Fontibacter sp. SgZ-2厌氧腐殖质/Fe(Ⅲ)还原特性及电子传递机制研究

腐殖质和Fe(Ⅲ)呼吸是重要的微生物胞外呼吸形式,电子传递途径是胞外呼吸研究的核心科学问题.为全面理解1株铁还原新菌的电子转移特性和环境功能,以该菌株Fontibacter sp.SgZ-2为研究对象,考察其厌氧腐殖质和Fe(Ⅲ)还原特性,并探寻不同电子受体条件下的电子传递链组成差异.采用厌氧恒温培养法研究了菌株厌氧还原特性.结果表明,菌株SgZ-2具有还原腐殖质模式物[9,10-蒽醌-2,6-二磺酸(9,10-anthraquinone-2,6-disulfonic acid,AQDS)和9,10-蒽醌-2-磺酸(9,10-anthraquinone-2-sulfonic acid,AQS)]、腐殖酸(humic acids,HA)和可溶性Fe(Ⅲ)(Fe-EDTA和柠檬酸铁)以及铁氧化物[水铁矿(hydrous ferric oxide,HFO)]的能力.发酵性糖类(葡萄糖和蔗糖)是菌株SgZ-2还原腐殖质和Fe(Ⅲ)的最佳电子供体.另外,通过呼吸抑制剂法比较了菌株4种电子受体条件下(O2、AQS、Fe-EDTA和HFO)参与电子传递的电子载体差异.结果表明,O2和Fe-EDTA还原条件下,菌株SgZ-2的电子传递链组分基本相似,均包括脱氢酶、醌泵和细胞色素b-c.AQS和HFO还原条件下,电子传递链组分只包含脱氢酶.因而,菌株SgZ-2可溶性和不溶性Fe(Ⅲ)之间的电子传递链组分存在明显差异,并且可溶性受体之间(O2、Fe-EDTA和AQS)的电子传递链组成也不同.本研究建立了1株铁还原新菌Fontibacter sp.SgZ-2不同电子受体条件下的电子传递链模型,并将电子传递机制的研究拓展到了Fontibacter菌属.此研究将为理解该属的电子转移特性及其环境行为提供理论基础.     

COD/SO_4~(2-)值对硫酸盐废水厌氧消化的影响

采用间歇试验方式,研究了COD/SO_4~(2-)值对硫酸盐废水厌氧消化的影响。试验结果表明,COD/SO_4~(2-)值是影响厌氧消化处理效果的主要参数。本试验中,COD/SO_4~(2-)>15,硫酸盐还原作用对厌氧反应器影响甚微;COD/SO_4~(2-)=5—15时,硫酸盐还原作用对厌氧反应器产生轻度抑制,相对产甲烷率为79.2％—94.7％;COD/SO_4~(2-)=0.5—5时,反应器受中度抑制,相对产甲烷率为61.6％—79.2％;COD/SO_4~(2-)<0.5时,反应器受严重抑制。COD/SO_4~(2-)≥1时,相对产甲烷率与COD/SO_4~(2-)值之间有很好的线性关系。     

蒽醌-2-磺酸钠促进Klebsiella oxytocaGS-4-08脱色产氢机制与产能分析

采用0~0.5 mmol·L~(-1)蒽醌-2-磺酸钠(AQS)研究其对Klebsiella oxytoca GS-4-08厌氧降解甲基橙(MO)的影响,对比细菌产氢、降解碳源及生成产物等情况,得出最佳浓度为0.1 mmol·L~(-1).在该浓度下,Klebsiella oxytoca GS-4-08可在10 h内完全脱色MO,25 h内降解蔗糖达到92%,同时产生0.117 mol·mol~(-1)乙醇和0.116 mol·mol~(-1)乙酸,2.25 mol·mol~(-1)氢气;将实验结果与已有研究进行对比,分析了AQS促进Klebsiella oxytoca GS-4-08厌氧脱色MO与产氢的机制.通过将细菌降解过程中的物质转换为COD进行对比,对降解过程中电子转移进行了分析,得到0.1 mmol·L~(-1)AQS浓度时电子得率最高,其为87.98%;并将细菌降解过程中的能源转换进行对比,得到0.1 mmol·L~(-1)AQS浓度时能源产量最高,其为802 k J·mol~(-1);同时得出Klebsiella oxytoca GS-4-08发酵过程可产生两种以上生物燃料,表明了其在工业生产应用上的前景.     

Fe^0/厌氧微生物联合体系处理2，4，6-三氯酚影响因素的研究

利用Fe^0/厌氧微生物联合体系对2,4,6-三氯酚（2,4,6-TCP）进行降解研究。结果表明,Fe^0/厌氧微生物联合体系可以有效降解2,4,6-TCP,Fe^0与厌氧微生物之间存在明显的协同效应。Fe^0/厌氧微生物联合体系处理2,4,6-TCP的最优条件为：微生物接种量0．434gVSS/L,Fe^0投加量15g/L,体系初始pH值7．0～8．0。     

2,6-二氨基蒽醌/石墨烯复合电极强化电吸附Pb2+

电吸附高效去除水中重金属离子的关键在于开发性能优异的电极材料.采用2,6-二氨基蒽醌(DA)修饰还原氧化石墨烯(r GO),通过溶剂热法成功制备了DA@rGO复合电极,考察了复合电极的电化学性质及电吸附Pb~(2+)性能.循环伏安测试表明,复合电极电化学性质优异,比电容在电流密度为1 A·g-1时达到304. 4 F·g-1,DA修饰显著提高了复合电极的赝电容.电吸附Pb~(2+)测试表明,施加电压为-1. 2 V时电吸附效果最优,反应60 min后Pb~(2+)去除率达94. 8%.电吸附过程符合一级动力学方程,Langmuir模型拟合得到Pb~(2+)的饱和吸附量为356. 66 mg·g-1,明显高于r GO电极(319. 40 mg·g-1),DA修饰引起的电容增加是复合电极Pb~(2+)吸附量提高的重要原因.使用0. 5 mol·L-1硝酸处理可使电极吸附的Pb~(2+)在5 min内脱附完全,实现吸附剂再生.经过10次电极吸附-脱附循环后,DA@rGO复合电极对Pb~(2+)的吸附去除率保持在88%左右,电极循环性能稳定.     

Pseudomonas sp.HS-2厌氧转化双酚F及疏水性蒽醌类化合物的促进作用

为揭示双酚F的厌氧归趋及提高双酚F的厌氧生物转化速率,本文以硝酸盐为电子受体,研究了Pseudomonas sp. HS-2厌氧转化双酚F的特性,并外加4种疏水性蒽醌类化合物(蒽醌、1-氨基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-羟基蒽醌)来促进双酚F的厌氧转化.结果表明,菌株HS-2能够将双酚F厌氧转化为4,4-二羟基二苯基甲酮.最适培养条件为:硝酸盐5 mmol·L~(-1)、pH=7和温度35℃.在最适条件下,4种疏水性蒽醌类化合物均能促进双酚F厌氧转化,且2-氨基蒽醌的促进作用最明显.当2-氨基蒽醌浓度为20 mg·L~(-1)时,准一级反应速率常数为2.9×10~(-2) h~(-1),较不加2-氨基蒽醌体系提高了37.1%.在无硝酸盐存在时,2-氨基蒽醌不能使菌株HS-2厌氧转化双酚F.但当硝酸盐存在时,外加2-氨基蒽醌则能够促进双酚F的厌氧转化.     

CO2代替硫酸中和印染废水对厌氧处理的影响

高碱性印染废水在生化处理前需进行中和处理降低pH,而通常所采用的硫酸会对厌氧处理产生抑制效应,因此分别使用CO_2和硫酸中和印染废水,并采用UASB反应器进行厌氧处理,对比分析反应器的处理效果与微生物群落结构.结果表明:采用CO_2代替硫酸中和印染废水的UASB-2反应器内ρ(SO42-)显著降低,ρ(CODCr)ρ(SO42-)由2～3升至6～8,CODCr去除率和氨化率分别升高了46. 8%和42. 2%;在进水采用硫酸中和的UASB-1反应器内,产酸菌与SRB(sulfate reducing bacteria,硫酸盐还原菌)丰度的增加导致反应器处理效率不佳,而UASB-2反应器内微生物多样性提高,绿弯菌门(Chloroflexi)、热孢菌门(Thermotogae)及Thermovirga属等优势菌群有利于提高厌氧污泥处理能力;进一步将CO_2中和工艺代替硫酸中和工艺应用到实际工程,发现生化处理系统CODCr、TP、TN污染物去除率由原来的91%、82%和52%分别升至95%、89%和60%,每年可减少印染废水处理成本165×104元,减排CO_2气体3 150 t.研究显示,CO_2中和工艺在印染废水处理中有一定的推广应用价值.     

COD/SO42-对青霉素菌渣厌氧消化影响

针对抗生素菌渣厌氧消化过程SO_4~(2-)的抑制问题,利用批试实验对不同COD/SO_4~(2-)比青霉素菌渣厌氧消化产气潜能以及产酸相物质利用特性进行了研究.结果表明,COD/SO_4~(2-)≥3时,微生物发生了适应性驯化,产气潜能在发酵10 d后逐渐恢复,累积产甲烷量(以TS计)超过208 m L·g-1,超过71%的COD转化为CH4;COD/SO_4~(2-)≤1.5时,产甲烷分别受到49%及完全抑制,有机物及SO_4~(2-)的去除率分别不足17%和5%,表明较高SO_4~(2-)负荷下产甲烷菌(MPB)及硫酸盐还原菌(SRB)同时发生抑制,COD平衡分析表明,转化为CH4的COD不足9.1%,而还原为SO_4~(2-)的COD保持在5.0%~9.0%,说明MPB比SRB对S2-的抑制更为敏感;S平衡分析表明,还原的SO_4~(2-)大部分以S2-的形式存在于发酵液中,少部分以H2S的形式存在于生物气中;产酸过程物质利用特性分析表明,溶解性蛋白质的甲烷化是在溶解性碳水化物甲烷化之后才开始.     

Hg~(2+)对剩余污泥厌氧消化过程中物质释放的影响

以某采用A/O生物除磷工艺的污水处理厂排出的富磷剩余污泥为研究对象,设计两组厌氧消化比较试验,考察了Hg2+的毒性对剩余污泥厌氧消化过程中SCOD、VSS、SOP等相关指标的影响,藉此讨论相关物质的释放机制。结果发现,Hg2+的投加可以促进剩余污泥的水解,造成了短期内VSS的快速下降以及SOP的快速释放。当HgCl2投加量为0.25 g/L时,这个短期的时间尺度持续4 d左右;4 d以后,由于HgCl2对产甲烷菌、产酸菌以及聚磷菌均会产生不利影响,HgCl2开始抑制消化过程的进行,导致SCOD积累,VSS、SOP等释放速度减缓。这表明HgCl2可以促进水解释磷,抑制生物释磷。总体而言,投加HgCl2对剩余污泥中磷的释放是不利的。     

沼泽与高寒草甸退化对CH4和CO2通量的影响

在青藏高原风火山地区,对不同退化程度沼泽和高寒草甸CH4和CO2通量以及相应的环境因子进行了为期1年的观测.结果表明,不同退化程度沼泽草甸CH4和CO2通量均表现出排放特征,排放强度随退化程度的增加而降低;不同退化程度高寒草甸对CO2表现为排放特征,而对CH4却表现为吸收特征,且均随着退化程度的加剧而增强.未来气候模式下,沼泽与高寒草甸退化将对区域气温升高起到一定的促进作用.气温、5cm土壤温度和土壤水分含量以及生物量是影响CH4和CO2的通量的主要环境因子.     

CH_4火焰中CO_2对NO行为影响的实验研究

针对CH4 火焰中CO2 浓度对于NO降解的影响进行了详细地分析研究。结果表明 :过量空气系数对于NO的降解有着很大的影响。和氧化性气氛相比 ,还原性气氛更有利于NO的降解。同时还原性气氛中CO2 的存在降低了NO的降解率 ,而氧化性气氛中CO2 的存在能够促进NO的降解。在还原性气氛中 ,随着CO2 浓度的升高 ,其继续减少NO降解率的作用也越来越不明显     

UV-B增强与秸秆施用对土壤-大豆系统呼吸速率和N2O排放的影响

采用人工模拟UV-B增强方式,通过大田试验,研究了UV-B增强与秸秆施用对土壤-大豆系统呼吸速率和N2O排放通量的影响.结果表明:在三叶-分枝期、开花-结荚期、鼓粒成熟期和全生长期,UV-B增强,系统平均呼吸速率分别降低了59.88%,65.47%,67.35%和64.44%,N2O平均排放通量分别降低了37.94%,24.61%,48.42%和34.16%;秸秆施用促进了系统呼吸速率,4个时期平均呼吸速率分别增加了59.88%,61.50%,99.16%和64.44%;降低了全生长期的N2O平均排放通量,但没有达到显著差异水平(P=0.236).UV-B增强和秸秆施用复合处理显著增大土壤-大豆系统的呼吸速率,降低全生长期的N2O平均排放通量,但没有达到显著差异水平(P=0.229).     

沼泽红假单胞菌H3对酸性红B2GL染料的厌氧脱色和降解作用

从印染厂污泥中分离到一株沼泽红假单胞菌（ＲｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐａｌｕｓｔｒｉｓＨ３），在光照厌氧条件下该菌生长细胞可将１００ｍｇ／Ｌ酸性红Ｂ２ＧＬ染料去除到３０ｍｇ／Ｌ．完整细胞脱色的最适条件为ｐＨ７０，温度３０℃，细胞浓度２０—２５ｍｇ／ｍＬ（湿重）．低浓度的阳离子对脱色影响不大．在通Ａｒ气使严格厌氧和加有还原性辅酶Ｉ的条件下无细胞提取液的脱色活性最高，比活率为１５４×１０－２ｍｇ／（ｍｇ·ｈ）．根据降解产物的分析，推断了该菌对酸性红染料的降解代谢途径．     

Zn2+及Fe3+对嗜淀粉乳杆菌开放式发酵产乳酸的影响

研究了在餐厨垃圾中接种嗜淀粉乳杆菌进行开放式乳酸发酵(即发酵原料不灭菌)的可行性,探讨了添加Fe3+、Zn2+的发酵体系中相关酶活与代谢产物的关系.结果表明,开放式发酵体系的乳酸产量高于非开放式发酵体系.加Fe3+体系的乳酸脱氢酶活性较高,导致乳酸产量增加(最高达29.5g/L),比未添加微量元素的对照体系增加了24.2%;而加Zn2+体系的乙醇脱氢酶(ADH)活性较高,导致副产物乙醇产量的增加,从而使乳酸产量低于对照体系;添加不同微量元素时嗜淀粉乳杆菌对底物中淀粉的利用率由高到低的顺序为:加Fe3+体系(65.7%) > 对照体系 (38.5%)>Zn2+体系(28.1%).此外,在嗜淀粉乳酸菌的发酵体系中,蔗糖和麦芽糖比乳糖容易降解成葡萄糖,果糖,最终被乳酸菌利用.     

Nano-TiO2回收过程中SO42-对不同混凝剂混凝过程的影响

为了降低纳米TiO₂使用成本,采用不同混凝剂对纳米TiO₂悬浊液进行固液分离.通过考察浊度去除率、出水pH值的变化情况,并结合X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FTIR）、固体核磁（NMR）、扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）表征,探究了纳米TiO₂回收过程中SO₄^2-对不同混凝剂混凝过程的影响.结果表明,当使用AlCl₃作混凝剂时（0.1mmol/L）,SO₄^2-浓度从0.0mmol/L增加到20.0mmol/L,浊度去除率降低了0.80%,絮体粒径从450μm下降到215 μm,而强度因子无明显变化.低聚合态的Al_a不与SO₄^2-结合,混凝过程中通过吸附架桥和网捕卷扫的作用形成大量无定形的Al （OH）₃.当使用Al₁₃作混凝剂时,再生长后絮体的粒径随着SO₄^2-浓度的增加而下降,S-O峰的红移证明有新的含S聚合物产生,Al 2p的峰均向较高的结合能移动证明生成的絮体不是Al （OH）₃.     

CuO负载在TiO_2和CeO_2-TiO_2上对NO CO反应的催化作用

用NO CO微反流动法、TPR、XRD、BET和NO TPD等技术研究了CuO在TiO2 和CeO2 TiO2 上对NO CO的催化还原作用 .实验表明 ,不同负载量的CuO在TiO2 上 ,其NO CO的反应活性以Cu12 Ti为最佳 ,在反应温度为 4 0 0℃时 ,NO的转化率达到 10 0 % ;且CuO负载在CeO2 TiO2 上其活性随CeO2 含量的增加而提高 ,Cu12 Ce10 Ti在 30 0℃时就能使NO达到 10 0 %转化 .XRD和TPR结果显示 ,该体系催化活性的高低 ,与CuO在TiO2 和CeO2 TiO2 上高度分散的Cu物种及形成细颗粒的晶相CuO物种有非常密切的关系 ;NO TPD结果显示 ,催化剂还原活性的高低和NO在催化剂表面的脱出与分解难易程度有关 .     

氮沉降对林带土壤N2O和CH4通量的影响

于2008年4月~2009年10月在龙王山对林带土壤进行模拟氮沉降试验,采用静态箱-气相色谱法测定土壤N2O和CH4通量,研究氮沉降增加对土壤N2O和CH4排放(吸收)的影响.结果表明,短期内,氮沉降没改变土壤N2O和CH4通量的季节性变化规律和日变化规律.与对照(CK)相比,短期的低氮[50 kg N/(hm2·a), TL]、中氮[100kgN/(hm2·a), TM]和高氮[150kgN/(hm2·a), TH]处理对土壤的N2O和CH4年平均通量和日平均通量都没有显著影响.     

The role of CH4 and N2O emission reductions in the cost-effective control of the greenhouse gas emissions from Finland

The reduction of carbon dioxide (CO₂) emissions may be quite expensive and it is necessary to consider reduction measures for other anthropogenic greenhouse gases, such as methane (CH₄) and nitrous oxide (N₂O) as well. Their contribution to the total GHG emission from Finland is about 15–20%. In Finland most of the CH₄ emissions are due to waste management, agriculture and burning processes. N₂O emissions originate from burning processes, agriculture, industry and atmospheric deposition of nitrogen. The cost-effective reduction of the Finnish GHG emissions has been studied with the EFOM-ENV model, which is a quasi-dynamic linear energy system optimisation model. The target function to be minimised is the total discounted cost for the modelled system. In this study the model has been expanded to cover all well-known anthropogenic CO₂, CH₄ and N₂O sources and reduction measures. The results indicate it is economic to reduce the emissions of CO₂, CH₄ and N₂O in Finland. It is profitable to exploit the economic reduction potential of CH₄ and N₂O, because then the abatement of CO₂ emissions does not need to be as extensive as when the reduction is aimed only at CO₂ emissions. The inclusion of CH₄ and N₂O decreases the annual reduction costs about 20% in the year 2010.     

CuO负载在TiO2和CeO2-TiO2上对NO+CO反应的催化作用

用N0＋C0微反流动法、TPR、XRD、BET和NO-TPD等技术研究了CuO在Ti02和Ce02-Ti02上对N0＋CO的催化还原作用。实验表明，不同负载量的Cu0在Ti02上，其N0＋CO的反应活性以Cul2-Ti为最佳，在反应温度为400℃时，NO的转化率达到100%；且CuO负载在CeO2-TiO2上其活性随CeO2含量的增加而提高，Cul2-CelO-Ti在300℃时就能使NO达到100℃转化。XRD和TPR结果显示，该体系催化活性的高低，与CuO在TiO和CeO2/TiO2上高度分散的Cu物种及形成细颗粒的晶相CuO物种有非常密切的关系；NO-TPD结果显示，催化剂还原活性的高低和NO在催化剂表面的脱出与分解难易程度有关。