溶氧对富集培养的河口湿地表层沉积物氨氧化菌多样性及氨氧化速率的影响

溶氧(dissolved oxygen,DO)是影响氨氧化过程的一个重要环境因素.为探究DO对氨氧化过程的影响程度及其作用机制,本研究对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化菌富集培养物进行DO处理实验,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术比较不同DO条件下氨氧化菌多样性,确定DO对氨氧化速率、氨氧化菌多样性的影响规律.结果表明,在饱和及好氧条件下氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落多样性指数(Shannon index)达到2.00和2.05,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)为2.49和2.03,氨氧化速率分别达到14.20 mg·(L·d)-1和13.36 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率达到93.8%和88.2%.而在缺氧和厌氧条件下AOB群落多样性指数分别为1.76和1.80,AOA为1.27和2.21,氨氧化速率仅为7.82 mg·(L·d)-1和5.66 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率为51.7%和37.4%.相关性分析结果表明,DO浓度与氨氧化速率呈极显著正相关,与AOB多样性指数亦呈显著正相关;DO和氨氧化速率与AOA群落各指数都无相关关系.     

纳米氧化锌颗粒胁迫对氨氧化细菌共代谢去除磺胺嘧啶的影响

为了探究纳米氧化锌颗粒(nZnO)胁迫下氨氧化细菌(AOB)共代谢去除抗生素能力的变化规律,本研究选择了一种广泛使用的磺胺类抗生素磺胺嘧啶(SDZ)作为实验对象,通过考察不同浓度的nZnO胁迫下富集AOB污泥中氨氮浓度、SDZ浓度、胞外聚合物(EPS)、关键酶活性及活性氧(ROS)的变化特征,探究nZnO赋存对富集AOB污泥及其共代谢降解去除SDZ能力的影响.结果表明,一定浓度范围(0～25 mg·L^-1)内,nZnO对水中氨氮的转化存在浓度抑制效应,随着nZnO浓度的升高,氨氧化速率逐渐降低;nZnO处理后AOB中的关键功能酶—氨单加氧酶和羟胺氧化还原酶的活性均显著下降,50 mg·L^-1 nZnO处理组酶活下降的最为显著;nZnO刺激下产生了大量的ROS,并且ROS的产量与nZnO浓度呈正比;在0～25 mg·L^-1 nZnO的范围内,SDZ的去除率随着nZnO浓度的升高而逐渐降低,但50 mg·L^-1 nZnO实验组的SDZ去除率达到最高,甚至超过了空白对照组.     

厌氧氨氧化菌的生物特性及CANON厌氧氨氧化工艺

厌氧氨氧化(ANaerobicAMMonium OXidation,缩写为ANAMMOX)指的是在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气的过程.该过程由一类独特的、被称为"厌氧氨氧化菌"的专性厌氧微生物催化完成.作为细菌域浮霉菌门的成员,厌氧氨氧化菌具有与普通原核细菌显著不同的细胞结构;更重要的是,厌氧氨氧化在氮循环中扮演重要角色,并在污水处理领域显示出良好的应用潜力:厌氧氨氧化联合短程硝化非常适合处理高氨氮低碳废水.在一段式的CANON(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite)厌氧氨氧化工艺中,好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌在氧限制的单个反应器内协同去除氨氮,这在节省反应器空间的同时对系统内功能菌群的优化调控提出了更高的要求.本文重点介绍了厌氧氨氧化菌的生物特性以及CANON厌氧氨氧化工艺的最新进展.     

厌氧氨氧化技术应用研究进展

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是新型经济的生物脱氮新工艺。在缺氧或厌氧条件下,经厌氧氨氧化自养菌将NH+4-N和NO-2-N转化为N2的过程。相比其他脱氮过程厌氧氨氧化具有需氧量少、污泥产量低、无二次污染、适用于处理高含氮量低碳氮比废水等的优势。综述了厌氧氨氧化的发现过程、作用机理、影响因素及厌氧氨氧化菌的种类,同时介绍了基于厌氧氨氧化技术的污水处理工艺类型及各工艺特点,最后总结了厌氧氨氧化技术存在的问题及今后研究的趋势。     

氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO2型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率[qNO2.max=0.144 mg·(mg·h)-1]、二氧化氮半饱和常数(KNO2=0.821μmol·L-1)和二氧化氮抑制性常数(Ki=1.721μmol·L-1).在微量NO2气体中添加2%O2氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2%O2和50×10-6 NO2的条件下,达到0.198 mg·(mg·h)-1.在21%O2和微量NO2条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21% O2和100×10-6 NO2时氨氧化速率达到0.477 mg·(mg·h)-1,比无NO2空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO2表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O2和微量NO2混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%O2和微量NO2条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO2强化氨氧化的机理.     

我国北方四类土壤中氨氧化古菌和氨氧化细菌的活性及对氨氧化的贡献

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)与氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)是目前已知的两类好氧氨氧化微生物,广泛分布于各类生态系统中.采用双氰胺(dicyandiamide;DCD)和1-辛炔(1-octyne)抑制剂的方法对我国北方湿地、草原、农田、沙漠4类生态系统的土壤中AOA和AOB的氨氧化速率(ammonia oxidation rate,AR)分别进行定量测定,剖析AOA、AOB对不同土壤中氨氧化的贡献.结果表明:在氨氮含量较高的湿地土壤((32.58±1.38)mg·kg~(-1))中氨氧化速率由AOB主导(ARAOB占AR的86.19%),而在氨氮含量较低的草原土壤((10.40±0.69)mg·kg~(-1))、农田土壤((5.09±0.25)mg·kg~(-1))中氨氧化速率则由AOA主导(ARAOA分别占AR的65.50%、62.20%).氨氮含量是影响AOA、AOB相对活性的主要限制性因素.湿地土壤中氨氧化速率最高,为3.22 mg·kg~(-1)·d~(-1)(以N计),其次是草原土壤和农田土壤,其AR分别为1.11、1.00 mg·kg~(-1)·d~(-1),沙漠土壤中未检测到氨氧化速率.对氨氧化古菌、细菌的amoA基因进行定量分析的结果表明:在氨氮含量最高的湿地土壤和最低的沙漠土壤((1.27±0.05)mg·kg~(-1))中AOA丰度高于AOB丰度,在草原、农田土壤中AOB丰度高于AOA丰度.amoA基因生物多样性分析表明,377个古菌amoA序列以85%相似度可以划分为19个独立操作单元(operational taxonomic unit,OTU),具有较高的生物多样性,其Shannon指数为1.51~1.73.直接通过氨氧化微生物amoA基因丰度来推测AOA、AOB的活性具有一定的缺陷,而依靠AOA、AOB分别的氨氧化速率能够准确地衡量其在不同生态系统中对氨氮去除的相对贡献,对于理解不同生态系统中氨氮去除过程和效应有着重要的意义.     

利用垃圾渗滤液富集培养氨氧化菌

确保活性污泥中适当的氨氧化菌(AOB)的数量及活性对污水生物除氮过程至关重要,投加富集AOB是增加活性污泥中AOB浓度的方法之一. 为了经济有效地获取富集的AOB并有效处理难降解的垃圾渗滤液,对利用垃圾渗滤液富集培养AOB的可行性进行了研究. 采用烟台市生活垃圾填埋场的垃圾渗滤液作为培养基,利用辛安河污水处理厂A2/O工艺二沉池的回流污泥进行接种,通过更代方式富集培养AOB. 结果显示:更代4次后,菌液中AOB的浓度增至原来的5.6倍;向活性污泥中投加14.5%的经过4次更代富集培养的AOB,氨氧化速率提高了65.4%,从而验证了利用垃圾渗滤液富集AOB是可行的.      

异养硝化、厌氧氨氧化及古菌氨氧化与新的氮循环

自然界中氮循环与微生物的作用密不可分.在过去的几年里,随着异养硝化、厌氧氨氧化和古菌氨氧化过程的发现,人们对氮循环的认识发生了明显的变化.就异养硝化菌、厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现、生化机理及分子生物学等方面进行综述,旨在为今后人们重新认识和构建新的氮循环提供有用信息,并对这些新型微生物今后在污水生物脱氨处理中的应用提出了一些展望和设想.指出今后在污水生物处理系统中,可通过富集异养硝化菌强化同步硝化反硝化、富集厌氧氨氧化菌实现单级自养脱氟、富集氨氧化古菌提高低溶解氧下的脱氮效率.     

两种粒径纳米银对Nitrosomonas europaea的毒性效应

为明晰不同粒径纳米银（AgNPs）对欧洲亚硝化毛杆菌（Nitrosomonas europaea）的毒性效应,采用室内培养方式,探究10nm和50nm的AgNPs对N.europaea生长、氮转化能力、细胞结构、活性氧生成和功能基因表达的影响.结果表明,AgNPs暴露抑制N.europaea生长,随着暴露时间的延长,细菌生长抑制率增加,在4h达到最大值;培养基中NH₄⁺向NO₂^-转化速率减缓,N.europaea的铵态氮转化能力降低;扫描电镜（SEM）图像显示AgNPs造成部分细菌表面塌陷且有孔洞,细胞膜受损严重;透射电镜（TEM）图像显示AgNPs造成细菌内部核物质消融,细胞质膜界限模糊;流式细胞仪（FCM）检测发现AgNPs增加细胞内活性氧的生成;qRT-PCR技术对AgNPs暴露后N.europaea功能基因amoA、hao、merA表达进行测定,发现AgNPs抑制N.europaea功能基因的转录表达.综上所述,AgNPs通过与细胞膜相互作用和产生氧化应激损伤N.europaea,抑制amoA和merA的表达,进而影响铵态氮转化过程,且小粒径AgNPs的毒性强于大粒径.     

氨氧化菌对填埋场CH_4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C2H2)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH4浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH4浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH4协同氧化及铵抑制作用.结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍.铵对CH4氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍.填埋场样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率明显高于一般土壤.     

硝化细菌在不同温度下对氮素的去除效能研究

在15℃进行硝化细菌的富集,菌种的分离纯化,初筛,硝化效果的测定。对其中4株硝化效果较好的亚硝酸菌BY5、SY6和硝酸菌BX4、SX5进行生理生化指标鉴定,将其鉴定到属：前两者属于亚硝酸单胞菌属,后两者属于硝酸杆菌属。研究了不同温度对这4株菌株硝化效果的影响。结果表明,4株菌的最适合温度为25℃－30℃,亚硝酸菌的氨氮去除率可以达到74％,硝酸菌的亚硝酸盐去除率可以达到70％,在15℃时,亚硝酸菌和硝酸菌的氨氮去除率争亚脯酸盐去除率均可达到60％以上。     

两种粒径氧化镍纳米颗粒对小球藻(Chlorella vulgaris)的生物毒性

采用藻类生物毒性测试方法(OECD201)研究了两种粒径氧化镍(NiO)纳米颗粒对小球藻(Chlorella vulgaris)的生物毒性.发现纳米颗粒的毒性与其尺度有关,7 nm NiO的毒性大于20 nm NiO,二者72 h EC50分别为18.01和74.64mgNiO/L.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了对...     

Bioaccumulation and effects of sediment-associated gold- and graphene oxide nanoparticles on Tubifex tubifex

With the development of nanotechnology,gold(Au) and graphene oxide(GO) nanoparticles have been widely used in various fields,resulting in an increased release of these particles into the environment.The released nanoparticles may eventually accumulate in sediment,causing possible ecotoxicological effects to benthic invertebrates.However,the impact of Au-NPs and GO-NPs on the cosmopolitan oligochaete,Tubifex tubifex,in sediment exposure is not known.Mortality,behavioral impact(GO-NP and Au-NP) and uptake(only Au-NP) of sediment-associated Au-NPs(4.9±0.14 nm) and GO-NPs(116±0.05 nm) to T.tubifex were assessed in a number of 5-day exposure experiments.The results showed that the applied Au-NP concentrations(10 and 60 μg Au/g dry weight sediment) had no adverse effect on T.tubifex survival,while Au bioaccumulation increased with exposure concentration.In the case of GO-NPs,no mortality of T.tubifex was observed at a concentration range of 20 and180 μg GO/g dry weight sediment,whereas burrowing activity was significantly reduced at 20 and 180 μg GO/g dry weight sediment.Our results suggest that Au-NPs at 60 μg Au/g or GO-NPs at 20 and 180 μg GO/g were detected by T.tubifex as toxicants during short-term exposures.     

湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量

采用定量PCR方法测定了4个湖泊沉积物中氨氧化微生物的amoA基因数量,并分析了其与环境因子之间的关系. 结果表明:小南湖AOA(氨氧化古菌)和AOB(氨氧化细菌)的amoA基因数量最多,分别达2.1×104和2.8×103copies/g(以干质量计,下同);梁子湖仅检测到了AOA amoA基因的存在,平均值为4.9×103copies/g. 东湖和汤逊湖的AOA amoA基因数量比较接近,约为3.0×103copies/g,然而AOB的amoA基因数量在这2个湖泊中仅分别为37和86copies/g;在这些采样点中,AOA的amoA基因数量是AOB的3~278倍. 统计分析发现,随着湖泊营养水平和间隙水中ρ(NH₄+)的上升,AOA和AOB的amoA基因数量均呈增加趋势,但ρ(NH₄+)增加对AOB的促进作用要大于AOA,导致AOA和AOB的amoA基因数量比值与间隙水中ρ(NH₄+)呈显著负相关. pH上升对2类氨氧化微生物的抑制作用则与ρ(NH₄+)增加对它们的促进作用相反. 沉积物中amoA基因数量与间隙水中ρ(NO₂-)无显著相关性,但与ρ(NO₃-)呈显著正相关. 由于ρ(NH₄+)与ρ(DO)之间呈显著负相关,因此认为ρ(DO)与氨氧化微生物amoA基因数量之间的显著负相关可能更多的是对ρ(NH₄+)与氨氧化微生物amoA基因数量之间紧密关系的一种间接反应.      

臭氧化芳香族化合物中生物毒性的演变规律研究

臭氧工艺越来越广泛地应用于难降解废水的处理,但由于臭氧的部分氧化特性,可能会导致高毒性中间产物的生成.为了揭示臭氧工艺的生态安全性,研究了不同工艺条件下,臭氧化苯酚、邻甲酚、对甲酚、间甲酚、苯胺和对氯苯胺时急性生物毒性的变化.结果表明,尽管母体污染物与总有机碳(TOC)的浓度在臭氧化过程中持续下降,但生物毒性随着反应时...     

污泥四环素含量对蚯蚓堆肥中氨氧化菌群的影响

抗生素常积聚于脱水污泥中,其含量可影响污泥蚯蚓粪的氮肥价值.本研究通过向城市污泥中添加不同浓度四环素(0、100、500和1 000 mg·kg~(-1)),比较四环素含量对污泥蚯蚓堆肥过程中的硝化速率、氨氧化菌种群结构和丰度的影响,揭示四环素对污泥蚯蚓堆肥体中氨氧化作用的影响机制.结果表明,高含量四环素(1 000 mg·kg~(-1))显著抑制污泥蚯蚓堆肥过程的硝化速率(P 0. 05),但低含量四环素对硝化速率的影响并不显著.相比于氨氧化细菌(AOB),污泥蚯蚓堆肥体中氨氧化古菌(AOA)为氨氧化作用的主导者.低含量四环素(100 mg·kg~(-1))能显著提升氨氧化菌群amoA基因的丰度(P 0. 05);但随着四环素剂量增加,其对amoA基因的丰度有显著的抑制作用(P 0. 05).高通量测序结果表明,添加四环素改变了AOA和AOB的种群多样性及其结构,且AOA的α多样性和四环素含量之间呈负相关关系.     

纳米CuO在水体环境中的转化行为及其对大型溞的毒性效应

为探究纳米CuO颗粒(CuO NP)在水体中的环境暴露风险,考察了腐殖酸(SRHA)和酸根离子对CuO NP转化行为的影响,探讨了CuO NP在不同条件下转化对大型溞的毒性效应差异.结果表明,与单独水体中CuO NP的转化行为相比,H₂PO^-₄显著促进了CuO NP释放Cu²⁺,Cl^-、NO^-₃、SO₄^2-对CuO NP的转化行为没有显著影响,而CO₃^2-、HCO^-₃、PO₄^3-、HPO₄^2-抑制了CuO NP中Cu²⁺的释放;SRHA显著促进了CuO NP释放Cu²⁺,但HCO^-₃、PO₄^3-     

Allium cepa root tip assay in assessment of toxicity of magnesium oxide nanoparticles and microparticles

Allium cepa bioassay had been used from decades for the assessment of toxicants and their harmful effects on environment as well as human health. Magnesium oxide(MgO) particles are being utilized in different fields. However, reports on the adverse effects of MgO nanoparticles on the environment and mankind are scarce. Hence, the toxicity of MgO particles is of concern because of their increased utilization. In the current study, A. cepa was used as an indicator to assess the toxicological efficiency of MgO nano-and microparticles(NPs and MPs) at a range of exposure concentrations(12.5, 25, 50, and100 μg/m L). The toxicity was evaluated by using various bioassays on A. cepa root tip cells such as comet assay, oxidative stress and their uptake/internalization profile. Results indicated a dose dependent increase in chromosomal aberrations and decrease in mitotic index(MI) when compared to control cells and the effect was more significant for NPs than MPs(at p 0.05). Comet analysis revealed that the Deoxyribonucleic acid(DNA) damage in terms of percent tail DNA ranged from 6.8–30.1 over 12.5–100 μg/m L concentrations of MgO NPs and was found to be significant at the exposed concentrations. A significant increase in generation of hydrogen peroxide and superoxide radicals was observed in accordance with the lipid peroxidation profile in both MgO NPs and MPs treated plants when compared with control. In conclusion, this investigation revealed that MgO NPs exposure exhibited greater toxicity on A. cepa than MPs.     

基于神经网络模型绿色合成纳米氧化锰及其性能研究

近年来,基于对纳米材料生物毒性和合成成本的考虑,纳米材料的绿色合成和应用在环境领域受到了广泛关注,但迄今仍面临纳米材料的绿色合成机制尚未明确及去除效率不理想两个问题.本研究选择As（III）和As（V）作为目标污染物,通过神经网络模型对纳米氧化锰（MONPs）的合成条件进行优化,发现当污染物浓度和材料投加量分别为0.1 mg?L^-1和5 mg?L^-1时,优化后的MONPs对As（III）和As（V）的去除 效率分别从43.9%、80.0%提高到90.2%、92.2%.从SEM的结果中发现优化后的材料粒径更小,根据EDS和FTIR结果,可以证明优化后材料中的Mn元素比例显著增加.另外,XRD和XPS结果则证明优化后材料从原来的Mn（II）变为Mn（IV）,提高了材料的氧化能力.Zeta电位结果表明优化后材料表面的负电荷减少,进而循环伏安法结果证实了材料电子转移能力的提高,均有利于As的去除.最后,优化后MONPs在经过5次重复利用后仍具高的性能,同时对多种重金属具有一定的吸附能力.显然,基于神经网络模型绿色合成氧化锰纳米材料对砷污染修复具有 较强的针对性和实用性.