瘤胃微生物强化醋糟厌氧消化及其机制

针对醋糟中木质纤维素利用效率低的问题,通过接种瘤胃微生物可强化木质纤维素水解.采用逐步提升体系有机负荷的方式,考察瘤胃微生物生物强化对醋糟厌氧消化性能的提升效果,并运用绝对定量实时聚合酶链锁反应（Q-PCR）技术探究其微生物学强化机制.结果表明:长期连续运行成功塑造了高效的木质纤维素瘤胃强化体系.该体系的最高有机负荷达8.90 g/（L·d）（以VS计）,是强化前的1.53倍,该有机负荷下半纤维素和纤维素降解率分别达73.9%和40.1%,单位质量底物沼气和甲烷产量相应地分别达到451和261 mL/g（以VS计）,半纤维素和纤维素较高的降解率是该体系维持高产气性能的主要原因.生物相机制研究表明,瘤胃微生物强化体系中与木质纤维素水解密切相关的GH5（糖苷水解酶家族5）水解菌逐步富集,其基因拷贝数从初始的964×1010 copies/g升至最高有机负荷下的6.83×1011 copies/g,这是底物在高有机负荷下仍能被高效生物转化的根本原因.研究显示,瘤胃微生物的介入可有效强化体系底物的降解能力,促进醋糟产甲烷性能的提升.      

晶种对磷回收效率的影响及其产物分析

以CaO、MgO和白云石石灰（D-Lime）为晶种对模拟厌氧消化上清液进行磷回收试验,研究晶种投加量对磷去除效率的影响,分析试验反应动力学和产物表面形态。结果表明:磷浓度为0.645 mmol/L（ρ（P）=20 mg/L）、n（N）/n（P）为8:1、pH为7.80的模拟水中,投加一定量的CaO、MgO和D-Lime进行磷回收试验,磷的去除率在95%以上,试验反应过程符合准一级反应动力学。针对消化上清液中的高浓度常见离子CO₃2-,当c（CO₃2-）≥ 10 mmol/L时,其对CaO除磷具有明显抑制作用,而对D-Lime和MgO抑制作用有限。此外,投加晶种中含有Mg2+时会生成磷酸铵镁晶体（magnesium ammonium phosphate,MAP）。     

绿色雨水基础设施适应性植物的选择和设计

针对绿色雨水基础设施建设过程中植物选择不当、景观效果差、养护成本高等问题,提出定性与定量相结合的评价选择方法。以北京地区草本植物为例,根据GSI设施结构、功能特征拟定植物基本属性指标,建立植物综合评价指标体系,对30种常用草本植物进行评分分级,筛选出与设施功能相适应的植物种类;并探讨了草甸型植物景观在绿色雨水基础设施中的应用前景及设计方法,为高效益、低成本的绿色雨水基础设施建设提供新思路。     

亚铁氧化反硝化生物膜反应器中铁矿物的多样性及其对重金属Cd的吸附

亚铁氧化反硝化过程,是指亚铁氧化和NO₃--N还原相结合的生物矿化过程,该过程不仅可以实现水中NO₃--N脱除,还可以得到对多种污染物有较强吸附去除能力的铁矿物。构建了亚铁氧化反硝化过程的连续流式生物膜反应器,分析了反应器运行3个月后内部生成的颗粒物特性及其对重金属镉(Cd)的吸附效果。结果表明:反应器内不同位置会生成颗粒成分不同的铁矿物,下部和中部以菱铁矿为主,上部以针铁矿为主。这些颗粒均具有较大的比表面积和多种有利于吸附的有机官能团,对于水中Cd2+具有较强的吸附能力,不同位置形成的颗粒物的吸附去除率从大到小依次为出水>上部>中部>下部,去除率均可达到84%以上,吸附动力学和热力学方程更符合准二级动力学方程和Freundlich模型。     

1株汞挥发真菌的分离及特性分析

近年来土壤汞污染日益严峻,严重危害环境和人类健康,已成为一个世界性的环境问题,因此选择合理有效的方法对其进行修复与控制刻不容缓。有些微生物对汞具有吸附和挥发的特性,可用于受汞污染环境的修复。实验从受重金属污染的土壤中分离纯化出1株高抗汞真菌（DC-F9）,其汞的最小抑菌浓度（MIC）达到160 mg/L;通过ITS序列比较,鉴别该菌属于曲霉属真菌;摇瓶培养发现,该真菌在Hg（Ⅱ）浓度为5 mg/L的培养基中对汞的挥发率、吸附率和总去除率分别为36.8%、58.4%、95.2%;而在Hg（Ⅱ）浓度为10 mg/L的培养基中,其值分别为45.4%、40.2%、85.6%;通过FTIR分析,发现该菌株为响应汞的胁迫表现出多种生理上变化。结果表明该菌株具有对汞污染环境修复的应用潜力。     

基于燃料特性的汽油机颗粒物排放预测关系式

汽油机的颗粒物排放与所用燃料的性能密切相关.为评价燃料特性对汽油机颗粒物排放的影响,建立了一个简化PN指数(SPNI)关系式并进行了统计学检验.该指数包含T70(70%蒸馏温度)、重芳烃(碳数≥9)含量、终馏点温度和烯烃含量4个关键的燃料参数.在试验和分析过程中配制了代表不同地区市场油的20种模型燃料,并对其燃料参数进行了相关性分析和多元线性回归.发动机试验结果表明,各种典型运行模式下的发动机实际颗粒物数量(PN)排放均与SPNI呈现高度的相关性.与已有的详细PM指数相比,该模型计算更为简便,可操作性强.该简化PN指数可用于工程上评价不同汽油燃料的颗粒物排放潜势.     

羟胺对厌氧氨氧化污泥群落的影响

目前,由于厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)过程具有高效率、低能耗和污泥量少的优点,在污水除氮方面具有广阔的应用前景.羟胺既是厌氧氨氧化代谢的中间产物,同时也是一种抑制剂,但是目前关于厌氧氨氧化细菌颗粒如何应对羟胺的压力还没有很好的解释.通过羟胺批次添加实验,发现在投加不同浓度的羟胺情况下(40～80mg·L~(-1)),厌氧氨氧化的反应活性受到了抑制作用,但是无法判断厌氧氨氧化细菌对羟胺的耐受阈值.然后基于实时荧光定量聚合酶链反应(RT-qPCR)技术检测了不同反应器内肼氧化酶(HZO)的mRNA的表达量,发现HZO酶的表达量随着羟胺浓度的增加出现先升高后降低的趋势,由此本研究推测相对于3.12g·L~(-1)的厌氧氨氧化颗粒污泥,其承受的羟胺浓度(以N计)阈值介于60～70mg·L~(-1).同时利用16S rRNA高通量测序的方法对反应器内的颗粒污泥微生物结构与功能进行分析,发现投加适量的羟胺(50mg·L~(-1))有助于增强颗粒污泥中细菌的细胞运动性,促进厌氧氨氧化细菌的组成,提供一个更佳的生态平衡.     

曝气-电解生态浮床的净化效果与机理分析

为强化生态浮床对重污染河道水体的净化能力,采用曝气-电解生态浮床联合技术增强生态浮床的净化功能.试验考察了电流密度、曝气量和处理时间对模拟的高氮磷重污染水体的净化潜力,分析了电解反应对填料细菌群落结构组成和浮床水生植物黄菖蒲（Iris pseudacorus）生长的影响.结果表明：在进水NH₃-N浓度为10 mg·L^-1,PO₄^3--P浓度为0.8 mg·L^-1,电流密度为0.74 mA·cm^-2,水力停留时间为3 d的条件下,相比于电解生态浮床和传统的生态浮床,曝气-电解生态浮床有利于水体中NH₃-N的去除（p<0.001）,其NH₃-N浓度下降至（0.92±0.24）mg·L^-1,而电解生态浮床处理的水体NH₃-N浓度为（6.85±0.17）mg·L^-1,传统生态浮床处理水体中NH₃-N浓度高达（8.09±0.40）mg·L^-1,曝气促进了水体中NH₃-N向NO₂^--N和NO₃^--N的转化.电解有利于水体中PO₄^3--P的去除,电解生态浮床处理水体中的PO₄^3--P浓度下降至（0.43±0.02）mg·L^-1,曝气-电解生态浮床处理的水体中PO₄^3--P下降至（0.46±0.02）mg·L^-1,可见,电解促进了PO₄^3--P的去除.从对I.pseudacorus生理生化指标变化分析可知,曝气有利于减弱电解反应对I.pseudacorus的损伤;对基质生物膜的16S rDNA分析可知,电解反应增加了浮床基质中自养反硝化微生物数量.因此,曝气-电解生态浮床是一种有效的净化重污染水体的方法.     

生物炭对褐土理化特性及真菌群落结构的影响

为了探讨生物炭施用对土壤理化及生物学特性的影响,在田间条件下研究了不同用量(0、10、20、40 t·hm~(-2))生物炭施用3a后植烟褐土真菌的群落结构特征,并分析了其与土壤环境因子的关系.结果表明,土壤添加生物炭3 a后显著提高了土壤pH、含水率、总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量,而降低了土壤容重和溶解性有机碳(DOC)含量.Illumina Mi Seq测序结果表明,生物炭的添加对土壤真菌α多样性影响不大,但能显著改变真菌群落结构.物种注释结果表明,所有样本中真菌优势菌群均为子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)和担子菌门(Basidiomycota),其相对丰度之和占所有可注释真菌丰度的90%以上.生物炭提高了子囊菌门和担子菌门的相对丰度,降低了接合菌门的相对丰度.在属水平上,生物炭增加了链格孢属(Alternaria)、锥盖伞属(Conocybe)和曲霉属(Aspergillus)真菌的相对丰度,降低了放射毛霉(Actinomucor)和赤霉菌(Gibberella)的相对丰度.冗余分析(RDA)及Mantel检验结果说明,土壤DOC、pH和含水率是影响褐土真菌群落结构的主要环境因子.综上,生物炭施用3 a后对土壤理化特性有显著的影响,这些环境因子的改变驱动了土壤真菌群落的生态演替.