微气泡曝气对生物膜反应器启动运行性能影响

比较了微气泡曝气(MB)与传统气泡曝气(CB)流化床生物膜反应器启动运行性能,以及生物膜形成过程与组成特性.结果表明,启动运行中,MB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3%、92.7%和43.4%,而CB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为79.4%、86.3%和29.3%,MB反应器污染物去除性能优于CB反应器.同时,MB反应器的氧利用率高达94.3%,显著高于CB反应器.MB反应器中生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器,并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低.因此,微气泡曝气能够加速生物膜形成并获得更高的活性生物量,从而提高生物膜反应器的启动运行性能.     

不同负荷下生物膜脱落与载体生物膜生物特性的相互影响

为探究不同负荷下生物膜的脱落特性,对试验过程中生物膜脱落量及载体上生物膜生物特性进行了研究.结果表明:生物膜脱落量随运行时间延长而增大;有机负荷对生物膜脱落量的影响不同,负荷高脱落量大.紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)是生物膜胞外聚合物(EPS)的主要组成部分,生物膜EPS量随负荷的增大而增大;EPS中多糖含量越高,生物膜脱落量越小.系统中pH值逐渐下降并抑制生物膜活性,生物膜脱落量随着脱氢酶活性的下降而增加,载体上生物膜脱氢酶活性也会随着生物膜脱落量的增加而下降.生物膜脱落过程中,生物膜微型动物多度、物种数减少,物种多样性水平随着运行时间延长而降低;有机负荷较高,生物膜微型动物多样性较高,物种稳定性指数WS较高而多样性稳定性指数WH较低,但其生物膜脱落量大.因子分析揭示了不同负荷下生物膜脱落与生物膜特性的相互关系,与生物膜脱落紧密相关的因子依次为生物膜组成与活性因子、生物因子、负荷因子等.生物膜脱落与载体上附着生物膜相互作用、相互影响.     

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.     

胞外聚合物(EPS)在藻菌生物膜去除污水中Cd的作用

藻菌生物膜在自然水体和污水生物处理工艺中普遍存在,它们在去除水体中重金属起重要作用。笔者在室内模拟实验的基础上,探讨了丝藻(Ulothrixsp.)-细菌生物膜所分泌的胞外聚合物(EPS)与藻菌生物膜去除毒性金属Cd之间的关系。研究结果表明,EPS主要由丝藻产生,其含量与污水中Cd的去除效率及生物膜中Cd的积累量之间相关性良好。而且,丝藻所分泌的EPS为与其共生的细菌及其本身提供了一个缓冲Cd毒性的微环境,这使藻菌生物膜能在不利的环境中保持较高的活性并能持续有效地去除水体中的Cd。      

聚乙烯微塑料对土壤养分和酶活性的影响

微塑料污染对土壤生态系统的威胁引起了广泛关注.为了明确聚乙烯微塑料对土壤性质的影响,通过为期4个月的土壤培养试验,探究不同质量分数（1 %、2.5 %、5 %）和粒径（30目、100目）聚乙烯微塑料对土壤化学性质、养分含量和酶活性的影响.结果表明:①100目2.5 %和5 %微塑料处理显著降低了土壤pH,不同质量分数和粒径聚乙烯微塑料添加对土壤电导率影响不显著.②相比于CK,添加微塑料会不同程度降低土壤速效钾、有效磷和硝态氮含量.添加100目微塑料显著增加了土壤有机质和铵态氮含量.③当微塑料粒径为100目时,相比于CK,不同质量分数处理均显著提高了土壤过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性,5 %处理显著降低了土壤蔗糖酶活性.④土壤性质的变化受微塑料质量分数和粒径影响,质量分数越高、粒径越小,影响越显著.综上,聚乙烯微塑料对土壤性质的影响没有预期的明显,未来研究应重点关注不同影响所涉及的机制问题.     

聚苯乙烯微塑料对铜绿假单胞菌生物膜形成和结构变化的影响

微塑料在水环境中的污染情况日益严重,对水生生物的生长发育造成严重影响,而目前有关微塑料对生物膜形成影响机制的研究十分有限.为探究聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）对铜绿假单胞菌生物膜形成发育的影响,选用不同浓度和粒径PS-MPs进行暴露试验,研究其对生物膜内生物量、氧化应激水平、生物膜结构和群体感应系统的影响.结果表明,PS-MPs诱导严重氧化应激反应并抑制生物膜形成和发育,粒径越小,产生的抑制作用越强烈,抑制效果表现为0.1 μm>0.5 μm≈1 μm>5 μm.PS-MPs通过与细胞接触造成严重物理损伤,形成的生物膜厚度显著减小且结构稳定性遭到破坏,膜内细菌通过分泌胞外聚合物来抵御PS-MPs的胁迫作用.PS-MPs进一步通过干扰铜绿假单胞菌群体感应系统,下调关键基因lasI、lasR、rhlI和rhlR的表达水平,抑制信号分子和相关毒力因子的合成与分泌,降低细菌对毒性作用的防御功能,最终影响生物膜形成和结构稳定性.     

农田土壤微塑料分布、来源和行为特征

微塑料(MPs)作为一种新型污染物广泛存在于农田土壤中.针对农田土壤中微塑料可能发生的污染问题,对全球农田土壤中微塑料的分布、丰度、来源、形状、聚合物组成、尺寸和迁移等方面特征的研究进展进行了综述,提出了研究展望.全球各地所调查农田土壤均有微塑料检出,其来源主要包括农用塑料薄膜、有机肥、污泥、地表径流与农业灌溉、大气沉降和轮胎磨损颗粒.土壤中微塑料形状以碎片、纤维和薄膜为主,微塑料聚合物组成以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)为主.农田土地利用方式显著影响土壤中微塑料的丰度,农田土壤中微塑料丰度随颗粒变小而增加.土壤中微塑料可在耕作、淋溶、生物扰动和重力作用下发生迁移.今后应加强土壤微塑料检测方法、数据库建立、安全阈值、迁移转化规律、潜在生态健康风险评价和防控技术体系构建等方面的研究,为农田土壤微塑料污染的风险管控与治理提供参考.     

南水北调丹江口库区土壤中微塑料分布特征及风险评估

为探究丹江口库区土壤中微塑料赋存特征及影响因素,通过对果园、旱地、水田和湿地进行土壤样品采集,利用密度分选、显微镜观察和拉曼光谱仪测定等方法对土壤中微塑料进行鉴定.结果表明,研究区采集的64个样本均有微塑料检出,丰度范围为645~15161 n·kg^-1.空间分布上,库尾高于库中和库首,且表层土壤（0~20 cm）中微塑料的丰度明显低于下层土壤（20~40 cm）.微塑料主要类型为聚丙烯（26.4%）和聚酰胺（20.2%）,粒径主要集中在50~500 μm之间（75%）,常见形状为碎片状（66.2%）.相关性分析显示,土壤微塑料丰度与土地利用、距水面和住宅的距离、人口密度和土壤性状密切相关.从微塑料污染风险来看,72.1%区域微塑料聚合物污染指数处于Ⅲ级和Ⅳ级,丹江口库区存在一定的微塑料污染风险.研究结果可为微塑料风险评估提供支撑.     

催化铁内电解法对胞外聚合物形成的影响

为深入了解催化铁内电解法预处理废水对后续生物处理的影响,探讨了污水中新生的铁离子促进载体挂膜的机理,通过对比实验分析了膜中胞外聚合物(EPS)的含量和成因.结果表明,铁离子作为金属连接剂被大量吸附在EPS中,含较多铁离子的废水能增加生物膜中EPS的含量,提高载体的挂膜速率和附着生物量,强化膜的生物降解作用.铁离子更多和糖类官能团连接在一起,EPS中糖类最易消耗,从而造成生物膜脱落,铁离子溶出.     

老化作用对微塑料吸附四环素的影响及其机制

微塑料（MPs）和抗生素同为新型污染物,微塑料可以在水环境中吸附抗生素并作为其载体而共同迁移,而微塑料会在环境中不断地老化,其吸附能力和吸附机制也会随之改变.以聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）为目标MPs,通过紫外法（UV-254）进行照射,对比老化前后微塑料颜色、表面形态和官能团等理化特性改变,以及其对四环素（TC）吸附的影响,探讨了相关影响机制.结果表明,准二级动力学模型能较好地模拟吸附过程,在24 h内达到吸附平衡,老化微塑料对TC的吸附量明显高于原始微塑料,且PS的吸附量高于PE.Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能较好地描述吸附等温试验数据,TC在微塑料上的吸附是自发的和吸热的物理吸附过程,老化作用对微塑料吸附热力学特性无明显影响.随着pH值的增加,吸附量先增大后减小,老化前后的微塑料均在pH=5时达到最大吸附量.紫外老化增加了微塑料的比表面积,生成了—C＝O、—OH和O＝C＝O等含氧官能团,改变了微塑料的理化特性,从而改变了微塑料对TC的吸附机制：相比原始PE微塑料,老化PE除了疏水分配、范德华力和静电作用外,孔填充也是吸附的重要机制;原始PS微塑料的主要吸附机制为疏水分配、范德华力、π-π作用和静电作用,老化PS则增加了氢键和孔填充作用.     

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

污泥性质的重要影响物质-胞外聚合物(EPS)

介绍了胞外聚合物的产生和组成(多聚糖,蛋白质,少量DNA,脂和腐质酸等);胞外聚合物在污泥处理系统中对污泥的絮凝性能、沉降性能、脱水性能及重金属吸附性能的影响;以及胞外聚合物本身的生物降解性。胞外聚合物在废水生物处理中发挥着重要作用。     

土壤中微塑料对陆生植物的毒性及其降解机制研究进展

微塑料(MPs)作为一种新型环境污染物,自2004年被英国科学家提出以来受到广泛关注.土壤作为微塑料的重要聚集地,随农田灌水和翻耕等农业操作的进行,微塑料污染范围和积累量不断扩大并对陆生植物产生多种毒性,且由于其粒径小、难降解和吸附能力强的特点给土壤微塑料污染治理带来了较大挑战.从微塑料的直接和间接毒性及其与其他污染物结合时产生的联合毒性这3个方面综述了微塑料对陆生植物的毒性,主要表现为微塑料存在对植物造成机械损伤、诱导植物产生氧化应激、细胞毒性和基因毒性,导致植物生长和植物组织代谢受阻等一系列问题.进一步,基于当前研究阐述了微塑料的物理、化学和微生物降解机制：微塑料的物理和化学降解主要通过改变微塑料的粒径大小和表面性质并产生中间产物;而更小粒径微塑料及其中间产物可以在物理、化学和微生物这3种因素同步影响下最终转化为水和二氧化碳,但该过程极其复杂和缓慢.最后,对微塑料的进一步研究方向进行展望,可为未来微塑料的陆地生态系统领域研究重点和污染控制提供资料借鉴.     

离子类型、强度和铁氧化物影响下微塑料的迁移行为及模型计算

土壤中的微塑料（MPs）作为一种新型污染物而被广泛关注,其迁移行为受到自身理化性质、土壤溶液化学组成和土壤矿物等因素的影响.目前,铁氧化物存在时,离子类型和离子强度对MPs迁移行为的影响机制尚不明确.通过稳定性实验和迁移实验,重点考察了离子类型、离子强度和铁氧化物对带有不同官能团聚苯乙烯微塑料（PSMPs）迁移行为的影响,并用胶体迁移模型、CD-MUSIC模型及DLVO理论探讨其迁移机制.结果表明,PSMPs在NaH₂PO₄背景下的稳定性最强,标准化浓度（c/c₀）达到0.99,而在CaCl₂背景下的稳定性相对弱,c/c₀降低至0.94.不同离子种类对PSMPs的迁移行为产生不同影响,对于阳离子Na⁺和Ca²⁺,二价Ca离子有架桥作用和较强的电荷中和作用,更能阻滞PSMPs在石英砂中的迁移,出水溶液中PSMPs回收率低至（43.83±1.71）%且第二动力学位点上的一级保留系数k_2a为1.54 min^-1,铁氧化物会进一步加剧阻滞作用,回收率降低为（6.04±0.40）%且k_2a升高为5.33 min^-1;对于阴离子Cl^-和PO₄^3-,PSMPs在纯石英砂柱中的迁移主要受其自身表面电负性的控制,Cl^-离子下PSMPs电负性更低,回收率升高［（92.95±0.63）%］且k_2a降低（0.19 min^-1）,而当铁氧化物存在时,PSMPs的迁移则受控于载铁石英砂表面的Zeta电位.CD-MUSIC模型计算结果显示PO₄^3-容易吸附在铁氧化物表面形成内圈络合物,降低载铁石英砂表面的电负性,因此PSMPs在PO₄^3-背景下的回收率升高［（76.22±1.39）%］且k_2a降低（0.66 min^-1）;同时,该内圈络合物的形态受PO₄^3-浓度的控制且不同形态的内圈络合物具有不同的表面负电荷数,因此高PO₄^3-浓度下载铁石英砂表面电负性反而高,不利于PSMPs迁移.此外,PSMPs的迁移均随着离子强度的增加而降低.最后,DLVO理论计算出不同条件下PSMPs和介质间的一级势垒变化趋势与PSMPs的迁移能力一致,即较高的一级势垒表明PSMPs和介质间较大的相互斥力有利于PSMPs的迁移,可以更好地阐明PSMPs的迁移行为.     

典型雌激素在微塑料上的吸附特征及位点能量分布

微塑料(MPs)和雌激素是目前备受关注的新型污染物,MPs可作为环境中雌激素的载体而产生复合污染.为了解聚乙烯(PE)为代表的MPs对典型雌激素的吸附特性,采用批平衡吸附实验法,借助X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FTIR)等研究不同体系下PE对6种典型雌激素的吸附行为和位点能量分布情况.结果表明,在不同初始浓度(100μg·L^-1和1000μg·L^-1),PE对目标雌激素的吸附过程更符合准二级动力学模型,初始浓度的增加会影响吸附平衡时间和雌激素吸附量占比.在单一体系(单一雌激素)和复合体系(6种雌激素共存)中,雌激素在PE上的吸附更符合Freundlich模型(R²>0.94).等温吸附实验结果及XPS和FTIR表征结果表明,吸附过程主要受范德华力和疏水分配作用影响;单一己烯雌酚(DES)体系中出现的C—O—C官能团和单一炔雌醇(17α-EE2)体系中出现的C—O—C及■官能团,表明化学键合作用对合成雌激素在MPs上的吸附有一定的影响,而对天然雌激素基本没有影响.与单一体系相比,复合体系中各雌激素的吸...