土壤中聚乙烯和聚苯乙烯微塑料对多环芳烃的吸附行为和机理分析

本研究旨在探讨微塑料对土壤基质中16种多环芳烃（PAHs）吸附的影响.通过批实验考察了PAHs在聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）微塑料上的吸附过程,系统地评价了pH和腐殖酸（HA）浓度等环境因素对微塑料吸附土壤PAHs的影响.结果表明,微塑料对土壤中PAHs的吸附动力学符合准二级动力学模型,且Freundlich模型对吸附结果的拟合程度（R²=0.9868~0.9931）明显高于Langmuir模型（R²=0.8638~0.8927）, 说明微塑料对PAHs的吸附过程主要为化学吸附.通过吸附热力学计算的ΔH均为正值,ΔG为负值,表明微塑料对土壤PAHs的吸附是自发的吸热过程.pH和HA对PE和PS微塑料吸附PAHs的影响显著,PE和PS微塑料对PAHs的吸附量分别在pH=5.0和pH=7.0时达到峰值;腐殖酸浓度的增加抑制了PAHs在PE微塑料上的吸附,吸附量从9363.95 ng·g^-1降到4877.42 ng·g^-1,但促进了PAHs在PS微塑料上的吸附,吸附量从9422.71 ng·g^-1增加到13259.73 ng·g^-1,这表明PAHs对腐殖酸的亲和力高于对PE微塑料的亲和力.微塑料对土壤PAHs的吸附主要与静电 作用、π-π作用和疏水作用有关.     

聚苯乙烯微塑料对污水中胞外耐药基因的影响及其机制

微塑料（MPs）和抗生素耐药基因（ARGs）是共存于污水处理厂中的典型新污染物.MPs已被证明能够改变污泥中ARGs的分布模式,但其对污水中胞外ARGs（feARGs）的影响及机制仍不清楚.采用荧光定量PCR技术探究了典型MPs（聚苯乙烯PS）暴露60 d后污水中feARGs（包括tetC、tetO、sul1和sul2）的动态变化特征及机制.结果表明,四环素类feARGs绝对丰度在nm级和mm级PS暴露下分别降低了28.4 %~76.0 %和35.2 %~96.2 %,在μm级PS暴露下变化了-55.4 %~122.4 %.PS对磺胺类sul1的促进效果呈nm级 > μm级 > mm级趋势,且ρ（PS）为50 mg·L^-1 对sul1丰度扰动幅度更大.磺胺类sul2的相对丰度在μm级和mm级PS暴露后分别削减了25.4 %~42.6 %和46.1 %~90.3 %,在nm级PS暴露后增加了1.9~3.9倍;ρ（PS）为50 mg·L^-1对sul2的削减作用高于ρ（PS）为0.5 mg·L^-1.Pearson相关性分析显示,PS暴露下feARGs相对丰度与细胞膜通透性和典型可移动遗传元件（intI1）丰度成正相关,与活性氧水平成负相关.研究结果阐明了PS对污水中feARGs的影响及其机制,可为污水中MPs与ARGs复合污染的防治提供科学依据.     

紫外活化过硫酸盐降解磷酸氯喹

以抗新型冠状肺炎药物——磷酸氯喹（CQP）为研究对象,考察其在紫外活化过硫酸盐体系（UV/PS）中的降解效果.通过竞争动力学实验,确定了CQP与羟基自由基（HO·）和硫酸根自由基（SO₄^-·）的二级反应速率常数,同时考察了PS浓度、pH和常见无机阴离子对UV/PS体系中CQP降解的影响,并通过建立动力学模型预测CQP浓度和主要自由基浓度以探究其影响机制.结果表明,UV/PS体系对CQP的降解效果显著优于单一UV、单一太阳光或单一PS体系,在10 min内可降解91.3%的CQP;在pH为6.9的条件下,CQP与HO·和SO₄^-·的二级反应速率常数分别为8.9×10⁹ L·（mol·s）^-1和1.4×10¹⁰ L·（mol·s）^-1,其中SO₄^-·是主要活性物种;CQP的降解速率随PS浓度增加而增大,HCO₃^-和Cl^-的加入对UV/PS体系中CQP的去除起到抑制作用,碱性较强的条件不利于CQP的转化.经LC-MS分析,发现CQP在UV/PS体系中主要经过N-脱乙基化、C—N键断裂和抽氢等反应被逐步降解为其他有机中间产物.加大PS浓度和pH可提高其矿化率.此研究可为抗新冠肺炎医药废水的处理提供帮助.     

不同官能团微塑料对斑马鱼胚胎菌群和代谢功能的胁迫效应

为探究官能团修饰对微塑料生物效应的影响规律和机制,分析了3种聚苯乙烯微塑料（PS、PS—NH₂和PS—COOH）在斑马鱼（Danio rerio）胚胎内的累积特征,并利用微生物组学和代谢组学相结合的分析技术,解析了斑马鱼幼鱼体内代谢功能及微生物群落的响应规律.结果显示,3种微塑料都可以在斑马鱼体内产生累积,其含量范围为143~175 μg·g^-1,且不存在明显差异性.斑马鱼胚胎绒毛膜是微塑料早期暴露的主要累积场所,但不能有效阻止小粒径微塑料的穿透.未修饰的PS明显影响了斑马鱼幼鱼体内氨基糖苷类的代谢能力,PS—NH₂主要对氨基酸的代谢过程产生了影响,而PS—COOH则主要作用于三羧酸循环、氨基酸及糖酵解等代谢通路.3种微塑料均导致了斑马鱼幼鱼体内代谢功能的变化,从而对斑马鱼产生了毒性效应,而微塑料的官能团修饰则加强了这一影响程度.与对照组相比,PS—NH₂明显降低了斑马鱼幼鱼体内的微生物群落的多样性,显著增加了变形菌门（Proteobacteria）的占比,导致斑马鱼幼鱼体内的菌群失衡,从而引起鱼体代谢功能的紊乱.微塑料的官能团修饰可能会明显改变其对生物体的胁迫效应,导致难以预测的生态风险.     

生物滴滤塔对疏水性VOCs气体的去除及其生物膜特性研究

利用正己烷降解菌Pseudomonas mendocina NX-1和二氯甲烷（DCM）降解菌Methylobacterium rhodesianum H13强化生物滴滤塔（BTF）同时净化不同疏水性的正己烷和DCM混合废气,研究了挂膜启动阶段及稳定运行阶段BTF对污染物的去除性能与限制因素及生物膜相的特性变化.结果表明,在正己烷和DCM浓度均为100 mg·m^-3,停留时间（EBRT）为60 s的条件下,运行25 d即可完成BTF的启动,正己烷和DCM的去除率分别可达到65%和100%.系统稳定运行时,正己烷和DCM的最大去除负荷分别为16.1 g·m^-3·h^-1和92.0 g·m^-3·h^-1.正己烷和DCM的去除过程分别受到传质限制与反应限制影响.BTF稳定运行后,塔内生物膜胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量逐渐增加至启动时的2.7倍,蛋白质与多糖的比值（PN/PS）从0.28增加至0.96.生物膜表面相对疏水性从21%增加至66%,Zeta电位从-12.7 mV降低至-9.2 mV.压降的模拟结果与实验数据良好拟合（R²>0.96）.     

零价铁预厌氧协同MFC强化降解吲哚性能与功能菌群分析

通过零价铁（ZVI）预厌氧与微生物燃料电池（MFC）的协同作用,研究其对单一基质碳源吲哚的降解特性、MFC产电性能及群落分析.结果表明：ZVI（4 g·L^-1）的预厌氧可明显促进吲哚（250 mg·L^-1）在MFC体系中的降解;其中吲哚与TOC在96 h内的降解率分别为97.17%和89.50%,且吲哚的降解符合一级反应动力学模型;体系中MFC最大输出电压和功率密度可达600 mV和439.55 mW·m^-2;通过LC-MS分析,吲哚在协同体系中的主要中间代谢产物为靛红和水杨酸.高通量测序结果表明,ZVI预厌氧体系的引入有利于MFC体系中梭菌（Clostridium sensu stricto）、链霉菌（Streptomyces sp.）、热单胞菌（Thermomonas）的富集与吲哚的厌氧降解;同时促进假单胞菌（Pseudomonas）和梭菌等在代谢过程中的电子转移,提高了MFC的产电性能.     

OH自由基降解二英OCDD的反应机理及动力学研究

采用量子化学计算研究了OH自由基降解八氯代二苯并对-二英（OCDD）的微观反应机理,计算分析了微观反应进程,结果表明该反应存在两条途径：①α-氯取代：1,4,6,9位置氯取代,该路径反应活化能较高,反应难以进行,并以中间产物积聚,无法使OCDD的毒性消失;②β-氯取代：2,3,7,8位置氯取代,该路径的反应能相对较低,且能使OCDD的毒性消失,是有效降解OCDD的主要途径.结合过渡态理论,计算获得动力学参数：反应活化能为8.32 kJ·mol^-1（B3LYP/6-311G++（d,g）//B3LYP/6-31G（d））,阿仑尼乌斯表达式为k=1.29×10¹⁴exp（-1049.6/T）（cm³·mole^-1·s^-1）.这与文献实验结果取得了很好的吻合,说明本文对OH自由基降解OCDD的反应机理及动力学研究是合理且可靠的.本文的计算结果可为催化氧化降解二英的进一步研究提供理论参考.     

碳源对生物阴极降解对硝基苯酚效能及生物阴极群落结构分析

研究不同碳源类型对双室生物电化学反应器（biocathode bioelectrochemical system,BES）生物阴极（biocathode）降解对硝基苯酚（p-nitrophenol,PNP）效能的影响.以碳酸氢钠和葡萄糖作为碳源,研究不同碳源类型下BES反应器效能和生物阴极的微生物群落结构.BES反应器效能和PNP去除率受到碳源类型的影响,以葡萄糖作为碳源时PNP去除率比碳酸氢钠为碳源的去除率在12 h和24 h分别提高了约3倍和1倍.R_NaHCO3和R_Glucose的PNP去除速率常数随碳源转换分别从（0.022±0.002）h^-1和（0.059±0.009）h^-1减小到（0.018±0.001）h^-1和（0.042±0.002）h^-1,PNP去除率分别下降了36%和6.9%.R_NaHCO3和R_Glucose的PNP降解速率常数在外加电压由0.5 V转换为0 V时分别下降到（0.004±0.00061）h^-1和（0.007±0.0006）h^-1,再次转换为0.5 V时PNP降解速率常数升高到（0.022±0.002）h^-1和（0.062±0.004）h^-1.454-焦磷酸测序结果表明碳源类型导致阴极微生物群落结构的显著差异.以碳酸氢钠为碳源的生物阴极富集Proteobacteria,而以葡萄糖为碳源的生物阴极Firmicutes和Bacteroidetes成为优势菌门.     

Sulfobacillus benefaciens强化中度嗜热菌群浸出铅锌硫化矿尾矿过程机制

针对铅锌硫化矿尾矿生物浸出周期长和效率低的问题,本研究采用Leptospirillum ferriphilum（L. ferriphilum）和Acidithiobacillus caldus（A. caldus）等比例混合构建了中度嗜热菌群,浸出铅锌硫化矿尾矿.引入一株兼性自养铁/硫氧化微生物Sulfobacillus benefaciens（S. benefaciens）,考察其对中度嗜热菌群浸出尾矿过程的影响.结果表明,中度嗜热菌群（L. ferriphilum+A. caldus）8 d Zn浸出率达到93.94%.随着S. benefaciens引入,浸出环境保持更高的氧化还原电位和微生物活性,浸出过程中Fe³⁺浓度以及总铁浓度增加,4 d内Zn浸出速率提升了13.63%,8 d内Zn浸出率达到96.08%,S. benefaciens的加入强化了中等嗜热菌群的浸出效率.相关性分析表明多糖、蛋白质以及溶解性有机碳（DOC）与浸出过程中的溶液介质参数变化具有统计学意义上显著性和强相关性.表面官能团以及胞外聚合物（EPS）结果证实,引入S. benefaciens在浸出过程中促进菌群产生更多的蛋白质和碳水化合物,有助于提高中度嗜热菌群的浸出效率,加快浸出铅锌硫化矿尾矿中有价金属,降低其环境毒性.     

大麦虫幼虫肠道菌群对聚苯乙烯泡沫塑料降解

聚苯乙烯（polystyrene,PS）是广泛使用且难以降解的主要塑料材料之一.在本研究中,选择大麦虫幼虫（Zophobas morio）对PS进行生物降解,发现大麦虫幼虫在为期50 d的培养时间仅摄取PS,能够保持较高存活率（73%）.使用傅里叶变换红外光谱分析大麦虫的虫粪,证实了虫粪中的PS形成了新的含氧官能团.凝胶渗透色谱分析表明,大麦虫摄入PS后其虫粪的重均分子量（M_w）和数均分子量（M_n）均向减小的方向偏移,表明大麦虫摄入的PS发生了降解.使用16S rRNA基因测序技术,分析PS、麦麸和麦麸加PS这3种不同的饲喂条件下大麦虫的肠道细菌,结果表明在不同的摄食条件下,Z.morio的肠道菌群表现出显著差异.在PS饲喂条件下,大麦虫肠道中具有降解PS功能的优势菌群,例如克雷伯氏菌（Klebsiella）和柠檬酸杆菌属（Citrobacter）等显著富集.以PS为唯一碳源,对大麦虫肠道微生物进行为期90 d的体外培养实验,结果发现具有PS降解功能的肠道菌群显著富集.本研究证明了肠道细菌在大麦虫幼虫降解PS的过程中发挥了重要作用,为PS的生物降解提供了新的理论依据与应用思路.     

改性竹炭固定化威尼斯不动杆菌吸附协同降解柴油废水的机理及动力学分析

利用改性竹炭作为载体来固定化威尼斯不动杆菌(Acinetobacter venetianus),用于去除柴油.结果显示,培养96 h后,固定化菌对柴油的去除率为86.35%,要高于游离菌(80.50%).为了探究固定化菌去除柴油的机理,采用动力学拟合实验数据,发现固定化菌去除(吸附-降解)柴油中总石油烃(TPHs)的过程符合伪二级动力学,表明TPHs是先吸附在改性竹炭上,然后被目标菌降解.为了进一步证实,利用扫描电镜(SEM)观察到Acinetobacter venetianus很好地固定在载体材料上.傅里叶红外光谱(FTIR)结果表明,经固定化菌处理后,柴油水溶液的谱图在3437.2、2924.4、1407.8 cm-1处出现新的吸收峰,可能为烷烃降解的酯类及羧酸类物质.GC-MS分析表明,相比游离菌,固定化菌对柴油的去除更为彻底.因此,改性竹炭不仅可以作为良好的固定化载体,同时因其对TPHs良好的吸附性能从而提高了去除效率,为油类污染中TPHs的生物材料修复提供了一个新的视角.     

吡啶在紫外光辐射下的生物降解

吡啶是一种难降解的含氮杂环化合物,难以用单一的生物方法使其有效降解.本研究采用气升式内循环紫外光辐射与生物膜一体化反应器,通过单独紫外辐射降解(photolysis,P)、单独生物降解(biodegradation,B)以及紫外辐射与生物同步耦合降解(photobiodegradation,P&B)3种方法对吡啶进行间歇降解和连续降解,以比较吡啶的降解规律.结果表明,间歇降解过程中,方法 P&B对吡啶的降解速率最快,其次是方法 B,而方法 P的速率最慢.初始浓度为100 mg.L-1的吡啶溶液分别采用方法 P、B和P&B进行间歇降解,其去除速率分别是:4.95、10.2和14.58 mg.(L.h)-1.根据Monod模型求解出吡啶在方法 B和方法 P&B降解下的动力学方程,其饱和常数KS从1 920.4 mg.L-1下降至1 094.1 mg.L-1.采用连续流方式对进水浓度分别为50、100和300 mg.L-1的吡啶溶液分别采用方法 P、B和P&B进行降解,其单位体积平均体积去除速率分别是:15.8(P)、23.1(B)和24.9 mg.(L.h)-1(P&B),且高于间歇降解方法.研究结果表明,紫外辐射与生物膜同步耦合,可以缓解吡啶对生物膜的抑制,并且生物仍能保持其降解吡啶的生物活性,从而提高吡啶生物降解的速率.     

Degradation of dichloromethane by an isolated strain Pandoraea pnomenusa and its performance in a biotrickling filter

A strain Pandoraea pnomenusa LX-1 that uses dichloromethane(DCM) as sole carbon and energy source has been isolated and identified in our laboratory. The optimum aerobic biodegradation of DCM in batch culture was evaluated by response surface methodology. Maximum biodegradation(5.35 mg/(L·hr)) was achieved under cultivation at 32.8°C, pH 7.3, and 0.66% NaCl. The growth and biodegradation processes were well fitted by Haldane's kinetic model, yielding maximum specific growth and degradation rates of 0.133 hr-1and 0.856 hr-1, respectively. The microorganism efficiently degraded a mixture of DCM and coexisting components(benzene, toluene and chlorobenzene). The carbon recovery(52.80%–94.59%) indicated that the targets were predominantly mineralized and incorporated into cell materials. Electron acceptors increased the DCM biodegradation rate in the following order: mixed oxygen iron sulfate nitrate. The highest dechlorination rate was 0.365 mg Cl-/(hr·mg biomass), obtained in the presence of mixed electron acceptors. Removal was achieved in a continuous biotrickling filter at 56%–85% efficiency, with a mineralization rate of 75.2%. Molecular biology techniques revealed the predominant strain as P. pnomenusa LX-1. These results clearly demonstrated the effectiveness of strain LX-1 in treating DCM-containing industrial effluents. As such, the strain is a strong candidate for remediation of DCM coexisting with other organic compounds.     

超声活化过硫酸盐降解水中典型嗅味

为有效解决饮用水嗅味污染问题,选取水中典型致嗅物质二甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）作为目标污染物,系统研究了超声（US）活化过硫酸盐（PS）高级氧化技术对两种致嗅物质的降解规律及其影响因素.结果表明,在15 min内超声/过硫酸盐联用工艺能有效去除水中典型嗅味,与单独超声处理相比,2-MIB和GSM的去除率分别可提高57.0%和63.6%;2-MIB与GSM浓度在100~800 ng·L^-1范围内US/PS联用工艺均有较高的去除率,且在100 ng·L^-1时降解效果最佳,去除率分别可达88.7%和93.3%;典型致嗅物质的降解速率随PS浓度（0.25~2mmol·L^-1）和US声强（0.33~0.53 W·cm^-2）的增加而加快;水体中腐殖酸存在会竞争消耗自由基使嗅味降解受到抑制但影响效果不显著;在反应体系中分别加入甲醇与叔丁醇（自由基清除剂）后,2-MIB与GSM去除率明显下降,且甲醇对嗅味降解抑制程度强于叔丁醇,表明US/PS高级氧化技术对嗅味快速的降解主要是硫酸根自由基与羟基自由基共同作用的结果.     

不同活性炭活化过硫酸盐的效能及机理的规律研究

选取煤质活性炭(F400D)、木质活性炭(Norit)和椰壳活性炭(Youshi)作为过硫酸盐(PS)活化剂,通过动力学实验研究了不同活性炭对过硫酸盐的活化效能及机理,考察了氯化钠和碳酸钠对活性炭/过硫酸盐体系的影响.结果表明,3种活性炭/过硫酸盐体系均可实现橙黄G的高效去除,效能略有差异,依次为:F400D/PSNorit/PSYoushi/PS.活性炭对染料的去除包括吸附作用和活化过硫酸盐的氧化降解作用,吸附位点与活化位点在活性炭上具有不同的分布.活性炭/过硫酸盐体系对1~100 mmol·L~(-1)氯化钠有很强的耐受作用,适用于高盐废水中有机污染物的去除.1~10 mmol·L~(-1)的碳酸钠对体系有明显的抑制作用.     

羟胺强化亚铁活化过硫酸盐降解对乙酰氨基酚的研究

采用羟胺(HA)强化Fe~(2+)/过硫酸盐(PS)体系降解对乙酰氨基酚(ACT),考察了Fe~(2+)、PS、HA投加浓度以及反应初始pH值对ACT降解效果的影响.结果表明,在反应时间为30 min,亚铁浓度为0.05 mmol·L~(-1), PS浓度为0.8 mmol·L~(-1)和初始pH为3.0的条件下,0.5 mmol·L~(-1) HA可将ACT的去除率从13%提高到90%.适量增加Fe~(2+)或HA浓度可以提高ACT的降解率,但是过高的Fe~(2+)和HA浓度会抑制ACT的降解.ACT的降解率随着PS浓度升高而提升,当PS浓度达到1.2 mmol·L~(-1)时,30 min内ACT几乎可以完全降解.ACT的降解效果随着pH的升高而降低.EPR实验表明Fe~(2+)/PS/HA体系中主要的自由基是SO■和HO~·.Na_2SO_3、NaNO_2和Na_2S_2O_3等常见的还原剂均能够强化Fe~(2+)/PS体系对ACT的降解效果,但是其对Fe~(2+)/PS体系的强化效果均比HA低.     

超声活化过硫酸盐降解甲基橙的影响因素研究

利用频率为40 kHz的超声（US）活化过硫酸盐（PS）氧化降解甲基橙.系统研究了超声（US）声强、过硫酸盐（PS）浓度对US/PS组合工艺降解甲基橙的影响.采用单独超声（US）或单独过硫酸盐（PS）时，甲基橙的降解率随US声强和PS浓度的增加而增大.在PS浓度为0.5~3 mmol·L^-1和US声强为0.22~0.54 W·cm^-2条件下，60 min时甲基橙的最大降解率分别为52.22%和16.7%.采用US/PS高级氧化工艺时，甲基橙的降解率也随PS浓度和US声强的增加而增大，60 min时甲基橙的最大降解率高达87.38%，比单独US和PS提高70.68%和35.16%.同种条件下，TOC的降解率小于甲基橙的降解率.甲醇和叔丁醇（自由基抑制剂）的加入降低甲基橙的降解率，且甲醇对甲基橙降解的抑制程度更明显.US/PS高级氧化工艺对甲基橙的降解主要依靠硫酸根自由基.     

太湖流域上游河网污染物降解系数研究

污染物在河流中物理、化学和生物过程的共同作用下浓度会发生衰减,衰减的速率可用表观降解系数表示,其中,仅有生物过程引起污染物浓度衰减的速率用生物降解系数表示.为了探究太湖流域上游河网污染物的降解规律,在20个采样点开展原位实验测算了高锰酸盐指数、氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的表观降解系数和生物降解系数,并分析了生物降解系数占表观降解系数的比重.结果表明,太湖流域上游河网高锰酸盐指数、NH+4-N、TN和TP的表观降解系数分别为0.0216~0.1974、0.0152~0.3123、0.0080~0.7870和0.0274~0.5914 d~(-1);生物降解系数分别为0.0083~0.1264、0.0021~0.2138、0.0021~0.0905和0.0110~0.1528 d~(-1).高锰酸盐指数、NH+4-N、TN和TP生物降解系数与表观降解系数的比值分别为19.35%~91.30%、13.85%~99.12%、13.70%~97.78%和3.94%~98.39%.太湖流域上游河网不同河段的表观降解系数和生物降解系数存在较大差异.生物降解在TN和NH+4-N表观降解中发挥的作用较大,在高锰酸盐指数和TP表观降解中发挥的作用相对较小.     

利用淀粉基共混物作为反硝化固体碳源的研究

合成了淀粉/聚己内酯(PCL)热塑性共混物(SPCL6),并对其性能进行了表征.研究了SPCL6作为反硝化碳源和生物膜载体用于固相反硝化工艺的可行性.结果表明,SPCL6可作为固体碳源用于去除低C/N水中的硝酸盐,在接种1 d后SPCL6就有明显的脱氮效果.进水硝氮质量浓度对反硝化速率没有明显影响,以SPCL6为固体碳源的反硝化过程符合零级反应.剪切力对反硝化速率具有显著影响,转速从70 r.min-1提高至140 r.min-1时,反硝化速率(以N计)从0.016 5 mg.(g.h)-1提升至0.0328 mg.(g.h)-1.红外光谱结果表明,微生物利用后的SPCL6中淀粉和PCL均发生了降解.