微生物异化Fe(Ⅲ)还原及其作用机制研究

微生物异化Fe(Ⅲ)还原是一个重要的生物及地球化学过程.文章围绕异化Fe(Ⅲ)还原细菌系统介绍了其代谢机理,对微生物异化Fe(Ⅲ)还原在地球化学中元素迁移和有机污染治理等环境修复方面的作用进行评述和展望.     

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.     

不同Fe(Ⅲ)对活性污泥异化铁还原及除磷影响研究

以SBBR反应器活性污泥作为铁还原菌菌种来源,采用兼性厌氧/严格厌氧恒温培养试验,投加不同Fe(Ⅲ)考察各条件下的异化铁还原能力同时比较对磷的去除效果.结果表明:2种条件下Fe(Ⅲ)还原能力具有较好的一致性,依次为:Fe(OH)3＞氧化铁皮＞青矿＞红矿,其中严格厌氧条件下较好.同时,除磷效果与其呈正相关,富集培养至7d,Fe(OH)3及氧化铁皮体系出水磷浓度均达到2mg/L以下,之后继续降低,最终达到0.5mg/L以下.结合异化铁还原除磷机理,可以证明,不同Fe(Ⅲ)表面吸附作用对TP的去除贡献较小,其主要作用为铁还原菌驱动下的化学沉淀去除.     

铁氧化菌特性及其在环境污染治理中的应用

铁氧化细菌属于化能无机营养型,常见的有嘉氏铁细菌属,氧化亚铁硫杆菌。氧化亚铁以及各种还原性硫化物为铁氧化菌提供生命活动能量。其主要碳源是二氧化碳,氮源为NH4+。由于氧化亚铁硫杆菌在矿物的附着选择在硫化物相,这些点位的化学键弱,能量易被细菌利用,根据文献发现铁氧化菌的作用机理为直接和间接机理的复合作用。一般来说在水土环境中主要受pH,温度等的影响。目前主要用于城市用水净化、含有重金属离子的各种废水处理及脱硫中,并且已经取得良好的处理效果。     

不同Fe(III)对活性污泥异化铁还原及除磷影响研究

以SBBR反应器活性污泥作为铁还原菌菌种来源,采用兼性厌氧/严格厌氧恒温培养试验,投加不同Fe(III)考察各条件下的异化铁还原能力,同时比较对磷的去除效果.结果表明:2种条件下Fe(III)还原能力具有较好的一致性,依次为:Fe(OH)3>氧化铁皮>青矿>红矿,其中严格厌氧条件下较好.同时,除磷效果与其呈正相关,富集培养至7d, Fe(OH)3及氧化铁皮体系出水磷浓度均达到2mg/L以下,之后继续降低,最终达到0.5mg/L以下.结合异化铁还原除磷机理,可以证明,不同Fe(III)表面吸附作用对TP的去除贡献较小,其主要作用为铁还原菌驱动下的化学沉淀去除.     

Shewanella oneidensis MR-1异化还原Fe(Ⅲ)介导的As(Ⅲ)氧化转化

在实验室模拟条件下,研究了Shewanella oneidensis MR-1作用下Fe(III)还原和As(III)氧化动力学及其影响因素.结果表明,Fe(III)被还原为Fe(II)的同时伴随着As(III)氧化为As(V);S.oneidensis MR-1在含低浓度As(III)培养基上生长良好,在高浓度培养基上生长被抑制;As(III)通过制约菌体的生长与活性来抑制Fe(III)异化还原.同样,适量浓度的Fe(III)含量对As(III)氧化转化有很强的促进作用,但是过高浓度的Fe(III)浓度使得溶液中产生过多的Fe(II),从而对As(III)氧化转化有一定程度的抑制作用.此外,弱碱环境更有利于As(III)氧化转化.     

纤铁矿微生物异化还原过程的动力学特征及其影响因素

基于脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis S12)和纤铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、纤铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明,AQS的加入使纤铁矿的微生物还原程度得到加强.反应末期,乳酸钠浓度为20mmol.L-1时,在添加AQS的10.0mmol.L-1的纤铁矿体系中,被还原解离出的Fe(Ⅱ)浓度是无AQS体系中的180.2%.纤铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着纤铁矿浓度的增加,纤铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的纤铁矿为底物时,S12菌-纤铁矿相互作用过程的拟合校正R2系数分别为0.8285(添加AQS)和0.9348(未添加AQS),电子转移载体的存在及底物类型的不同均对底物饱和时的反应速度(Vmax)和米氏常数(Km)值均有一定程度的影响.在微生物还原纤铁矿过程中,氧化还原中介体AQS使得其还原程度加剧,用于ATP合成所需能量ΔE值也随之升高,S12菌和纤铁矿的还原反应达到平衡时,Gibbs自由能变化(ΔGr)达最大值.     

植物在环境污染治理中的应用

本文介绍了植物在环境污染治理中的应用，包括植物治理污染土壤和污染水体的研究概况及进展，并对植物治理环境污染和新技术的研究及应用前景作了展望。     

草酸对微生物还原高岭土中铁的作用机制

通过微生物试验,比较了草酸浓度对微生物还原高岭土中Fe(Ⅲ)所起的作用;用环境扫描电镜(ESEM)和能量弥散X-射线谱图(EDS)分析了处理前后高岭土的结构变化。结果表明,在异化铁还原菌（dissimilatory iron reducing bacteria,DIRB）存在下,加入0.2 g/L的草酸,对Fe(Ⅲ)的还原效果最好;草酸浓度过高或过低对Fe(Ⅲ)的还原都有抑制,当草酸浓度为1.5 g/L时,微生物活性完全被抑制,此时Fe(Ⅲ)的还原量较低。化学对比试验表明,高岭土中Fe(Ⅲ)的还原随草酸浓度的增加逐渐增大,当草酸浓度达到13.0 g/L时,化学处理1 d后Fe(Ⅲ)的还原量与微生物处理4 d后Fe(Ⅲ)的还原量相当。ESEM和EDS的测试结果表明,高岭土中微生物还原Fe(Ⅲ)的过程,并不改变高岭土的主要结构,铁元素被微生物选择性的还原。     

不同来源堆肥腐殖质还原菌异化铁还原能力评估与调控

通过富集不同来源堆肥过程中的腐殖质还原菌,并分析比较其异化铁还原能力差异,发现其电子转移能力从大到小依次为：蛋白类>纤维素类>木质素类.相关性分析表明,Leucobacter、Clostridium sensu stricto和Sporosarcina是极显著影响异化铁还原的腐殖质还原菌属.利用冗余分析探究关键腐殖质还原菌与堆肥过程微环境因子的响应关系,结果发现可溶性有机氮是影响这些关键腐殖质还原菌变化的主要微环境因素.在此基础上,基于堆肥微环境因子与关键腐殖质还原菌菌群结构之间的响应关系,提出一种促进异化铁还原相关的腐殖质还原菌生长的调控方法.本研究可以深入了解堆肥中影响腐殖质还原菌群落的关键因素,而且对于环境中污染物生物地球化学循环也具有重要的生态学意义.     

生物表面活性剂的产生及其在环境污染治理中的应用

生物表面活性剂是由微生物在一定培养条件下分泌的次级代谢产物,属于绿色环保的新型表面活性剂。文章在综述了生物表面活性剂的类型、主要产生菌、生产方法及其化学特性等基础上,重点介绍了生物表面活性剂在环境污染治理方面的应用,并探讨了今后生物表面活性剂的研究方向及应用前景。     

生物炭及其水溶组分促进水铁矿微生物还原

采用水稻秸秆在300,400和500℃热解温度下制备生物炭(BC),并从中提取生物炭水溶组分(DBC),结合微生物还原实验和傅里叶转换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射晶体衍射(XRD)、电子顺磁(EPR)等表征手段考察BC和DBC对Geobacter sulphurreducens PCA还原水铁矿的影响和作用机制.结果表明,400℃热解BC可使微生物异化铁还原的速率增加12倍,还原率最高,这是由于其含有最多的醌基、羧基基团,可以作为电子穿梭体促进电子转移.BC不能作为电子供体直接向微生物或水铁矿提供电子.DBC使水铁矿的长期微生物异化铁还原程度和初始还原速率分别增加了10倍和2倍以上.500℃热解DBC可以充当电子供体或者电子穿梭体,促进水铁矿的微生物还原,但是不能直接化学还原水铁矿.     

石墨强化微生物异化铁还原合成蓝铁石的磷回收研究

蓝铁石结晶法磷回收是近年来国内外磷回收领域研究的热点.如何获得高产率的结晶产物,对于蓝铁石结晶法磷回收技术的广泛应用至关重要.本研究将不同投加量、不同粒径的石墨加入到混菌铁磷复合体系中培养22 d,探讨石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石过程的影响,以期为碳材料强化蓝铁石结晶法磷回收提供科学依据.结果表明:当石墨投加量为1 g·L~(-1)、粒径为10μm时,Fe(Ⅱ)含量在第10 d和第14 d时分别比对照组高12%和10%,对蓝铁石合成的强化作用最为明显.因此,1 g·L~(-1)、10μm的石墨投加条件为本实验中石墨强化微生物异化铁还原合成蓝铁石的最佳磷回收条件.实验末期测定了对照组和最佳石墨组体系中微生物蛋白含量,发现二者之间并无明显差异,表明石墨对微生物量的影响不大.此外,分析微生物群落结构变化发现,与原始污水水样相比,对照组和石墨组的变形菌门比例明显增加,且石墨组的增幅更大,表明石墨更利于变形菌的富集.由此推测,石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石的促进可能源于体系中石墨对变形菌门细菌的强化富集作用.     

鄱阳湖湿地DOM对铁还原菌异化还原水铁矿的影响

湿地土壤和沉积物中的Fe(Ⅲ)还原过程是地球化学循环中重要的一部分,目前有关鄱阳湖湿地DOM的化学组成及其与Fe(Ⅲ)还原作用的构效关系尚不明确.为此,以鄱阳湖湿地沉积物中分离筛选出的铁还原菌作为模式菌,Fe(Ⅱ)的生成量作为考察指标进行Logistic方程拟合分析,并采用紫外-可见光谱、三维荧光光谱及XRD光谱,研究...     

分子生物技术在环境污染治理中的应用

对于环境污染引入生物技术成为发展的一种趋势,在治污过程中,应用微生物和植物进行环境治理是值得推广的生物技术。本文首先阐述了与环境污染物相关的分子生物技术,并对其在水处理药剂中的应用做了详细分析。     

垃圾场污染场地氧化还原带及其功能微生物的研究

通过室内模拟柱实验发现受渗滤液污染的场地存在着4个顺序氧化还原带,依次为硫酸盐还原带、铁还原带、硝酸盐还原带和氧还原带,范围分别为0～27 cm、 27～62 cm、 47～74 cm、 74～91 cm.各带中生物群落结构发生了明显的变化,相应地以硫酸盐还原菌（SRB）、铁还原菌（IRB）和反硝化细菌（NRB）为优势菌群,同时也存在其他作用的细菌.氧化还原带和功能微生物的分布说明各氧化还原带间并不存在严格的界限,有一定的重叠现象.功能优势菌群的变化是氧化还原带更替的根本原因.     

微生物在中水治理中的应用

随着现代工业的迅速发展,城市规模的不断扩大城市用水量和废水量不断增加,造成城市水源水量不足,水质日趋污劣,已成为当今世界各大城市普遍存在的问题。为了解这个问题,世界上许多国家相继开展了污水资源化的研究工作。在研究的基础上,也有不同规模的生产性装置投入使用,有的还将污水处理后的中水,回用于城市自来水的补充水源。城市污水再生回用已显现出开源和控制水污染的双重功能。     

Shewanella oneidensis MR-1异化还原Fe(III)介导的As(III)氧化转化

在实验室模拟条件下,研究了Shewanella oneidensis MR-1作用下Fe(III)还原和As(III)氧化动力学及其影响因素.结果表明,Fe(III)被还原为Fe(II)的同时伴随着As(III)氧化为As(V);S. oneidensis MR-1 在含低浓度As(III)培养基上生长良好,在高浓度培养基上生长被抑制;As(III)通过制约菌体的生长与活性来抑制Fe(III)异化还原.同样,适量浓度的Fe(III)含量对As(III)氧化转化有很强的促进作用,但是过高浓度的Fe(III)浓度使得溶液中产生过多的Fe(II),从而对As(III)氧化转化有一定程度的抑制作用.此外,弱碱环境更有利于As(III)氧化转化.     

核辐射技术在环境污染治理中的应用

以γ射线或电子束为基本手段的核辐射技术，在环境污染治理中的应用日益广泛，除了其优良的消毒性能外，还可用于废气、废水、固体废物以及环境难降解有毒有机物的处理，该文阐述了电子束辐照烟气脱硫、辐照处理工业废水、辐射降解，难降解有机污染物等方面的研究应用，以及利用气溶胶强化电子束脱硫硝和对石油进行辐射脱硫的设想，并展望了这类技术的应用前景。     

第十三讲 环境污染治理费用的分摊（上）

一、“谁污染,谁治理”原则及其局限性从一个具体的生产单位来说,假定它在生产过程中破坏了当地或附近地区的环境,造成了环境污染,那么它作为环境污染的责任者,显然应对环境污染所造成的损失负责,即除了应对受害者交付补偿费用而外,还应当承担环境污染的治理费用。“谁污染,谁治理”原则正是针对这一点而言的。“谁污染,谁治理”原则是正确的。一方面,这一原则确定了环境污染责任者治理的环境、清除污染的