细菌还原U(Ⅵ)分子生物学机理的研究进展

铀(U)污染对生态环境和人类健康的潜在危害受到越来越多的关注.U(Ⅵ)还原细菌可将U(Ⅵ)还原至U(Ⅳ),从而降低铀在水中的溶解性和移动性,达到污染修复的目的.目前发现的U(Ⅵ)还原细菌主要包括但不限于铁还原菌和硫酸盐还原菌.本文综述了细菌还原U(Ⅵ)的分子生物学机理,重点阐述了U(Ⅵ)还原细菌的胞外电子转移方式,包括希瓦氏菌的金属还原方式、土杆菌的孔蛋白介导方式和微生物纳米线方式.竞争性电子受体和共存离子对细菌还原U(Ⅵ)有重要影响.目前细菌还原U(Ⅵ)过程中胞外电子转移的机理仍需更多实证,土杆菌利用微生物纳米线和细胞色素协作调控电子转移的机制尚不明确.今后可将研究聚焦于细菌还原U(Ⅵ)机理的验证和完善,并开发和优化基于微生物还原的铀污染修复技术,进而提高铀污染生物修复效率和稳定性.     

三种小分子对光电子还原铀的影响及机理研究

光电子具有较强的还原性,但在溶液中其还原性受到多种因素的影响。该研究通过在反应体系中添加不同的有机小分子并利用循环伏安(CV)、电化学交流阻抗(EIS)、恒电位I-t曲线和红外光谱(FTIR)等方法考察小分子对光电子还原铀的影响及其作用机理。结果表明:CV分析证实在半导体矿物-U(Ⅵ)体系中U(Ⅵ)经历两步单电子还原为U(Ⅳ),扩散系数D_(Ⅵ)=1.9×10~(-8)cm~2/s。加入Na_3C_6H_5O_7、CH_3COONa、C_2H_5OH 3种小分子后溶液体系具有更高的电活性;随着小分子浓度不断增加,电子转移的能力先升高后降低;体系存在最优条件,即U(Ⅵ)与小分子的摩尔浓度为1∶1时,电子转移能力最强。相较于半导体矿物-U(Ⅵ)体系,3种小分子加入后其还原率分别提高了27.4%、16.4%、14.6%。EIS表明加入小分子的溶液体系具有更低的传荷内阻,更有利于电子的快速传递;I-t曲线证实还原过程中添加小分子可以加快U(Ⅵ)还原反应动力学速度;FTIR表明作用后603.34 cm~(-1)处有一U(Ⅳ)的较强吸收峰,表明光电子可将U(Ⅵ)还原成低价铀。研究结果表明通过加入合适的小分子可提高光电子对铀的还原效率。     

氢基质自养微生物还原降解水中对氯硝基苯的研究

将中空纤维膜微孔曝气和生物膜工艺结合设计出一种新型的水处理工艺——氢基质生物膜反应器(MBfR),其中,中空纤维膜为自养微生物的生长载体,还可作为扩散装置使氢气均匀扩散至生物膜中.同时,对氢基质自养微生物还原降解水中对氯硝基苯(p-CNB)的可行性、还原机理和去除效果进行了研究,并分析了共存的硝酸盐(NO3--N)和硫酸盐(SO24-)对p-CNB还原产生的影响.结果表明,MBfR生物膜中氢自养微生物能有效利用氢气为电子供体生物转化p-CNB,其中,p-CNB经硝基还原生成对氯苯胺(p-CAN),p-CAN再通过还原脱氯生成低毒的终产物苯胺(AN).经过长期运行,MBfR对进水500μg·L-1和2000μg·L-1的p-CNB具有稳定高效的生物降解性能,p-CNB去除率和去除通量最高达到96.9%和0.056g·m-·2d-1.通过投加NO3--N和SO42-发现,p-CNB还原速率随NO3--N和SO42-浓度升高而降低,表明p-CNB还原受到NO3--N和SO24-的抑制.NO3--N和SO24-对p-CNB还原产生的抑制主要与对电子供体(氢气)的强烈竞争和还原产物对脱氯微生物的毒性有关.电子通量分析进一步表明,反硝化或SO24-还原消耗更多的电子,当氢气利用率受限制时将对p-CNB还原产生强烈的电子供体竞争性抑制.     

1株具硫酸盐还原功能的柠檬酸杆菌的分离及其生理特性研究

从处理高浓度硫酸盐废水的厌氧上升流污泥床反应器(UASB)污泥中分离、纯化出1株具有硫酸盐还原功能的菌株SR3.经形态、生理生化特征试验和16S rDNA序列分析,该菌株SR3归属于柠檬酸杆菌(Citrobactersp.).其特性为:在厌氧和微氧条件下均可还原硫酸盐,同时用硫酸盐还原功能特异性基因引物可扩增到异化亚硫酸盐还原酶基因(dsr基因);在好氧条件下不能还原硫酸盐但菌体生长速率最高,在厌氧条件下菌株生长的最适温度为37℃,最适起始pH值为8.0,在Cr(Ⅵ)初始浓度为0.4~0.8 mmol范围内能同时还原SO42-和Cr(Ⅵ).对Cr(Ⅵ)的耐受能力达1 mmol.这是首次报道在兼性厌氧的柠檬酸杆菌中发现硫酸盐还原功能并携带硫酸盐还原酶基因的菌株.     

pH对氢基质自养微生物还原降解对氯硝基苯的影响

在建立的一种MBfR(氢基质生物膜反应器)中系统考察pH对氢基质自养微生物还原降解p-CNB(对氯硝基苯)的影响,并重点分析pH影响下p-CNB、p-CAN(对氯苯胺)、NO-3-N(硝酸盐)和SO2-4(硫酸盐)的去除效率、通量及当量电子转移通量的变化趋势.结果表明,pH在5.7~8.7之间变化时对硝基还原、还原脱氯、反硝化和硫酸盐还原过程影响显著.氢基质自养微生物生长较适宜的pH范围为6.7~8.2,其中硝基还原、还原脱氯、反硝化和硫酸盐还原的最佳pH分别是7.7、8.2、7.2和7.2.当量电子转移通量分析表明,反硝化和硫酸盐还原对pH变化的敏感性均强于p-CNB还原.为了维持较高水平的p-CNB、NO-3-N和SO2-4同步去除效率,可将pH调控在7.2~8.2之间.适当地调节pH有利于微生物的生长以及控制中空纤维膜表面矿物质沉淀引起的膜污染.     

不同外电压下自养型生物阴极还原硫酸盐的性能及生物膜群落响应

微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES)生物阴极还原去除环境污染物的过程中,外加电压的大小可显著影响其性能,阴极生物膜作为去除污染物的关键因子,其对外电压改变的响应尚属未知.本研究构建了双室MES,比较外电压为0.4、0.5、0.6、0.7和0.8 V情形下自养型生物阴极的硫酸盐还原特性及生物膜胞外聚合物和群落结构特征.结果表明,MES的输出电流、周期电荷量、COD去除量与外加电压(0.4~0.8 V)呈正相关关系;外加电压为0.4~0.8 V时,硫酸盐还原量随着电压的升高先升高后降低,在0.7 V时获得最大硫酸盐还原速率[78.9 g·(m3·d)-1]和最高S2-出水浓度(31.9 mg·L~(-1)±2.2 mg·L~(-1));MES的电子回收率最高值为41.8%,推测产氢可能是电子损失的一个途径.阴极生物膜的聚多糖和蛋白量随外电压的升高而增加,0.8 V电压下的生物量比0.4 V提高了70%.阴极生物膜群落结构分析发现,Proteobacteria在门水平分布中占主导,Desulfovibrio在属水平分布中占主导,Desulfovibrio的相对丰度并未随着外加电压的升高发生明显的波动,表明Desulfovibrio在利用阴极呼吸代谢方面具有独特的优势.种水平分析发现,Desulfovibrio magneticus RS-1和s_unclassified_g_Desulfovibrio随着外电压的改变呈现相反的变化趋势.     

细菌还原U(VI)分子生物学机理的研究进展

铀（U）污染对生态环境和人类健康的潜在危害受到越来越多的关注.U（VI）还原细菌可将U（VI）还原至U（IV）,从而降低铀在水中的溶解性和移动性,达到污染修复的目的.目前发现的U（VI）还原细菌主要包括但不限于铁还原菌和硫酸盐还原菌.本文综述了细菌还原U（VI）的分子生物学机理,重点阐述了U（VI）还原细菌的胞外电子转移方式,包括希瓦氏菌的金属还原方式、土杆菌的孔蛋白介导方式和微生物纳米线方式.竞争性电子受体和共存离子对细菌还原U（VI）有重要影响.目前细菌还原U（VI）过程中胞外电子转移的机理仍需更多实证,土杆菌利用微生物纳米线和细胞色素协作调控电子转移的机制尚不明确.今后可将研究聚焦于细菌还原U（VI）机理的验证和完善,并开发和优化基于微生物还原的铀污染修复技术,进而提高铀污染生物修复效率和稳定性.     

洋葱假单胞菌处理含U(Ⅵ)废水

利用土著洋葱假单胞菌进行试验,探讨了其对低浓度含铀废水处理的性能。结果表明:ρ[U(Ⅵ)]为10 mg/L,pH为6. 0,温度为30℃时,菌体对U(Ⅵ)的最大平衡吸附量可达到160. 4 mg/g。重金属离子(Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)等)对U(Ⅵ)去除存在较大影响。重金属离子浓度为100 mg/L时,Cu~(2+)、Pb~(2+)对菌体去除U(Ⅵ)有明显的抑制作用,而Zn~(2+)的影响微弱。采用SEM-EDX、XRD、FTIR表征分析,阐明铀-细菌相互作用的反应机理。结果表明:U(Ⅵ)以絮状磷酸铀化合物沉积在细胞表面,羟基、羧基和磷酸盐基团促进了U(Ⅵ)的生物沉积。土著洋葱假单胞菌可以耐受U(Ⅵ)和其他重金属毒性,可与U(Ⅵ)发生矿化反应,可在低浓度含铀废水处理方面发挥重要作用。     

生物膜内硫循环变化特征及其作用的研究动向

结合国内外的研究情况 ,阐述了生物膜内硫的存在形态随环境条件不同而发生的变化及其作用 ,提出了研究影响生物膜内硫循环的电子受体、硫酸盐还原菌 (SRB)及其与生物膜内脱氮菌、聚磷菌等功能微生物的关系 ,对提高生物膜的水处理效果有重要意     

矿业、冶金工业废物处理与综合利用

基质碳源、硫酸盐还原的反应器类型和反应器内载体介质类型进行了综述。参21X752 .03 200002368甲醇作为酸矿排水生物处理碳源的研究二Methanol as a earbon souree for mierobiologieoltreatment of aeid mine drainage仁刊,英〕/T .K.Tsukamoto…// Water Res.一1999,33(6)一1365一1370环图6165 硫酸盐还原生物反应器越来越多地应用于废矿废水去除金属或提高pH值。通常该系统使用多种硫酸盐还原的有机基质(如粪便,木屑)。当微生物活动消耗掉基质中易利用的还原当量后,该系统的有效性降低。在室温(23一26℃)条件下利用对比研究,在已消…     

污泥基生物炭负载纳米零价铁除U(Ⅵ)性能及机理

为了考察污泥基生物炭负载纳米零价铁（n ZVI/SB）对铀(U(Ⅵ))的去除性能与机理,该文研究了环境条件对nZVI/SB除铀的影响,发现在初始pH为5、投加量0.2 g/L、温度313 K、吸附时间4 h条件下,n ZVI/SB对U(Ⅵ)的吸附量最大（231.80 mg/g）。nZVI/SB对U(Ⅵ)的吸附过程与行为符合准二级动力学与Langmuir吸附等温线模型。通过扫描电镜、能谱分析、X衍射分析仪和X射线光电子能谱等手段对nZVI/SB去除U(Ⅵ)的机理进行分析,发现铀去除方式包括吸附和还原共同作用。经过5次循环实验后,nZVI/SB对U(Ⅵ)去除率保持在90%以上,表明nZVI/SB复合材料用于含U(Ⅵ)废水处理具有良好的重复使用性能。     

金属有机框架MIL-53(Fe)可见光催化还原水中U(Ⅵ)

U（Ⅵ）是放射性废液中铀的主要存在形式.将可溶的U（Ⅵ）还原为难溶的U（Ⅳ）是治理铀污染的有效方法.以溶剂热法合成了铁基金属有机框架材料MIL-53（Fe）.在表征了材料的结构及光响应特性基础上,开展了MIL-53（Fe）在可见光下催化还原水中U（Ⅵ）的研究.探究了空穴捕获剂种类、空穴捕获剂浓度、反应体系pH及催化剂用量等对U（Ⅵ）光催化还原的影响.结果表明,空穴捕获剂甲酸的加入可有效提高光催化反应的电荷分离效率.当甲酸浓度为1 mmol·L^-1时,400 mg·L^-1的MIL-53（Fe）在可见光下,2 h内对初始浓度为50 mg·L^-1的U（Ⅵ）去除率达到80%;光电子能谱检测结果显示反应中有U（Ⅳ）生成,推测其主要反应机制是甲酸与MIL-53（Fe）的光生空穴反应产生强还原性的·COO^-,将U（Ⅵ）还原为U（Ⅳ）,从而实现对水中U（Ⅵ）的光催化去除.     

氢基质生物膜反应器去除对氯硝基苯的影响因素分析

基于MBfR(氢基质生物膜反应器)研究进水中ρ(p-CNB)(p-CNB为对氯硝基苯)和氢气压力对氢基质自养微生物还原降解p-CNB的影响,同时分析在ρ(p-CNB)和氢气压力影响下生物膜内电子受体生物还原的当量电子通量和还原动力学. 结果表明:提高进水中的ρ(p-CNB),p-CNB、p-CAN(对氯苯胺)的去除通量分别由0.014、0.011 g/(m2·d)升至0.099、0.060 g/(m2·d),但p-CNB的去除率由95.9%降至68.4%;提高氢气压力,p-CNB、p-CAN的去除通量分别由0.027、0.019 g/(m2·d)升至0.028、0.022 g/(m2·d),p-CNB去除率由93.1%升至95.1%,升幅均不大,说明进水ρ(p-CNB)比氢气压力更能直接影响p-CNB和p-CAN的去除通量及p-CNB去除率. 当量电子通量分配和还原动力学结果表明,p-CNB和p-CAN的还原对氢气压力升高的敏感性不强烈,进一步揭示降低进水中ρ(p-CNB)比提高氢气压力更能明显地促进微生物对p-CNB和p-CAN的去除效果. 氢气压力变化对硫酸盐还原和反硝化的影响程度高于p-CNB或p-CAN的还原,当氢气可利用率受限时,p-CNB或p-CAN的还原会由于电子供体的竞争而受到抑制.      

硫酸盐还原菌还原U(Ⅵ)的影响因素与机制

在厌氧环境下,改变温度、U(Ⅵ)的初始浓度、pH值、共存离子等因素,进行硫酸盐还原菌（SRB）还原U(Ⅵ)试验,以了解其特性.结果表明,SRB的最佳还原条件为温度35℃、pH值7.0、U(Ⅵ)初始浓度25 mg·L^-1.SRB的最大还原能力为179.1 mg·g^-1.共存离子Mo(Ⅵ)或Ca²⁺初始浓度小于或等于5 g·L^-1时,对SRB还原U(Ⅵ)影响不大;但当其浓度达到20 　g·L^－１时,它们对SRB还原U(Ⅵ)均具有很强的抑制作用.Mo(Ⅵ)对SRB的抑制主要是生理抑制,Ca²⁺是通过和U(Ⅵ)形成稳定的Ca-UO₂-CO₃络合物竞争抑制.试验结果还表明,Ca^2＋浓度低于5 　g·L^－１时未出现停滞期,但其浓度超过20 　g·L^－１时出现了1 d的停滞期.     

β-甘油磷酸钠修复含铀地下水

利用微模型实验,研究β-甘油磷酸钠修复含铀地下水的效果,监测厌氧培养过程中硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、pH值和铀浓度的变化,分析沉积物中铀的化学形态以及U （IV）的比例.结果表明：厌氧培养25d后,β-甘油磷酸钠组和甘油组的铀浓度分别从2.96,2.99mg/L降低到0.030,0.044mg/L,达到了我国《铀矿冶辐射防护和环境保护规定（GB23727-2009）》规定的排放标准.β-甘油磷酸钠作为碳源和磷源能够降低沉积物中可交换态和碳酸盐结合态铀的比例,并能提高沉积物中铁锰氧化物结合态,有机结合态和残渣态铀的比例;厌氧培养25d后,β-甘油磷酸钠组沉积物中U （IV）的比例达到了91.79%,比甘油组提高了28.82%,厌氧培养45d后,β-甘油磷酸钠组沉积物中U （IV）的比例基本保持不变,而甘油组则下降了7.98%.β-甘油磷酸钠作为碳源和磷源,能够促进U （VI）的生物还原和矿化从而将铀原位固定.     

零价铁和改性膨润土处置含铀废水的实验对比研究

含铀废水的处理是目前研究的热点。通过静态吸附试验,分别研究了零价铁(ZVI)和热改性膨润土(TAB)对含铀废水中U(Ⅵ)的去除效果,考察了溶液pH值、处置时间、使用量等因素对U(Ⅵ)去除率的影响。结果表明:零价铁对U(Ⅵ)的去除率高,处置时间短,当废水中铀U(Ⅵ)的浓度为30 mg/L时,ZVI的最佳使用量为3.0 g。当pH为5,处置时间10 min时,U(Ⅵ)去除率达到89.5%;延长处置时间,去除率略有增加。热改性膨润土在废水中铀的浓度为30 mg/L时的最佳使用量为0.4 g,过量使用膨润土反而不利于U(Ⅵ)的去除。当pH为4,处置时间120 min时,U(Ⅵ)去除率达到86.5%。动力学分析表明,ZVI处理含铀废水的过程符合一级反应动力学方程,而TAB处理含铀废水的过程接近二级反应动力学方程。     

共存离子对ZVI/S.oneidensis还原U(Ⅵ)的影响研究

研究零价铁(ZVI)与奥奈达希瓦氏菌(S.oneidensis)协同还原去除水相中U(Ⅵ)时,共存离子Cr~(6+)、Fe~(3+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)、NO_3~-和SO_4~(2-)分别存在时对U(Ⅵ)还原效果的影响。结果表明:溶液中共存的Cr~(6+)和溶解态的Fe~(3+)对ZVI与微生物协同还原U(Ⅵ)均存在显著的抑制作用,且当溶液中共存Cr~(6+)的含量超过10.0 mg/L时,U(Ⅵ)的还原几乎被完全抑制。在共存金属浓度为20 mg/L时,Cu~(2+)、Zn~(2+)对U(Ⅵ)的还原均具有抑制作用,且Cu~(2+)的影响大于Zn~(2+);Mn~(2+)对U(Ⅵ)的还原有微弱的促进作用。共存阴离子SO_4~(2-)对U(Ⅵ)的还原有微弱的促进作用,且作用大小与其浓度成正相关;在0.5~5.0 mmol/L浓度范围内,12 h时,共存阴离子NO_3~-对U(Ⅵ)的还原有明显的抑制作用。     

基于Feammox的生物膜反应器性能研究

铁还原氨氮氧化反应(Feammox)是近年来被证明在厌氧条件下由微生物驱动的氨氧化协同铁还原过程,为废水除氨提供了全新的思路.为了探究以Feammox建立生物膜反应器进行污水脱氮的可能,本研究通过接种Feammox菌落,在封闭条件下探讨了不同氨氮浓度对Feammox反应的影响,并在连续进水条件下构建基于Feammox的生物膜反应器研究其脱氮反应特征.结果表明,中(低)氨氮浓度有利于Feammox反应的发生,氨氮浓度为75mg/L时15d可达最高氨氮转化率41.49%.构建的基于Feammox的生物膜反应器连续运行90d,在进水氨氮浓度为75mg/L、水力停留时间为10d时,氨氮最高转化率达到33.78%;出水氮素和铁形态分析结果显示,氮素转化反应前期(10~60d)氨氮氧化产物为氮气,此阶段存在反硝化作用,后期(60~90d)氨氮氧化产物为硝态氮,此时反应器反硝化作用较弱;16Sr RNA测序结果显示,反应器内的Feammox反应主要由酸微菌和微小杆菌驱动.     

两相UASB反应器处理含高浓度硫酸盐废水

以人工合成硫酸盐废水为基质,采用硫酸盐还原--气提脱硫--甲烷化的串联工艺,考察了硫酸盐还原相反应器和气提脱硫反应器的处理效果,并探讨了整个串联工艺系统的最佳工艺条件.结果表明:(1)硫酸盐还原相中SO2-4负荷在回流比为15:1的情况下可达到10.5kg SO2-4/(m3·d),同时对SO2-4的还原率保持在80%...     

两段式生物法降低工业废水中高硫酸盐的试验研究

采用厌氧+兼氧的两段式生物反应器试验装置,研究了高浓度硫酸盐工业废水处理的可行性。试验结果表明:(1)厌氧+兼氧的两段式生物反应器中废水COD的去除率约为50%,SO2-4的去除率约为80%;(2)当厌氧反应器的容积负荷为9.5kgCOD/(m3·d)、污泥负荷为2.178kgCOD/(kgVSS·d),而兼氧反应器内氧化还原电位为-350~-380mV时,可有效将厌氧反应器内SO2-4转化成固体单质硫磺;(3)整个工艺对废水中硫酸盐的去除率约为80%,为处理高浓度硫酸盐工业废水提供了一种解决方法。