基于铁还原菌的微生物燃料电池研究进展

微生物燃料电池(Microbial fuel cell, MFC)是未来理想的发电装置,而铁还原菌是目前MFC研究中重要的产电微生物.自然界中并无微生物产电的直接进化压力,而MFC电极与自然界中Fe(III)氧化物同为难溶性胞外电子受体,研究表明,铁还原菌对二者的还原有相似机制.基于铁还原菌的MFC具有无需外加介体,可利用多种有机电子供体作为燃料,能量转化率高等优点.本文分析了铁还原菌还原电极和还原Fe(III)氧化物机制的相似性,对近年来基于各种铁还原菌的MFC研究进展进行分述和总结,提出了铁还原菌MFC的发展趋势和研究方向.     

表面活性剂对Bacillus pumilus strain Bap9降解苯并[a]芘的影响

研究了非离子型表面活性剂Triton X-100（TX-100）和Tween80（TW-80）对苯并[a]芘的增溶特性及对苯并[a]芘高效降解菌Bacillus pumilus strain Bap9生长的影响,结果表明,2种表面活性剂对苯并[a]芘均有良好的增溶效果,均能作为碳源和能源被菌株Bap9所利用,TX-100增溶能力和增殖能力相对更强;不同浓度的TX-100对菌株降解苯并[a]芘的影响不同,当浓度为1 000 mg/L时,对降解的促进作用最强,可将苯并[a]芘降解率提高20.8%;在苯并[a]芘降解过程中,TX-100亦能作为碳源被菌株Bap9利用,不产生二次污染,因此可用于苯并[a]芘污染环境的生物修复。     

全球水系格局与水网构建研究进展

在水资源时空分布不均匀、社会经济发展不均衡以及全球气候变化条件下,科学合理的水网构建已成为新时期实现水资源高效利用和促进区域可持续发展的重要途径,因此在多目标下如何把握各级水系对应水网构建的“度”也就成为当前关注的核心问题.本文回顾了全球天然水系格局、识别与表征方法、形成机制、时空分布及演化特征等方面的研究进展,分析了典型水系格局所对应的流域水资源禀赋和水资源结构特征,指出了水系格局的若干生态环境效应.进一步在对世界著名大河跨流域引水工程与骨干水网构建关系典型案例分析的基础上,指出了面向生态的水系格局优化与骨干水网构建的发展趋势.     

湿地综合分类研究:Ⅰ.分类

目前湿地研究中存在的主要问题是湿地分类标准不一，不同学科间的湿地分类系统缺乏可比性，且缺乏类别界定的定量指标。本文在总结吸收湿地分类已有成果的基础上，比较了已有方法的优劣，提出了一种动力与成因相结合的综合分类法，并讨论了各个分类等级上分类因子的定量描述方法，从而在一定程度上保证了湿地分类的通用性和定量性。这一综合分类方法的提出有助于用数学模型对湿地动态变化进行定量描述①。     

不同粒径黄河沉积物中可提取腐殖质的含量分布及光谱特性

测定了黄河表层沉积物3种粒径组分（Ⅰ：100～300 μm;Ⅱ: 63～100 μm;Ⅲ: <63 μm）中总有机碳和可提取腐殖质的含量,分析了可提取腐殖质的紫外-可见吸收光谱、红外光谱和三维荧光光谱特征,探讨了不同粒径组分沉积物中可提取腐殖质含量分布及其化学组成特性.结果表明,沉积物有机质主要为粘土矿物吸附的天然腐殖质成分,总有机碳中可提取腐殖质的比例随沉积物有机质与矿物质相互作用的增强而降低,顺序为Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ.3种粒径组分沉积物中可提取腐殖质的紫外-可见吸收光谱相似但相对峰强不同;红外光谱主要有5个吸收峰,各吸收峰面积百分含量的计算结果表明酚、醇及羧酸类官能团为主要的活性官能团,占可提取腐殖质组成的75%以上;三维荧光光谱主要有3个荧光峰,除了典型的类腐殖质荧光峰（峰A和峰C）外,还有源于小分子类蛋白或酚类物质的荧光峰（峰T′）.比较3种粒径组分沉积物中可提取腐殖质的紫外-可见、红外及三维荧光光谱的特征参数,发现Ⅰ、Ⅱ组分沉积物中可提取腐殖质的芳香度高,脂肪族和芳香族含量高于Ⅲ组分,而Ⅲ组分沉积物可提取腐殖质中酚、醇及羧酸类活性基团含量相对较高.     

盐度对固定化曝气生物滤池中微生物的影响

在进水盐度为0～3%的范围内,固定化曝气生物滤池（BAF）处理人工合成采油废水的效果良好.在此基础上进一步研究盐度变化对该系统中微生物的影响,结果表明,当盐度小于1%时,载体上活体微生物数量不断上升,达1.3×10⁷ 个/cm³;当盐度上升到2%和3%时,活体微生物数量开始下降,细胞个体缩小、破裂,并随出水流失,经驯化后系统中微生物数量保持在1.1×10⁶ 个/cm³.在盐度为0.5%时,微生物脱氢酶活性(dehydrogenase activity,DHA）达最高,为14.4　μg/(mg·h),降解性能最好.微生物分泌的胞外多糖(extra cellular polysaccharide,ECP_c）起到了将微生物固定在载体上的作用,并在盐度为2%时达到最高209.9　μg/mg.载体上胞外多聚物(extra cellular polymers,ECP_s）和微生物质量随着系统运行而堆积,实验采用的FPUFS大孔载体（孔径为0.3～0.7　mm）可以有效地避免反应系统中由于微生物及其ECP_s累积而造成的堵塞现象,并且在高盐度的环境下提供良好的水、气、有机物的传质条件.     

产气肠杆菌燃料电池产电机制研究

基于铁还原菌的微生物燃料电池（MFCs）与基于产氢细菌的MFCs各有优劣,前者能量利用效率高,但底物利用范围有限;后者底物利用广泛,但其依靠悬浮细胞产电,电子回收率较低.本研究以1株具有铁还原活性的产氢菌Enterobacter aerogenes XM02为产电微生物,构建了3种不同阳极材料的空气阴极MFCs,通过输出电压和库仑效率的比较以及扫描电镜观察阳极形貌等方法对此菌的产电机制进行探讨.结果发现,采用比表面积大且具有氢催化活性的碳毡作为阳极材料时,可显著改善MFCs性能,库仑效率由载铂碳纸阳极MFC的1.68% 提高至42.49%,远高于已报道的其它产氢菌燃料电池.扫描电镜证实大量细菌细胞附着在阳极表面,形成阳极生物膜.采用非生长基质实验排除悬浮细胞的产电作用,证明附着在阳极的生物膜对产电起主导作用,认为生物膜原位产氢-氧化是此菌的主要产电机制.     

Fenton氧化与生化组合技术处理油田采油废水的研究

采用Fenton氧化与生化组合技术处理生物难降解的采油废水的研究结果表明，Fenton氧化技术不但对采油废水中有机质有较好的去除率，而且大大地改善了废水的可生化性，在H2O2的投加浓度和Fe^2 与H2O2的摩尔比分别为10mmol／L和0．1的条件下，经过30min氧化后可使废水BOD值由原来的5mg／L上升至40mg／L；同时随着氧化时间的延长，废水中残余的有机物分子量逐渐降低。30min氧化后的废水经过生物处理，其出水COD值为102mg／L，可以满足国家综合污水外排标准，经济分析结果表明，该技术处理采油废水的运行成本为1．47元／t。这一技术在解决石油行业采油废水的外排达标方面具有很好的应用前景。     

黄河中游水保措施对入黄干支流泥沙特性的影响:Ⅰ.泥沙粒径变化

过去关于水土保持措施影响的研究多侧重于减水减沙的影响，对泥沙组成影响的研究则相对较少。本文以大量的实测资料为依据，以河口至龙门间区域自然与水土保持条件为背景，将水保措施类型、河道水流泥沙条件与流域地貌条件结合考虑，借助统计分析方法对采用水保措施前后该区域（尤其是与黄河中游水土流失密切相关的黄土高原与沙砾丘陵区域）的泥沙粒径分布变化进行了探讨。分析表明，泥沙粒径分布变化极其复杂，对应于不同地貌类型条件的泥沙组成遵循不同的分布规律。黄土丘陵区河流中的悬移质泥沙级配服从正态分布规律，而沙砾丘陵区河流中的泥沙级配则服从皮Ⅲ型分布规律。当分布函数的类型确定后，泥沙粒径分布由该分布函数的几个参数共同决定，这些参数分别反映了泥沙从流域表层搬运到对应级别河流的过程中地貌形态及水土保持措施的影响。文中由多学科综合研究得到的结论，对黄河中游水土保持效益研究具有重要意义。     

高含沙紊动系统中泥沙铜的相互作用及其垂向浓度分布

采用谐振式紊动模拟装置 ,通过格栅以一定振幅、不同频率的往复运动 ,在水体中形成均匀紊动场 ,研究紊动对高浓度固液两相系统中泥沙 (黄土 )与铜的相互作用及其垂向浓度分布的影响 ,投沙量 (S)范围为 5kg/m³～800kg/m³.结果表明 ,在均匀紊动条件下 ,黄土对铜的吸附量在S =10kg/m³ 处出现峰值 ,而后随着投沙量的增加而快速下降 .这可能是铜的专性吸附、马兰黄土富含碳酸钙而导致铜的碳酸盐和氢氧化物沉淀 ,以及泥沙浓度效应等过程的共同作用所致 .水相铜浓度随S从 5kg/m³增加到 200kg/m³时快速下降 ,在S>200kg/m³ 的高含沙条件下继续下降趋于 0 .高浓度泥沙紊动水体中 ,水相铜浓度和泥沙吸附铜量的垂向分布分别表现出均匀和波动的不同特点 ,实际含沙量的垂向分布在S<100kg/m³时比较均匀 ,在S>200kg/m³时自上而下逐步增加 .