嗜热脂肪地芽胞杆菌对聚苯乙烯的降解性能

微生物降解是废旧聚苯乙烯塑料（polystyrene,PS）最具持续性的处理方法.嗜热微生物具有较高的生物转化效率,可有效促进有机固废的降解,然而目前对嗜热微生物介导的PS塑料降解缺乏深入地研究.本文以堆肥中分离的1株嗜热脂肪地芽胞杆菌-FAFU011菌株（Geobacillus stearothermophilus FAFU011）为研究对象,分析其对PS的降解性能及机制.结果表明,FAFUA011可以将PS作为碳源进行生长,并在其表面形成稳定的生物膜;经过56 d的处理后,FAFUA011可使PS塑料膜的质量下降4.2%,重均分子质量和数均分子质量分别降低17.4%和18.2%;SEM分析表明,FAFUA011可造成PS表面产生侵蚀坑洞;XPS和接触角分析结果表明,经过FAFUA011的作用,增加了PS表面含氧结构的种类和数量,并改变了PS表面的亲水性能,从而有利于微生物在PS塑料表面的定殖,并进一步促进PS生物降解;基于2D-COS分析,确定了PS降解过程中官能团随时间变化的顺序为：1491 cm^-1（C—H） > 1450 cm^-1（C—H） > 1601 cm^-1（C=C） > 1027 cm^-1（C—O） > 1068 cm^-1（C=O） > 1366 cm^-1（C—OH）.本研究结果表明FAFU011能够促进PS塑料的嗜热生物氧化降解.     

微生物转化淀粉废水制备生物灭蚊剂

采用摇瓶发酵试验探讨了淀粉废水为原料制备微生物灭蚊剂的可行性.结果表明,无需任何预处理工序,淀粉废水可作为微生物灭蚊菌株(Bacillus thuringiensis subsp. israelensis 187菌株和Bacillus sphaericus 2362菌株)的优良发酵培养基.Bti 187和Bs 2362菌株能在淀粉废水(含固率2.5%)为唯一原料的培养基中正常生长发育,并且产孢产毒.Bti 187和Bs 2362在淀粉废水发酵42 h,活菌数分别可达7.5×108、4.5×108 CFU·mL-1;抗热性芽孢数分别可达5.1×108、2.7×108 CFU·mL-1,均显著高于常规LB培养基.与LB培养基相比,淀粉废水培养基有利于提高芽孢产率、缩短发酵周期.毒力测定表明,淀粉废水培养42 h的Bti发酵液对淡色库蚊和白纹伊蚊的LC50分别为0.78、0.87 μg·mL-1,淀粉废水培养42 h的Bs发酵液对淡色库蚊和白纹伊蚊的LC50分别为0.70、16.06 μg·mL-1,淀粉废水明显有利于Bti 187与Bs 2362菌株的产毒.本研究不仅为淀粉废水提供了高附加值的处置新途径,而且可显著降低生物灭蚊剂的生产成本,具有广阔的应用前景.     

好氧颗粒污泥中胞外聚合物的提取、组成及空间分布研究进展

好氧颗粒污泥具有比传统活性污泥更加优越的性能,然而好氧颗粒污泥的稳定性限制了该技术的工业应用和推广。积累在颗粒表面的胞外聚合物（EPS）和好氧颗粒污泥系统长期运行的稳定性能有关。本文回顾了好氧颗粒污泥中EPS的成分、提取方法、在颗粒中的空间分布及EPS在颗粒化进程和稳定状态的作用,探讨了好氧颗粒污泥中EPS研究现状和不足,对亟待研究的内容提出了建议,以便为国内好氧颗粒污泥深入研究和工业应用提供参考。     

利用嗜酸性硫杆菌去除制革污泥中铬的研究

本研究采用嗜酸性硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans和Thiobacillus thiooxidans)并添加S粉为能源物的生物淋滤技术应用于制革污泥中铬的去除(溶出).序批式试验结果表明,淋滤处理8d,Cr的溶出率可高达100%(污泥中铬的原始浓度为14519mg/kg).在能源物各种投加比例中,以4g/L的投加比例较好.研究表明,生物淋滤法去除制革污泥中铬主要是通过嗜酸性硫杆菌的新陈代谢使介质酸化而实现的.生物淋滤作用导致介质pH下降到2.0,是使制革污泥中铬大量溶出的一个临界点,在pH低于这个临界点时,污泥中铬去除率才可迅速达到80%～100%.这为重金属含量高的废弃物处理展示了一条全新的途径.     

污泥与猪粪作为培养基微生物去除垃圾焚烧飞灰中的重金属

以污泥或猪粪代替常规的无机盐(SM)作为A.ferrooxidans和A.thiooxidans复合菌株的培养基,利用微生物淋滤法去除垃圾焚烧飞灰中的重金属.结果表明,重金属去除率大小顺序为:污泥+菌液>SM+菌液>猪粪+菌液.污泥+菌液的处理中,经过15d的微生物淋滤,Cd、Zn、Cu去除率最高分别达到88.1%、78.7%、69.6%,而猪粪+菌液的处理,3种金属的去除率分别为82.4%、73.5%、60.0%.试验也表明,相同浓度的猪粪DOM对硫杆菌复合菌株的抑制作用远大于污泥DOM.当污泥DOM和猪粪DOM中水溶性有机碳浓度分别高于400mg/L和150mg/L时,就表现出对硫杆菌的不可修复的抑制作用.猪粪DOM中小分子量组分较多是造成这一现象的主要原因.     

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.     

干湿交替条件下不同晶型铁氧化物对水稻土甲烷排放的影响

以典型华南水稻土为研究对象,通过室内恒温培养试验,分析了不同水分条件下[干湿交替(DW)和持续淹水(CF)]不同晶型铁氧化物[水铁矿(SF)和赤铁矿(SH)]对水稻土CH4平均排放速率及产CH4潜力的影响.结果表明,与CF相比,DW处理的CH4平均排放速率平均减少了61%以上;与没有添加铁氧化物的处理相比,铁氧化物抑制了53%的CH4排放.DW与铁氧化物的耦合抑制了65%~94%的产CH4平均排放速率及57%~93%的产CH4潜力,抑制效果明显高于DW或铁氧化物的单独作用.其中DW耦合晶型较弱的水铁矿(SF-DW)所产生的抑制效应(94%)明显高于DW耦合晶型较好的赤铁矿(SH-DW,65%).统计分析结果表明Fe(Ⅲ)浓度与水稻土CH4排放速率存在显著负相关性(R2=-0.98,P<0.01).且实验结果表明,DW可以加速Fe(Ⅲ)的循环再生,而晶型较弱的SF易还原性使其Fe(Ⅲ)的循环再生更易受到DW的影响.上述结果说明,DW可以促进铁氧化物对水稻土CH4排放及产CH4潜力的抑制效应,且干湿交替与晶型较弱的水铁矿的耦合效应比干湿交替与晶型较高的赤铁矿的耦合效应更为显著.     

污泥与稻秆共热解对生物炭中碳氮固定的协同作用

为了研究共热解对生物炭中碳氮固定的协同效应,利用管式固定炉开展了不同热解温度(300~700℃)下的污泥与稻秆单独热解及其共热解(泥秆质量分别为1∶3、1∶1、3∶1)试验研究.结果发现,污泥和稻秆共热解并不是两种物料单独热解贡献的简单叠加.共热解对生物炭产率无协同效应,但对固定碳产率的协同性受共热解条件影响较大.在相同热解温度下,1∶3和3∶1泥秆比共热解生物炭中的碳和氮含量协同量化值均明显大于1∶1泥秆比下的协同量化值,碳和氮元素含量协同量化值分别在热解温度和泥秆比为(400℃、1∶3)与(400℃、3∶1)时达到最大值12.43%与40.65%.碳和氮固定率协同量化值随热解温度的升高而增加,最大分别为53.77%~56.13%和38.30%~39.12%,说明共热解可显著提高生物炭中碳和氮元素的固定水平.除3∶1泥秆比共热解生物炭中H/C原子比大于理论值,对降低生物炭的芳香度与饱和度具协同作用外,其他共热解条件下的H/C、(O+N)/C、O/C原子比均小于理论值,对提高生物炭的稳定性具明显的协同促进作用.污泥与稻秆在泥秆比1∶3、1∶1与3∶1下共热解,提高协同效应的方式分别为促进脱氧去氢反应、去氢反应与脱氧反应.该研究结果可为生物炭在碳氮封存减排中的应用提供新的工艺途径.     

赤铁矿抑制硫酸盐废水厌氧消化产甲烷过程中硫化氢形成与机制

为了实现高浓度硫酸盐废水厌氧消化过程中甲烷的高值化产出,本文探究了赤铁矿添加对硫酸盐废水厌氧消化系统中硫化氢形成的抑制效果与作用机制.以人工配制的硫酸盐废水为研究对象,考察不同赤铁矿投加量下高浓度硫酸盐废水的厌氧消化性能,并分析反应体系中硫元素的迁移转化途径.结果表明,未添加赤铁矿的反应器的厌氧消化启动时间及硫化氢浓度分别是0.5 g·（30 mL）^-1赤铁矿添加组的1.64倍及180倍.这说明添加赤铁矿不仅能够缩短厌氧消化的延迟时间,而且有效降低反应器中硫化氢的浓度.硫元素的动态平衡分析结果显示,添加0.5 g·（30 mL）^-1赤铁矿反应器中固体硫含量占总硫的96.9%.XPS结果进一步表明,赤铁矿添加主要是促废水中的S^2-以FeS₂的形式固定.因此,赤铁矿的添加能够有效加速硫酸盐废水厌氧消化过程,同时降低反应器中硫化氢的浓度.     

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.