污水厂出水DOM的分级及三卤甲烷生成势研究

研究目的在于调查寒冷季节城市污水处理厂出水中天然有机物化学组分分级,探讨各分级组分与消毒副产物生成潜能间之关系。采集污水厂二级出水,以三种不同树脂把污水厂出水中有机物分离成六类不同组分,其中A水厂含量最高的物质为亲水酸性物质(33%)而B水厂的疏水性中性物质含量最多约占总有机物的64%。从总体来看两水厂的疏水性物质含量大于亲水性物质含量,疏水性物质的三卤甲烷生成势也较大,是水体中消毒副产物的主要前驱物质。疏水性有机物质较多,代表受生活污水污染严重,得知该城市污水主要受民生污染较多。     

氢气和氮气对厌氧甲烷降解过程及微生物多样性的影响

针对厌氧甲烷氧化过程,考察了填埋场稳定化过程中气态物质(H₂、N₂)的影响,阐明了微生物群落结构的响应。结果表明:在N₂氛围下,存在甲烷氧化、固氮、硝化、反硝化的循环过程;通入H₂对于厌氧甲烷降解过程有一定影响,CH₄含量呈先下降后升高再降低的趋势,CO₂含量则呈先升高后降低趋势,表明H₂可将CO₂还原为CH₄。经过N₂和H₂长期驯化后,土壤微生物群落结构发生了显著变化,放线菌门中具有硝化、反硝化及固氮作用的菌群增加,出现了具有甲烷氧化功能的Methylococcale菌群。好氧菌(如甲烷氧化菌、硝化菌)对O₂的消耗有利于反硝化和厌氧甲烷氧化的进行,为反硝化型厌氧甲烷氧化的发生提供了有利条件。研究揭示了填埋场稳定化过程中气态物质影响厌氧甲烷氧化的过程。     

日本城市有机废弃物甲烷发酵资源化系统案例分析及最新研究进展

为建设可持续发展社会,日本近年来大力推动甲烷发酵以实现城市有机废弃物的减量化和资源化。首先介绍了日本城市有机废弃物资源化的2个实用案例,长冈市厨余垃圾沼气发电中心和丰桥市生物质资源利用中心的设计和运营状况。两者的长期稳定运行及产能效果验证了甲烷发酵技术在城市有机废弃物减量化和资源化上的可行性。其次,为了应对社会发展趋势和城市有机废弃物处理的技术需求,介绍了日本有关厨余垃圾、污泥以及废纸(城市有机废弃物的3大组分)的单独发酵及共发酵的部分研究成果。此外,简要介绍了应用厌氧膜生物反应器(An MBR)进行相关高效甲烷发酵的最新研究成果。并根据实用案例调查和实验研究结果,以100万人口城市为例,对城市有机废弃物的各种甲烷发酵系统的产能效果进行了模拟概算。     

微囊藻毒素的提取纯化及制备方法研究

蓝藻水华污染所带来的主要危害是由毒蓝藻向水体中释放多种不同类型的微囊藻毒素(Microcystis,MCs),其中微囊藻毒素MC-LR和MC-RR是我国富营养化水体中最主要的2种藻毒素.为解决对MCs进行深入研究中的MCs纯品缺少问题,迫切需要研究1种有效提取.纯化、制备MCs的方法.以天然水华蓝藻为原料,建立了以甲醇溶液提取、固相萃取和半制备色谱分离为主要步骤的微囊藻毒素提取、纯化和制备的方法.通过优化提取、分离和制备条件,制备了一定量的微囊藻毒素MC-LR和MC-RR高纯度样品.样品经HPLC鉴定分析,纯度可达98%以上.干燥后可得2种微囊藻毒素纯品分别为MC-RR121.1μg,MC-LR62.8μg.     

填埋场好氧稳定化非甲烷有机物排放特征及臭氧生成潜势

非甲烷有机物（NMOCs）是生活垃圾填埋场释放的重要恶臭物质及臭氧前体物,好氧快速稳定化可有效缩短垃圾稳定化周期.为了解该过程中NMOCs的组分浓度变化特征及潜在环境影响,在河北省某生活垃圾腾退填埋场采集曝气和非曝气阶段场地表面、堆体内部及覆膜破损处的10个气体样品,以气相色谱-质谱法定性、定量分析其中NMOCs的组分和浓度.结果表明:①共检出57种NMOCs物质,曝气阶段NMOCs总浓度（10 555.88 μg/m3）比非曝气阶段（32 358.81 μg/m3）低67%,曝气有效降低了NMOCs的释放浓度.②所有样品的烯烃平均浓度在NMOCs总平均浓度中占比（42.6%）最高,其中丙烯（1 007.28 μg/m3）和正丁烯（822.77 μg/m3）的平均浓度最高.③相关性分析和主成分分析表明,曝气阶段各类物质来源相似或受同一环境因素影响,非曝气阶段卤代烃与其他NMOCs来源有显著差异.④分别以等效丙烯浓度法和最大增量反应活性法计算,曝气阶段臭氧生成潜势较非曝气阶段分别降低了71%和73%,快速稳定化可有效控制臭氧前体物的释放浓度.烯烃是好氧快速稳定化中臭氧生成潜势贡献最大的物质,占臭氧生成总潜势的86%.但所采集10个样品中有9个样品的臭氧生成潜势可能诱发空气质量问题,是GB 3095-2012《环境空气质量标准》中O₃二级浓度限值（200 μg/m3）的1~525倍.研究显示,烯烃是好氧快速稳定化过程释放的主要非甲烷有机物类物质.      

不同氧浓度下甲烷氧化耦合反硝化及微生物协作机制研究

为了研究不同氧浓度条件下甲烷氧化与反硝化的耦合关系,采用三套浸出床生物反应器模拟了准好氧填埋场中的微好氧和缺氧环境,探讨了甲烷氧化与反硝化的耦合作用,分析了相关微生物群落.结果表明:微好氧系统和缺氧系统的最大反硝化率分别为100％和85.67％,最大反硝化效率分别为16.54 mmol/(L·d)和9.88 mmol/...     

基于甲烷氧化菌的地下水硝酸盐还原效能及功能微生物研究

地下水中污染物成分复杂,来源广泛,针对地下水中的硝酸盐污染物,利用生物膜反应器,开展了基于甲烷氧化菌的地下水硝酸盐还原效能、功能微生物和代谢途径分析。研究发现,在进水ρ(NO^-₃-N)为10 mg/L时,系统对硝酸盐的最高去除率达到98.83%,实现硝酸盐的有效去除。通过溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)组分变化分析发现出水中DOM主要是类色氨酸蛋白质类物质。宏基因组分析结果表明,生物膜反应器甲烷氧化系统中的好氧甲烷氧化菌主要为Methylocystis(5.25%)、Methylomonas(2.73%),厌氧甲烷氧化菌主要为Methylomirabilis(0.0016%)、Methanoperedens(0.0016%),硝酸盐还原菌主要为Lysobacter(9.72%)、Opitutus(2.74%)、Hyphomicrobium(2.01%)。利用KEGG数据库对系统中微生物的功能进行注释,识别出多种相关功能基因(40种甲烷代谢相关的功能基因和19种氮代谢相关的功能基因)以及较完善的甲烷代谢...     

炉渣与生物炭施加对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放影响

为了探究炉渣及生物炭施加处理对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放的影响,在福州某平原稻田中分别进行施加生物炭、炉渣、生物炭+炉渣3种处理,测定早、晚稻生长期稻田甲烷排放通量和可培养铁还原菌数量,并比较施加处理与不施加处理稻田土壤铁还原菌群落结构组成之间的差异.结果表明：废弃物施加能够改变稻田土壤铁还原菌数量,晚稻生物炭施加组的铁还原菌数量显著高于其他3组（P<0.05）;废弃物施加在一定程度上抑制了稻田土壤甲烷的排放,其中早稻混合施加组对甲烷排放的降低作用最为明显;福州平原稻田土壤中铁还原菌种类丰富,分布于10个门,其中厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为优势菌门相对丰度占比之和大于95%.共鉴定出20个属,其中相对丰度较高的菌属为芽孢杆菌属（Bacillus）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）、梭状芽孢杆菌属（Clostridium）等10个属,占样品中已知铁还原菌属的62.07%~66.58%;生物炭和炉渣主要通过改变土壤pH值及含水量影响稻田土壤铁还原菌群落结构,混合施加的影响比单一施加更为显著;芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度与稻田土壤甲烷的排放通量呈显著负相关,是稻田中抑制甲烷产生与排放的主要铁还原菌属.     

脱色酶TpmD在大肠杆菌中的高效表达及纯化

用PCR方法从嗜水气单胞菌DN322基因组中扩增出编码三苯基甲烷类染料脱色酶TpmD的基因,与表达载体pET-22b(+)连接构建成重组质粒pET22-tpmD,转化大肠杆菌BL21(DE3)得到重组工程菌株.结果表明,经IPTG诱导,脱色酶基因可高效表达,粗酶液降解结晶紫、孔雀石绿、碱性品红、灿烂绿的比活力达到569.5,386.9,516.1,273.0U/g.表达产物经Ni-NTA亲和层析法一步纯化,蛋白纯度达94.05%.对4种染料的比活力分别达到1075.3,1042.8,903.9,484.3U/g,重组质粒稳定存在于工程菌中,便于规模化发酵生产.     

基于好氧甲烷氧化菌的反硝化效能及微生物群落研究

采用气体循环序批式生物膜反应器（gcSBBR）,构建反硝化型甲烷好氧氧化（AME-D）系统.考察了进水氮负荷的影响,发现氮负荷为0.075kg/（m³·d）时,硝酸盐氮去除率达到98.93%,其反硝化速率为74.25mg/（L·d）,系统的甲烷日平均消耗量为35.91%（初期为50%）;扫描电子显微镜（SEM）分析结果显示,系统中的微生物主要以短杆菌（12~18 μm）为主,并存在少量的丝状菌（长150~200μm）;16S rRNA高通量测序结果显示,该系统中的甲烷氧化菌为Methylocaldum、Methylomonas、Methylococcus和Methylococcaceae_unclassified,反硝化菌为Denitratisoma、Hydrogenophaga、Azoarcus、Thiobacillus和Rhodobacter,其中主要的功能微生物为Methylocaldum、Denitratisoma和Hydrogenophaga,系统对氮的去除是由好氧甲烷氧化菌与反硝化菌协同实现.此外,系统中存在大量以甲醇和甲基胺类物质为生长基质的Methylophilaceae_uncultured（30.4%）.     

利用硅灰石原位改善厌氧消化微生物电解池的产气特性

厌氧消化-微生物电解池(Anaerobic digestion-Microbial electrolysis cell,AD-MEC)具有有机物降解速度快、降解率高的优点,但其所产沼气中依然存在CO_2含量较高的问题.为降低AD-MEC所产沼气中CO_2的含量,本研究将矿物碳酸化耦合入AD-MEC中,研究添加硅灰石对AD-MEC中CO_2的固定效果.实验结果表明,添加硅灰石可使AD-MEC中CO_2产生量减少40.0%,沼气中CO_2含量从10.0%±1.3%减少到4.5%±1.1%;X射线衍射(XRD)及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明了CaCO_3沉淀的生成,证明硅灰石介导矿物碳酸化固定了AD-MEC中的CO_2.此外,添加硅灰石使Ca~(2+)溶出,缓冲了pH,减轻了厌氧消化产酸阶段对产甲烷菌的抑制,促进了有机物的降解,可溶性化学需氧量(SCOD)去除率提高了11.2%,并使CH_4产量提高18.0%,CH_4产率达到305 mL·g~(-1),沼气中CH_4含量达到95.5%±1.2%.硅灰石的添加实现了AD-MEC中CO_2的原位捕获,同时增益了厌氧消化效果,提高了甲烷产量.