化亚铁硫杆菌催化氧化二氧化硫的过程,探讨了细菌在软锰矿脱硫体系中所起的作用。结果表明:锰氧化细菌粘附于软锰矿上,氧化Mn(Ⅱ)为Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ),强化软锰矿催化氧化二氧化硫效果;锰氧化细菌促进脱硫存在一个适应期,其后的强化作用随细菌浓度增加而增加;锰细菌与铁细菌存在协同效应,并与菌液组成的比例有关。