Pseudomonas putida MnB1氧化Mn2+实验研究

Pseudomonas putida MnB1是存在于淡水和土壤中的锰氧化细菌。本文在中性条件下对MnB1锰氧化特性及锰氧化产物进行了研究。XANES结果显示,MnB1可将溶液中Mn(Ⅱ)氧化并形成Mn(Ⅳ)的锰氧化物;XRD结果进一步证实锰氧化物为δ-MnO2。MnB1的锰氧化性能受重金属离子的影响,其中Cd2+影响最大、Cu2+影响最小。在4μM Cd2+、6μM Pb2+、200μM Cu2+和20μmol/L Ni 2+的体系中,锰氧化速率和氧化量均有所降低,锰氧化量由208.5μM分别降至20.3μM、192.5μM、129.5μM和52.7μM。     

水稻土Fe(Ⅱ)氧化耦合NO_3~-还原的微生物变化

利用不同驯化条件(Soil、Soil+Fe(Ⅱ)、Soil+NO_3~-和Soil+Fe(Ⅱ)+NO_3~-)对华南水稻土进行中性厌氧条件下的富集培养,探究淹水期水稻土亚铁(Fe(Ⅱ))氧化和硝酸盐(NO_3~-)还原过程,及此过程中微生物群落的变化.结果表明,在Soil+Fe(Ⅱ)处理中,亚铁不能发生自然氧化.只有在Soil+Fe(Ⅱ)+NO_3~-处理中,Fe(Ⅱ)才能被氧化成Fe(Ⅲ);同时,Fe(Ⅱ)的存在减慢了NO_3~-的还原.利用高通量测序技术表征微生物群落组成随培养时间的变化,结果表明,Soil+Fe(Ⅱ)和Soil处理的微生物群落组成没有显著差异.在Soil+NO_3~-处理中,Pseudogulbenkiania、Flavobacterium和Rhodocyclus属成为优势菌群.在Soil+Fe(Ⅱ)+NO_3~-处理中,Zoogloea、Geothrix、Sunxiuqinia和Vulcanibacillus等属成为优势菌群,主要包括硝酸盐还原菌、Fe(Ⅱ)氧化菌和Fe(Ⅲ)还原菌.     

锰氧化菌Arthrobacter sp.HW-16的锰氧化特性和氧化机制

锰作为一种常见的无机污染物,难以从环境中除去.本研究采用选择性培养基从锰矿土壤中分离到1株高效锰氧化细菌Arthrobacter sp.HW-16.此外,高通量测序发现,不同驯化条件下微生物群落结构有明显差异,且Arthrobacter在含Mn(Ⅱ)培养基里为优势菌属.本文对Arthrobacter sp.HW-16的微生物特性和锰氧化机制进行了初步的研究.结果表明,菌株HW-16的Mn(Ⅱ)耐受质量浓度高达5 000 mg·L~(-1),菌株HW-16在3 000 mg·L~(-1)Mn(Ⅱ)培养基里取得最大Mn(Ⅱ)氧化率为66.28%.单因素变量实验表明环境因子影响菌株HW-16的生长和Mn(Ⅱ)氧化率.菌株HW-16在30℃,pH 7.0,1%或3%盐度,200 r·min-1下生长得最好.高温(≥40℃),高pH(≥7),高转速和低盐度条件下Mn(Ⅱ)氧化率高.菌株HW-16通过合成锰氧化活性因子促使Mn(Ⅱ)氧化和产生碱性代谢产物促使Mn(Ⅱ)转化为沉淀.     

微生物铁氧化作用对砷迁移转化的影响

采用厌氧培养的方法,从砷污染的水稻上中富集依赖硝酸盐的铁氧化菌群,通过监测培养体系中Fe和A$的形态变化模拟水稻厌氧条件下微生物铁氧化过程对As迁移转化的影响.结果表明,约96%外源添加的Fe(Ⅱ)可在10d内氧化成Fe(Ⅲ),As(Ⅲ)对Fe(Ⅱ)的初期氧化速率具有一定的抑制作用;在微生物铁氧化过程中,As(Ⅲ)被氧...     

氧化亚铁硫杆菌对黄铜矿的生物氧化研究

针对矿区硫化矿氧化产生的酸性矿山废水(AMD)对生态环境造成严重影响的问题,以矿区常见的黄铜矿(CuFeS2)为研究对象,采用已筛选的氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f菌)为实验菌株,探讨在A.f菌作用下黄铜矿的氧化过程。实验结果表明,A.f菌可显著促进黄铜矿的氧化,第18天有菌体系中的铜离子浓度是无菌体系中的5倍;同时细菌可促进溶液中Fe2+氧化为Fe3+,使氧化还原电位升高,从而对黄铜矿保持较高的氧化速率,并导致体系的pH值降低;还发现黄铜矿的氧化过程中可形成中间产物方黄铜矿(CuFe2S3),而细菌氧化还可产生硫磷化钴(CoPS),中间产物的形成并没有明显延缓黄铜矿的氧化速率;生物氧化可造成矿样表面侵蚀多坑,可能是细菌对黄铜矿的直接氧化作用造成的。由于黄铜矿的生物氧化明显控制其氧化进程,抑制黄铜矿的生物氧化对酸性矿山废水的源头治理具有十分重要的意义。     

Fe(Ⅲ)催化氧化S(Ⅳ)机理及其动力学

为了探索Fe3 催化氧化S(Ⅳ)的反应动力学规律,实验考察了pH、Fe3 浓度、S(Ⅳ)浓度、温度对反应动力学的影响.结果表明,Fe3 催化氧化S(Ⅳ)过程中动力学控制步骤为Fe2 的氧化,且pH在0～3范围内,氧化速率随着H 浓度的升高而降低;Fe3 浓度为0～0.01 mol·L-1时,氧化速率随Fe3 浓度的增加而加快,继续增加Fe3 浓度,氧化速率没有明显变化;S(Ⅳ)浓度为0～0.1 mol·L-1时,氧化速率随S(Ⅳ)浓度的增加而加快.由实验数据得到了氧化速率公式.反应速率在20～40 ℃范围内随温度升高而加快,反应活化能约为13kJ·mol-1.在实验基础上推测反应为自由基链反应机理.     

活性污泥厌氧Fe(Ⅲ)还原氨氧化现象初探

采用常规化学分析和微生物群落变性梯度凝胶电泳(DGGE)监测技术,探究了厌氧条件下活性污泥中Fe(Ⅲ)还原氨氧化(Feammox)反应的存在及微生物群落动态响应.结果表明,当反应器运行至第24 d时NH_4~+发生转化,同时检测到NO_3~-和Fe(Ⅱ)的生成,表明活性污泥中存在着Fe(Ⅲ)还原NH_4~+氧化反应,产物主要为NO_3~-和Fe(Ⅱ),并伴随少量N_2生成.经过84d培养,氨氮最大转化量达29.85 mg·L~(-1),转化率为59.7%,出水NO_3~-最高值达24.56 mg·L~(-1).活性污泥中Feammox为产酸过程,体系中p H值下降.整个培养过程中微生物群落条带分布发生变化,参与活性污泥中Feammox反应的部分群落在培养过程获得保留,部分优势菌群获得富集.     

不同Fe（Ⅲ）对活性污泥异化铁还原耦合脱氮的影响及机理初探

以投放海绵铁-AT-PVF复合填料的SBBR反应器活性污泥作为铁还原菌菌种来源,采用厌氧恒温培养试验,考察了不同Fe(Ⅲ)(氧化铁皮、青矿和红矿)对活性污泥异化铁还原能力及脱氮效果的影响,并对其作用机制进行了初步分析.结果表明:初始基质无NO-2的前提下,各体系Fe(Ⅲ)还原能力与脱氮效果表现出较好的关联性,同时发生NO-2-N和NO-3-N的积累现象.其中,氧化铁皮体系的脱氮效果最好,对NH+4-N、TN的累计去除量分别为75.04和80.99 mg·L-1,容积TN去除率为3.88 mg·L-1·d-1(以N计).更进一步的研究发现,不同培养时间内NH+4氧化量与Fe(Ⅱ)产生量之间符合幂指数关系,R2为0.9521.结合标准吉布斯自由能变化,厌氧环境下IRB参与活性污泥中N素循环的交互作用机制可分为3个子过程,即Fe(Ⅲ)的微生物还原解离耦合NH+4的氧化过程、厌氧氨氧化过程和NO-3-依赖型Fe(Ⅱ)氧化过程,其中,以IRB为主的微生物氧化还原过程对活性污泥中N循环起到了至关重要的作用.     

锰氧化菌Aminobacter sp.H1的分离鉴定及其锰氧化机制研究

从某水厂的生物除锰滤池中分离出1株新的高效锰氧化菌,命名为H1.通过生理生化及16S rDNA序列对比分析鉴定为氨基杆菌(Aminobacter sp.),国内外未曾有对该菌株具有锰氧化能力的相关报道.本文对Aminobacter sp.H1的微生物特性、锰氧化机制及生成的生物氧化锰的性质进行了研究.结果表明,Aminobacter sp.H1的锰耐受浓度高达50 mmol·L-1,可完全去除浓度低于10 mmol·L-1的Mn(Ⅱ).菌株H1对Mn(Ⅱ)的氧化主要是通过产生锰氧化活性因子和碱性代谢产物提高pH两个因素共同作用的结果,活性因子细胞内合成后分泌到细胞外起作用.氧化过程中发现有Mn(Ⅲ)中间体出现,XRD、XPS、SEM-EDX等分析菌株H1介导生成的生物氧化锰发现,生物氧化锰与菌体结合紧密,弱结晶、无固定形态,成分主要为MnCO3、MnOOH、Mn3O4和MnO2等.     

O_2与Fe(Ⅱ)协同作用氧化和去除As(Ⅲ)

在中性无氧水环境中,以O2为氧化剂,研究不同Fe(Ⅱ)和As(Ⅲ)比值(下文中简称Fe/As比值)条件下As(Ⅲ)的氧化去除效率及机理.实验发现,在O2与Fe(Ⅱ)共存的条件下,约3～4d时间内80%左右的As(Ⅲ)被去除,6～8d后,反应趋于稳定.当Fe/As=20时,As(Ⅲ)去除率达到95%左右,当Fe/As≥30时,去除率可达到99.5%以上.研究表明,无铁水环境中O2对砷的氧化速率是极其缓慢的,而有铁存在时氧化效率可大大提高.     

土壤及铁锰结核中锰氧化菌的氧化特性分析

利用从土壤铁锰结核及其附近土壤中分离筛选得到的4株锰氧化菌,研究了不同pH、Mn(Ⅱ)初始浓度下菌株的锰氧化效率及生长情况,并用SEM-EDS及TEM对菌株WHS26、GY16形成的生物氧化锰及水羟锰矿进行了表征.结果表明,pH及Mn(Ⅱ)初始浓度对菌株的锰氧化效率均有影响,4株菌在pH 7~8、Mn(Ⅱ)初始浓度为10~20 mmol·L-1时,锰氧化效率最高;GY16、WHS26形成的生物氧化锰的形貌与化学合成的水羟锰矿存在明显差异,前者呈胶膜状附着在菌株表面,后者呈结晶态.该结果可为生物氧化锰应用于重金属污染修复提供技术支撑.     

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.     

微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率.为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp.QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp.LSJ-9),考察在Mn2+、As(As3+、As5+)共存时,两菌株对空间、营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系.结果表明,不同的反应时间,Mn、As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp.QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在.PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cum A)抑制了砷还原酶(ars C)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势.实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素.     

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.     

酸性条件下黄铁矿氧化机制的研究

以黄铁矿粉末制备成的碳糊电极为工作电极,利用循环伏安曲线和极化曲线等电化学手段,对酸性条件下黄铁矿的氧化过程和机制进行了研究.结果表明,黄铁矿的氧化主要包括以下两个过程:首先,黄铁矿(FeS2)矿物晶格中的Fe2+溶出而被氧化为Fe3+,此过程会伴随有如硫单质、缺铁硫化物(Fe1-xS2)和多硫化物(FeSn)等氧化中间产物的生成,覆盖在黄铁矿的表面而形成一层钝化膜,阻碍了其氧化溶解过程;接着,黄铁矿表面的钝化膜被进一步氧化为可溶性的SO24-.在酸性条件下,黄铁矿氧化反应的最终产物为Fe3+和SO24-.另外,在所研究的酸度范围内,随着H2SO4溶液浓度的增大,体系的开路电位和腐蚀电位均正移,氧化和还原的峰电流值升高,腐蚀电流增大,说明增加体系的酸度会促进黄铁矿的氧化过程.     

垃圾填埋场覆土层Ⅱ型甲烷氧化菌的群落结构

采用基于16S rDNA 的变性凝胶梯度电泳(DGGE)技术研究了生活垃圾卫生填埋场和生物反应器填埋场覆土中Ⅱ型甲烷氧化菌群落结构,比较了不同填埋操作方式对Ⅱ型甲烷氧化菌的影响.结果表明,覆土铺有HDPE 膜、无填埋气体渗入的填埋覆土中未发现Ⅱ型甲烷氧化菌;而有填埋气体渗入时,进行渗滤液亚表面灌溉的生物反应器填埋场,无论是否同时进行层内回灌,其覆土中均检测到甲烷孢囊菌(Methylocystis).卫生填埋场填埋龄长达5a 的填埋覆土中发现了甲基弯菌(Methylosinus),填埋龄较低的填埋场覆土中未发现II 型甲烷氧化菌.渗滤液亚表面灌溉及长时间填埋气体驯化能促进Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.有机质等营养物质丰富而NH4+-N浓度较低的填埋覆土有利于Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.     

Fe3+催化氧化S(Ⅳ)反应机理初探

通过分析酸性条件下(pH为1～3),Fe3 催化氧化S(Ⅳ)过程中溶液吸光度变化的趋势,对Fe3 催化氧化S(Ⅳ)的反应机理进行了初步推导.实验证明,液相中该反应机理主要是催化氧化与自由基反应相结合,O2的存在对于反应有重要作用,O-2的生成是S(Ⅳ)被氧化的关键;当水中溶解氧接近耗尽时,反应进程发生改变.当Fe3 、S(Ⅳ)浓度增加,自由基生成量增加时,有利于反应进行;作为反应产物,Fe2 、S(Ⅵ)浓度增加,反应推动力减小,反应速率降低;同时Fe2 、SO24-可以与溶液中的其它物质形成配合物,影响了Fe3 -S(Ⅳ)配合物的生成与分解,不利于S(Ⅵ)的氧化.     

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.     

磷化氢液相催化氧化净化催化剂的初筛

传统的净化方法难以实现低成本、高效、选择性净化低浓度磷化氢尾气,这限制了含磷化氢尾气的资源化技术的实现。通过Pd(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)对低浓度磷化氢连续净化的研究,筛选出在低温(<80℃)、常压下对低浓度磷化氢(850mg/m3)具有液相催化氧化净化活性的Pd(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)3种催化剂,其中Pd(Ⅱ)催化氧化净化低浓度磷化氢的净化效率>60%,Pd(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)及Pd(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)催化氧化低浓度磷化氢(850mg/m3)的净化效率可达100%。     

从亚硝酸还原厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化

在UASB反应器内,研究了由亚硝酸盐型厌氧氨氧化转变为硫酸盐型厌氧氨氧化的过程及其微生物群落变化.结果表明,历时177 d成功实现了硫酸盐型厌氧氨氧化.进水氨氮和硫酸盐浓度分别为130 mg·L-1和500 mg·L-1下,反应器对氨氮和硫酸盐的去除率分别达到58.9%和15.7%,对氨氮和硫酸盐的去除负荷为74.3 mg·(L·d)-1和77.5 mg·(L·d)-1,氮、硫损失摩尔比约为2,出水p H值低于进水.污泥中细菌从以球菌为主转变成以短杆菌为主,菌群中细菌由Candidatus brocadia为优势种转变为以Bacillus benzoevorans为优势种.说明完成这两种厌氧氨氧化的优势菌不同,两种厌氧氨氧化并非同一种菌参与完成的.