贪铜杆菌IDO转化吲哚合成靛蓝的特性研究

靛蓝是历史上最早发现,被广泛应用于印染、医药和食品等行业的天然染料之一。该实验室分离纯化得到一株能以吲哚为唯一碳源生长且具有转化吲哚合成靛蓝能力的菌株IDO,经16S rRNA基因序列分析鉴定为贪铜杆菌(Cupriavidus)。该研究进一步对该菌株合成靛蓝的条件进行优化,考察了外加金属离子、外加芳香化合物以及焦化废水中常见污染物等不同环境因素对其合成靛蓝特性的影响。结果表明,菌株IDO合成靛蓝的最佳条件为:温度30℃,转速150 r/min,培养基pH为7。在最优条件下,该菌株能在15 h内完全转化100 mg/L吲哚,并生成30 mg/L左右的靛蓝。实验证明Fe3+对靛蓝合成起促进作用,而萘及喹啉会明显抑制靛蓝的合成。菌株IDO能够转化4-甲基吲哚、5-甲基吲哚、7-甲基吲哚等吲哚同系物并合成相应的靛蓝类色素。该研究在微生物合成靛蓝方面提供了高效新颖的菌株资源,为靛蓝类色素的生物合成奠定理论基础。     

以吲哚为燃料的微生物燃料电池降解和产电特性

以铁氰化钾为电子受体,在两极阴阳室内使用碳毛刷纤维为电极材料构建了循环式微生物燃料电池(MFC),研究了以吲哚为单一燃料和吲哚+葡萄糖为混合燃料条件下MFC的产电特性以及对吲哚和COD的去除效果.结果表明,以1000mg/L葡萄糖+250mg/L吲哚为混合燃料时,MFC的最高电压和最大功率密度分别为660mV和51.2W/m3(阳极),MFC运行10h对吲哚和COD的去除率分别为100%和89.5%;分别以250,500mg/L吲哚为单一燃料时,MFC的平均最高电压分别为115,118mV,最大功率密度分别为2.1,2.3W/m3(阳极).在MFC中,250,500mg/L吲哚被完全降解的时间分别为6,30h.MFC能够利用吲哚为燃料,在实现高效降解吲哚的同时对外产生电能,可用于处理含有毒且难降解有机物的焦化工业废水.     

吲哚好氧降解污泥的强化培养特性与降解效能研究

为强化处理制药废水中吲哚类难降解有机污染物,采用人工驯化高效好氧活性污泥方式对制药废水进行深度处理。以特征污染物吲哚为碳源,在葡萄糖共基质存在的情况下,采用梯度增加吲哚浓度的方式驯化好氧活性污泥,研究培养过程中活性污泥对吲哚降解特性和微生物特性。实验结果表明:吲哚对活性污泥中微生物生长有抑制作用,但经过2个月强化培养,活性污泥可适应以吲哚为唯一碳源的环境,污泥中细菌种类主要为Comamonas(34.18%)和Acinetobacter(15.45%),可处理的吲哚浓度达200 mg/L,降解效率从80%升提高到98.6%以上,SOUR值稳定在7.61 mg/(g·h)以上,具备了在含吲哚制药废水深度处理工程中应用的条件。     

好氧微生物降解吲哚的影响因素研究

在好氧条件下,以吲哚作为唯一碳源和能源,从处理焦化废水的活性污泥中分离得到一株细菌,编号CX-YD-XH.研究了该菌在好氧条件下对吲哚的降解性能及环境因素对吲哚降解影响.结果表明,菌种CX-YD-XH对吲哚具有较高的降解性能,去除效率可达85％.弱碱条件有利于吲哚的降解;20～35℃范围内均可有效降解吲哚,但温度为35℃时降解较快;振荡速度对最终去除效率没有明显影响,但适当振荡速度(60 r/min)可有效提高降解速率;在适当的菌种浓度和底物浓度水平上,吲哚具有较高的降解效率.     

漆酶/ABTS介体系统对吲哚的降解研究

采用纯漆酶与介体2,2-连氮-双-(3-乙基苯并噻吡咯啉-6-磺酸)(简称ABTS)组成的漆酶/ABTS介体系统对低浓度吲哚进行降解实验。综合考虑,选取降解条件为pH 3、ABTS 0.5 mmol/L,漆酶添加量1 U/mL时,对低浓度吲哚溶液的降解效果最佳,降解率达到80%以上。介体ABTS的加入对降解率的提高发挥了重要作用。体系中决定吲哚降解率高低的重要因素为pH和介体浓度,漆酶添加量影响较小。在HPLC谱图2.4 min和2.7 min出现的新物质可能是氧化吲哚和靛红。     

一株新颖的Providencia sp.菌降解吲哚及合成靛蓝的特性研究

吲哚是一种典型的氮杂环芳烃污染物,在焦化废水和畜牧废水中大量存在.本研究从近海泥沙中分离纯化得到一株高效吲哚降解菌DCX,经16S rRNA基因序列比对分析,鉴定其为普罗维登斯菌属(Providencia sp.).该菌株能够以吲哚为唯一碳源,在28 h内将100 mg·L~(-1)吲哚完全降解.液相色谱/飞行时间-质谱联用(LC/TOF-MS)的结果表明,靛蓝、靛红、靛红酸及邻氨基苯甲酸是菌株DCX降解吲哚过程中的中间产物.此外,本研究中发现,外加营养物质可以促进菌株DCX降解吲哚,特别是加入酵母浸粉后,反应体系中会产生大量靛蓝.利用表面响应法确定菌株DCX转化吲哚合成靛蓝的最优条件为:吲哚207.49 mg·L~(-1),酵母浸粉2.9 g·L-1,接菌量4.23%(V/V),并且在最优条件下,靛蓝产率达到最高(9.90%),比初始条件提高了4.38倍.     

好氧MBBR处理含吲哚废水的工艺优化试验研究

为了处理制药企业废水中吲哚类有机污染物,采用好氧MBBR(移动床生物膜反应器)工艺对含吲哚废水进行了试验研究,通过考察HRT、曝气量、吲哚冲击负荷等工艺条件对吲哚、COD和NH_4~+-N等去除效果的影响,确定了好氧MBBR反应器的最佳工艺条件。实验结果表明,在HRT在6~18 h变化时,MBBR工艺对吲哚去除率在8 h以上时达到100%,COD去除率在8 h达到89.65%,而NH_4~+-N去除率在12 h达到最高。在曝气量为0.1~0.12 m L/min时,MBBR工艺对COD和NH_4~+-N去除率分别为88.88%~92.95%和65%~66.83%。进水吲哚浓度25~65 mg/L变化时,好氧MBBR对吲哚去除率保持在100%,而对COD和NH_4~+-N去除率也保持在80%和40%以上,表明好氧MBBR工艺在处理难降解有机污染物方面具有显著优势。     

缺氧条件下含氮杂环化合物吲哚和吡啶的共代谢研究

以含氮杂环化合物吲哚和吡啶为研究对象,在传统的缺氧反硝化机理研究基础上,通过向配制废水中加入硝酸盐氮,研究吡啶和吲哚在缺氧条件下的共代谢作用.结果表明,吡啶和吲哚缺氧共代谢的最佳碳氮比为8.4～8.9之间.硝酸还原酶适宜作用的环境条件为:温度28℃,pH值7.0～7.5.吡啶的加入有利于硝酸还原酶活性的提高,吡啶对吲哚的缺氧降解有协同作用.在最佳碳氮比条件下,当吲哚起始浓度为150mg/L,吲哚和吡啶的浓度比例为1～10之间时,吲哚的降解符合零级动力学规律,反应过程中亚硝酸盐氮基本没有积累.当吡啶和吲哚的浓度比小于0.25时,随着吡啶浓度比例的提高,硝酸还原酶活性及吲哚降解速率的增长较快;当吡啶和吲哚的浓度比大于0.25时,硝酸还原酶活性及吲哚降解速率的增长变得比较缓慢.     

固定化胶质红环菌在好氧条件下降解吲哚的研究

用聚焦－交联固定化胶质红环菌，在好氧条件下降解吲哚的实验。实验结果表明，该菌种可利用吲哚作为唯一碳源和氮源。固定化胶质红环菌好氧降解吲哚的最佳条件为：温度22－40℃，pH值5．5－8．5；投加适量KH2PO4可促进其降解吲哚的效果；金属离子Co^2 、Ni^2 、Cu^2 对其降解吲哚性能有明显抑制作用，固定化胶质红外环菌对吲哚去除率最高可达97．0％。     

厌氧反硝化产甲烷体系中喹啉与吲哚共基质的降解特性

研究了厌氧反硝化产甲烷体系中,典型含氮杂环化合物喹啉、吲哚作为共基质碳源,厌氧生物对二者的降解特性,及群落分析.结果表明：在共基质条件下,喹啉的存在对吲哚的生物降解有抑制作用,且抑制随喹啉浓度的升高而升高;吲哚的存在对喹啉的生物降解有促进作用,但吲哚浓度过高（150mg/L）抑制了喹啉的降解;喹啉、吲哚共基质时,二者的降解都遵循零级反应动力学;通过GC-MS分析,喹啉的主要中间代谢产物分别为2（1H）喹诺酮与8-羟基-2（1H）喹诺酮;吲哚的主要代谢产物为2-吲哚酮与靛红;通过高通量测序对共基质体系的微生物群落进行分析,发现厌氧功能菌群得到富集,细菌菌门以变形菌门Proteobacteria为主,菌纲以Gammaproteobacteria和Betaproteobacteria为主,菌属以Acinetobacter,Candidimonas,Azospira,和Desulfomicrobium为主.     

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.     

不同共代谢基质对白腐菌降解吲哚的作用研究

选用氨氮、苯酚和喹啉作为吲哚的共代谢基质,通过白腐菌BP对共基质体系的降解研究了白腐菌在秸秆滤出液培养基中对不同共基质体系的代谢过程,并进行了动力学分析,考察了不同共代谢基质物质对白腐菌漆酶分泌和吲哚降解的影响.结果显示,不同降解体系中的白腐菌都可去除99%以上的吲哚.充分的氮源可提高白腐菌的活性和漆酶酶活的峰值;共基质苯酚和喹啉可以增加白腐菌漆酶产量,为吲哚的降解提供较多的电子,同时苯酚和喹啉也能得到较高的去除.在秸秆滤出液中,白腐菌在pH为6～8之间对吲哚都具有较强的降解能力.吲哚在白腐菌的代谢过程中,可能首先在吡啶环的2和3位发生一步羰基化.     

含氮杂环化合物吲哚的缺氧降解性能研究

以好氧、厌氧作为对比，研究了含氮杂环化合物——吲哚的缺氧生物降解性能。主要研究在缺氧状态下吲哚的生物降解性能、适宜N／C比、氮源的变化情况以及吲哚的缺氧降解途径。结果表明，缺氧反硝化状态下吲哚具有较好的生物降解性能。     

链霉菌(Streptomyces sp.)对吲哚废水的降解特性

链霉菌(Streptomycessp.)HJ02能以吲哚为唯一碳源生长,考察了初始吲哚质量浓度、外加碳源、温度、pH等对其降解效果的影响,探讨了该菌降解吲哚的动力学与机理.结果表明,链霉菌对吲哚有很强的耐受力,在pH=7、温度为30℃的条件下培养6d,初始浓度为300mg·L-1吲哚的降解率达到97.4%.菌株对吲哚的降解过程动力学符合Andrews方程.外加葡萄糖会抑制链霉菌降解吲哚的速率,葡萄糖与吲哚之间存在底物竞争抑制.紫外光谱与GC分析表明,吲哚的特征杂环被链霉菌破坏.     

以喹啉或吲哚为单一碳源时反硝化过程中亚硝酸盐的积累

分别以喹啉或吲哚为单一碳源和电子供体,硝酸盐为电子受体,对反硝化过程中亚硝酸盐(NO2--N)的积累进行了试验研究.结果表明,以喹啉为碳源时,在不同碳氮比(C/N)条件下反硝化过程中均出现明显的NO2--N积累;而且其最高积累率随着C/N比增大而降低,当C/N比为2.5时,NO2--N最高积累率达93.97%,当C/N比为12.8时NO2--N最高积累率为42.31%.而以吲哚为碳源时,在不同C/N比条件下反硝化过程中NO2--N积累程度都很低,最高积累率只有4.71%.以喹啉为单一碳源时,亚硝酸盐的还原速率小于硝酸盐的还原速率;而以吲哚为单一碳源时,亚硝酸盐的还原速率大于硝酸盐的还原速率;上述硝酸盐与亚硝酸盐还原速率的不同导致了以喹啉或吲哚分别为碳源时反硝化过程中亚硝酸盐积累率的不同.基于碳源完全降解和完全反硝化的考虑,以喹啉或吲哚为单一碳源时的最佳碳氮比均为6.8.     

混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺对页岩气返排液水质净化效能分析

页岩气返排液中部分小分子有机物如二甲基苄胺（DMBA）、吲哚啉和6-甲基喹啉较难去除,采用混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺处理页岩气返排液,探究了其有机、无机组分的去除规律。结果表明:混凝-臭氧-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为96.7%~99.86%,对DOC和UV₂₅₄的去除率分别为98.7%和99.13%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为82.02%、98.02%和97.67%;混凝-吸附-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为95.99%~99.86%,对DOC和UV₂₅₄的去除率分别为95.31%和97.54%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为70.19%、94.70%和87.93%。混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透工艺可有效去除返排液中的离子、DOC和UV₂₅₄,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉的去除效果显著,有利于返排液的外部回用。     

电流密度对BDD电极电化学矿化吲哚的影响与机制

掺硼金刚石膜(BDD)电极电化学氧化法是去除难降解有机污染物的有效手段.与总有机碳(TOC)等的测定相比,气态中间产物的逸出量能够更直观有效地反映有机物的矿化程度与去除效果.本研究以吲哚为代表性污染物,通过对比不同电流密度(10、20和30 m A·cm-2)下BDD电极对吲哚的去除率与矿化率,结合降解过程中碳和氮形态的变化与守恒情况,分析吲哚的降解机制.结果表明,BDD电极对吲哚有良好的去除效果,电流密度为10、20、30 m A·cm-2时,吲哚达到100%去除的时间分别为8、5和4 h;TOC去除率、CO_2产生量均随电流密度的增加而增大,证明矿化率与电流密度成正相关;电解产生的CO_2气体与TOC、无机碳(TIC)构成了碳守恒体系.4~5 h时,体系TOC、TON和CO_2产生量均没有变化,表明电解产生的靛红具有较高的稳定性,此时为中间产物积累阶段;XPS表征进一步证实了中间产物靛红、苯醌等在电极表面的吸附,随着电解时间的延长,这些吸附的中间产物可进一步被降解.本研究从气态产物检测及碳氮形态分析与守恒的角度阐释吲哚矿化过程,对于辅助揭示有机物的电解过程有重要意义.     

3-吲哚乙酸协同螯合剂强化植物提取重金属的研究

螯合剂的潜在环境风险以及重金属/金属螯合物对植物的胁迫作用是限制重金属污染土壤的螯合诱导植物提取技术应用的2个主要障碍.以玉米为试验材料进行室内盆栽,通过添加螯合剂EDTA和氨三乙酸（NTA）进行螯合诱导植物提取研究,并以植物激素3-吲哚乙酸（IAA）来缓解重金属对植物的胁迫作用.结果表明,EDTA&IAA处理玉米地上部生物量比EDTA处理增加40.0％,地上部Cu、Zn、Cd和Pb累积量分别增加27.0％、26.8％、27.5％和32.8％;NTA&IAA处理玉米地上部生物量比NTA处理增加29.9％,地上部Cu、Zn、Cd和Pb累积量分别增加31.8％、27.6％、17.0％和26.9％.结果表明,IAA能缓解重金属/螯合剂的植物毒性,促进植物根系伸长,增加植物生物量,协同螯合剂促进植物对重金属的吸收、转运和积累,显著提高植物提取效率.     

民用固体燃料及烹调油烟杂环胺排放及健康风险评价

模拟了典型固体燃料的民用燃烧及家庭烹饪食用油过程,分别采用烟尘罩稀释采样系统和小型烟尘罩采集烟气.利用高效液相色谱-紫外检测法测定了5种典型致癌杂环胺的排放特征.估算了2012年杂环胺排放量及不同情景下妇女炊事吸入杂环胺的致癌风险.结果表明,秸秆、薪柴、烟煤、无烟煤燃烧2-氨基-3-甲基-9H-吡啶[2,3-b]吲哚（MeAaC）排放因子均值为5.2~142.9μg/kg、2-氨基-9H-吡啶[2,3-b]吲哚（AaC）排放因子为0.6~37.8μg/kg,2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶（PhIP）排放因子为1.5~25.9μg/kg.植物油烹调MeAaC和2-氨基-3-甲基咪唑并（4,5-f）喹啉（IQ）排放因子均值分别为6.8μg/kg和1.5μg/kg.动物油烹调MeAaC、2-氨基-3,4-二甲基-3H-咪唑并喹啉（MeIQ）和AaC排放因子均值分别为6.2μg/kg、2.0μg/kg和1.1μg/kg.秸秆使用分别占PhIP、MeAaC和AaC 排放的93.0%、76.2%和76.2%.薪柴使用占AaC、MeAaC和PhIP排放的22.1%、7.7%和4.0%.烟煤使用占MeAaC、 PhIP和AaC排放的15.9%、2.8%和1.8%.健康风险评价表明,在缺乏有效排烟的情况下,使用烟煤（哈尔滨）或秸秆炊事的家庭妇女暴露于杂环胺总致癌风险分别为4.60×10^-5和1.84×10^-5,超过EPA建议值.使用薪柴或烟煤（包头）炊事的家庭妇女暴露于杂环胺总致癌风险分别为4.50×10^-6和4.31×10^-6,略高于EPA建议值.使用无烟煤及电能炊事妇女暴露于杂环胺总致癌风险为可忽略水平.     

气相色谱法测定地下水的乙醇和单环芳香烃

探讨了同时测定地下水中乙醇和单环芳香烃的顶空气相色谱方法。水中的乙醇和微量芳香烃经过顶空提取后,应用HP-5毛细管色谱柱,利用分流与不分流进样口进样,同时采用程序升温方式进行GC分析,以保留时间定性,外标法定量。研究结果表明,乙醇、苯、甲苯、乙苯、对二甲苯和间二甲苯、邻二甲苯的线性范围分别为0.38~189.36mg/L、6.0~1500.0μg/L、6.0~1500.0μg/L、6.0~1500.0μg/L、12.0~3000.0μg/L和6.0~1500.0μg/L,最低检出浓度为137.14μg/L、0.62μg/L、0.55μg/L、0.51μg/L、0.51μg/L和0.59μg/L,水样加标回收率为91.91%L~106.35%L,RSD为2.79%L~3.76%L。表明该方法一次性完成地下水中乙醇和单环芳香烃的分离和测定,分析时间仅为15min,操作简便、灵敏。