Magnetotactic bacteria: Characteristics and environmental applications

• Magnetotactic bacteria (MTB) synthesize magnetic nanoparticle within magnetosomes. • The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were summarized. • Isolation and mass cultivation of MTB deserve extensive research for applications. • MTB can remove heavy metals, radionuclides, and organic pollutants from wastewater. Magnetotactic bacteria (MTB) are a group of Gram-negative prokaryotes that respond to the geomagnetic field. This unique property is attributed to the intracellular magnetosomes, which contains membrane-bound nanocrystals of magnetic iron minerals. This review summarizes the most recent advances in MTB, magnetosomes, and their potential applications especially the environmental pollutant control or remediation. The morphologic and phylogenetic diversity of MTB were first introduced, followed by a critical review of isolation and cultivation methods. Past research has devoted to optimize the factors, such as oxygen, carbon source, nitrogen source, nutrient broth, iron source, and mineral elements for the growth of MTB. Besides the applications of MTB in modern biological and medical fields, little attention was made on the environmental applications of MTB for wastewater treatment, which has been summarized in this review. For example, applications of MTB as adsorbents have resulted in a novel magnetic separation technology for removal of heavy metals or organic pollutants in wastewater. In addition, we summarized the current advance on pathogen removal and detection of endocrine disruptor which can inspire new insights toward sustainable engineering and practices. Finally, the new perspectives and possible directions for future studies are recommended, such as isolation of MTB, genetic modification of MTB for mass production and new environmental applications. The ultimate objective of this review is to promote the applications of MTB and magnetosomes in the environmental fields.     

3种喹诺酮类抗生素在骆马湖饮用水源地沉积物上的吸附特征

为探究喹诺酮类抗生素(QNs)在饮用水源地的吸附特征,2019年6月于江苏骆马湖饮用水源地采集沉积物样品,用5种动力学方程拟合沉积物对诺氟沙星(NOR)、环丙沙星(CIP)和氧氟沙星(OFL)的吸附动力学过程,并用Langmuir和Freundlich模型拟合以上3种QNs的吸附热力学过程,分析了pH、水土比和不同Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Al~(3+)浓度对吸附过程的影响。结果表明:骆马湖沉积物对3种QNs的吸附在8h达到平衡,准二级动力学方程和Langmuir模型能更好地描述3种QNs的吸附动力学和热力学过程。酸性条件下,3种QNs的吸附效果更好,且在pH=5时平衡吸附量最大。平衡吸附量随着水土比的上升而下降。Na~+对吸附的抑制作用不明显,Ca~(2+)和Mg~(2+)的抑制作用较强,而Al~(3+)对吸附表现为促进作用。应在枯水期和南水北调时期加强对骆马湖饮用水源地(尤其是东北部)QNs污染的关注。     

啤酒行业涉氨环境风险特征、评估及防控对策

为了解和掌握啤酒行业涉氨环境风险状况,分析了啤酒行业液氨在运输、贮存和使用过程中的环境风险单元和特征。以典型啤酒厂为例,对其环境风险进行评估,确定环境风险等级,并利用环境风险评价系统(RiskSystem)模型对其在不同风速条件下发生液氨泄漏的环境风险进行了预测分析,进而提出有针对性的环境风险防控对策。研究结果表明:啤酒行业在液氨贮存和运输环节存在较大的环境风险,阀门、法兰、接口等连接部位腐蚀和操作不当是氨泄漏的主要原因。根据典型案例环境风险评估和模拟预测结果,在受体敏感区域环境风险较大,风速对氨泄漏事故的影响范围有较大作用,需要严格预防和加强风险控制。建议国家和地方尽快出台相应的环境风险防范技术规范;涉氨单位应以预防为主,加强环境风险单元和重点环节的隐患排查力度,严格落实风险防控措施和要求。     

临安区不同功能区道路降雨径流重金属污染特征及源解析

于2017—2018年对临安区不同功能区的道路进行道路降雨径流采样,分析降雨量、季节变化和街尘对临安区道路降雨径流重金属污染特征的影响,并运用主成分分析法进行重金属源解析。结果表明,临安区道路降雨径流污染较严重;降雨强度越大,重金属浓度下降更快且末期浓度更低;道路降雨径流中Cu呈现春夏季大于秋冬季,Zn、Cr呈现秋冬季大于春夏季,Pb、Ni呈现冬春季大于夏秋季的季节变化趋势;临安区街尘与道路降雨径流重金属污染存在一定的相关性;主成分分析表明重金属污染源主要为以电线电缆为主的工业活动和汽车损耗。     

西南山地区域森林火险综合预报模型研究——以重庆市为例

森林火灾严重破坏森林生态系统的结构和功能,针对其风险预报开展研究具有重要的理论意义和应用价值。通过融合气象、地表覆盖和人类活动等要素的方式构建森林火险综合预报模型,是西南山地区域森林火险综合预报业务化应用的重要发展方向。基于《森林火险气象等级》国家标准(GB/T 36743-2018),本文研究首先构建了重庆市森林火险气象风险预报模型。然后通过融合可燃物因素和人为因素的方式,进一步构建重庆市森林火险综合预报模型。最后利用历史火点数据针对上述两类模型的精度进行对比和分析。研究结果表明:重庆市森林火灾发生次数较多,且呈现出季节性规律;重庆市森林火灾的发生不仅受到气象条件的影响,而且受到地表覆盖和人类活动等多种要素条件的共同影响;与森林火险气象风险预报结果相比,森林火险综合预报结果在空间分布上具有更高的精细程度;森林火险综合预报模型能有效提高森林火险等级预报精度。     

基于源网荷互动的分布式能源消纳方法

分布式能源发电的不确定性给电网公司消纳新能源带来了极大的挑战,电力物联网全域感知技术为分布式能源消纳提供了有效的数据支撑,故提出了一种基于源网荷互动的分布式能源消纳方法,构建了分布式能源总功率预测方法,采用自回归移动平均算法对新能源发电功率进行预测,并建立分布式能源发电波动影响因子,分析新能源发电波动对电网带来的影响。根据源网荷的互动情况,采用离群点自趋优算法,实现新能源机组有功功率精准控制,有效推动分布式能源的消纳。仿真验证表明：采用离群点自趋优的新能源机组控制算法能根据电网运行情况,自动调控分布式能源、电网资源,实现分布式能源最大化消纳,有效提高了园区分布式能源的经济运行水平。     

岩体裂隙连通路径及岩体等效渗透张量参数研究∗

在高放核废料的处置中,掌握地下水在裂隙岩体中的渗流规律是当下的关键问题。以甘肃北山岌岌槽一测区为工程背景,通过现场数据测得的裂隙统计参数,应用编制的 MATLAB 语言程序生成全局域内的离散裂隙网络模型,将三维裂隙以圆盘模拟并简化为变截面圆管单元渗流网络,为考虑边缘效应以圆管作为单元体切割基准。通过比较随单元体尺寸增大的三个方向上的等效渗透系数变化趋势得到表征单元体 REV,并在该单元体中计算渗透张量以及应用 Dijkstra 算法识别对应边界方向的最优路径。结果表明:该测区的渗透系数最值分别为 3.62e^-6 m/s与 9.19e^-7 m/s,水平向渗透性最小,竖直向附近最大,基本符合工程实际。     

阪神地震中大开地铁车站和区间隧道破坏差异成因研究∗

在日本阪神地震中遭受地震破坏的地铁地下结构中,仅大开车站中标准段一处区域发生了完全塌毁,其它地铁车站、隧道的震害程度均相对其要轻微。利用能够合理模拟地下框架结构损伤破坏的数值分析模型,对大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构的地震破坏反应进行了数值模拟分析,探讨了造成上述现象的原因。结果表明:不同断面宽度以及埋深导致大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构所受的上覆土压不同,使三者立柱在地震作用中处于不同的轴压比状态下工作,并使得三者不同刚度的结构框架在地震作用中出现不同程度的损伤与刚度退化,继而导致三者立柱出现了不同程度的水平相对变形。最终大开站标准段立柱由于较高的轴压比下受到过量的水平相对变形而发生破坏,从而导致整体框架结构的严重破坏;其余二者则由于立柱处于较低的轴压比下,所受水平相对变形处于立柱变形能力范围内,而未发生立柱破坏,进而使得整体框架保持了承载能力。     

一起鸟粪闪络引起220kV引流跳线与地线短接故障分析

对某220 kV输电线路跳闸故障进行分析,根据故障监测信息、故障时段故障区域的天气、现场环境等综合判断故障原因为鸟粪闪络,而造成鸟粪闪络的主要原因为跳线角钢未用绝缘护套包覆,鸟类夜间栖息在架空地线防振锤处排便,鸟粪在湿度80%RH、微风条件下降落,短接跳线角钢端头和地线防振锤间电气间隙而引起闪络放电。对绝缘护套的防鸟害效果进行仿真分析,得出了不同电压等级线路绝缘护套的最佳厚度,提出了防范类似鸟害故障的措施。