大肠杆菌IscA膜表面表达菌株在吸附水体重金属中的应用

为构建一种能够高效、同时吸附水中多种重金属离子的大肠杆菌,利用融合蛋白表达技术,首先将大肠杆菌前脂蛋白信号肽Lpp、膜蛋白OmpA的N端部分氨基酸和铁硫簇组装蛋白IscA的编码基因序列进行融合,构建pET-Lpp-OmpA-IscA表达载体,将此载体导入大肠杆菌BL21菌株.在IPTG诱导下,IscA蛋白可表达于细胞膜表面.然后对IscA膜表面表达菌株对重金属的吸附能力进行评估,包括测定最大吸附容量、绘制吸附浓度依赖曲线和时间依赖曲线,以及对菌株清除工业污水中重金属的性能进行初步探索.研究结果表明,与本底对照菌株相比,IscA蛋白在细胞膜表面表达能够使菌株对水中的Cu~(2+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、As~(3+)、Co~(2+)、Hg~(2+)这7种重金属的吸附能力提高2～5倍不等,并且在pH为6～8范围内保持其吸附能力基本不变.此菌株能够在30 min内将各种重金属溶液中超标5倍的金属含量降低至最大允许排放浓度以下,并且对吸附的重金属具有不同程度的回收能力和菌株再生能力.此外,该菌株能够同时吸附工业污水中的多种重金属,有效降低各种重金属含量.因此,利用膜表面表达技术对大肠杆菌进行改造,成功提高了大肠杆菌对多种重金属的吸附能力,为利用微生物治理环境重金属污染提供了良好的应用前景.     

活性炭的表面性质对CeOx/AC催化臭氧氧化水中苯甲酸的影响机制

实验对活性炭(activated carbon,AC)进行了氧改性、氮改性、硫改性和氮-硫共改性,考查AC的表面性质对CeO_x/AC催化臭氧氧化苯甲酸性能的影响.结果表明,相比氧改性活性炭ACO、硫改性活性炭ACS和氮改性活性炭ACN,氮-硫共改性活性炭ACNS由于含氮官能团和含硫官能团的引入,提高了对苯甲酸的吸附性能和催化臭氧氧化性能.采用氮-硫共改性活性炭为载体制备的CeO_x/ACNS催化剂表面Ce~(3+)含量最高,因而具有最高的催化活性,反应30 min,苯甲酸的去除率由单独臭氧氧化的22%提高到88%,TOC的去除率单独臭氧氧化的7%提高到55%.CeO_x/ACNS催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,苯甲酸的去除率仅从88%降低到82%,整个过程中活性组分Ce的流失只占负载量的0.32%,是一种很有应用潜力的臭氧氧化催化剂.     

基于FIB的北京温榆河流域粪便污染物分布特征和源解析

目前,北京市温榆河流域存在着较为严重的粪源微生物污染问题,对流域周边暴露人群的健康带来了潜在的威胁.为了明确温榆河粪便污染的分布特征及宿主来源,本研究采用传统培养法与定量聚合酶链式反应(qPCR)分别对常规粪便指示细菌(Fecal indicator bacteria, FIB),包括粪大肠菌群(Fecal Coliform, FC)、大肠杆菌(Escherichia coli, EC)与肠球菌(Enterococcus,ENT)和溯源FIB,包括不同宿主来源的特异性生物标记进行检测,并探究其相关性.研究结果表明,流域内粪源微生物污染较为严重,常规FIB浓度介于0～4.38×10~7 CFU·L~(-1)之间,溯源FIB处于1.37×10~6～4.29×10~(10) copies·L~(-1)之间.从时空分布来看,由于来水中各大支流及污水处理厂的贡献,从温榆河起点沙河闸至终点北关闸,所有的指示菌浓度呈现出大幅度的升高趋势.其中,龙道河为干流来水中粪便污染的首要地域,污水处理厂的尾水可能是清河河口及坝河处微生物污染的主要来源;降雨径流对粪源微生物含量的时空变化存在着非常显著的影响,使得FIB最高可达2个数量级的增长.微生物溯源结果显示温榆河流域内的粪源微生物来源主要为人类粪便污染,而非畜禽粪便污染,这同北京市近年来有关畜禽养殖管控密切相关.相关性分析表明,虽然FC与EC、ENT之间皆存在着统计学意义上的显著正相关性,但传统的FIB指标与拟杆菌及人源拟杆菌指标之间不存在显著相关性.本研究通过传统FIB培养和微生物溯源方法结合,明确了北京温榆河粪源污染程度及其主要来源,为北京温榆河污染防控提供了新的思路.     

柑橘/大球盖菇套作下土壤CO2排放及其效率对秸秆还田量的响应

以柑橘/大球盖菇套作模式为研究对象,利用秸秆作为大球盖菇的培养基原料,通过原位试验,连续监测大球盖菇生长期内,不同秸秆还田量(半量、全量和倍量)下土壤CO_2排放规律,并进一步对比栽培大球盖菇(HSM、ASM和DSM)和未栽培大球盖菇(HS、AS和DS)处理下土壤CO_2排放量变化及其影响因素,结合大球盖菇产量及土壤碳排放效率,分析不同秸秆还田量所产生的环境及经济效益,为合理利用柑橘园林下土地提供理论依据.结果表明:①秸秆还田处理的土壤CO_2累积排放量均高于常规种植(CK),随着秸秆还田量的增加呈增加趋势;且栽培大球盖菇处理的土壤CO_2累积排放量大于未栽培大球盖菇,表现为:DSM(52. 09 t·hm-2) ASM(41. 10 t·hm-2) HSM(33. 20 t·hm-2) DS(27. 15 t·hm-2) AS(25. 34t·hm-2) HS(18. 94 t·hm-2) CK(12. 16 t·hm-2);其中,倍量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(DSM)处理的土壤CO_2累积排放量增加最为显著,较CK增加了328. 37%;②对于栽培了大球盖菇的处理,土壤CO_2排放量最大时段均集中在大球盖菇菌丝生长期,其次为出菇后和出菇期;其中DSM处理在菌丝生长期的土壤CO_2累积排放量占其总累积排放量的43. 27%,其次为全量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(ASM,42. 63%)和半量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(HSM,40. 57%);③栽培大球盖菇处理降低了温度敏感系数Q10; 5cm土壤温度能解释27%～71%的土壤CO_2排放速率变化(P 0. 01),而土壤体积含水量单因子对土壤CO_2排放速率不存在显著影响;但双因子拟合发现,5 cm土壤温度和体积含水量可以解释土壤CO_2排放速率变化的36%～82%;④对于栽培了大球盖菇的处理,各处理产量分别为:DSM(49. 7 t·hm-2) ASM(47. 0 t·hm-2) HSM(23. 3 t·hm-2),其中ASM的土壤碳排放效率最高(CEE=1. 14).综上,柑橘/大球盖菇套作模式短期内会显著促进土壤CO_2排放,但同时也提高了柑橘园综合经济效益,其中全量秸秆还田能较好地协调其产生的经济及环境效益.     

CoZn-ZIF/MgAl-LDHs制备及其对碘吸附性能的研究

通过在双金属氢氧化物MgAl-LDHs表面定向固定纳米尺度的CoZn-ZIF,并原位生长形成CoZn-ZIF/MgAl-LDHs复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),X射线衍射(XRD)和热重差热综合热分析仪(TGA/DSC)分析手段对材料进行表征,考察CoZn-ZIF/MgAl-LDHs复合材料对正己烷中碘分子的吸附行为,讨论了吸附时间和吸附温度对吸附性能的影响.此外,还对吸附过程的吸附动力学和热力学进行详细的研究,考察准一级和准二级动力学模型,Langmuir和Freundlich等温吸附模型探究该材料的吸附机理.实验结果表明,CoZn-ZIF/MgAl-LDHs对碘的吸附行为符合准二级动力学模型,吸附平衡时间为225 min.通过Langmuir等温方程得到最大平衡吸附量为344.3322 mg·g~(-1),碘的吸附过程更好地拟合Freundlich等温方程,说明反应是多分子层吸附过程,同时,由热力学数据得知该吸附是以物理吸附为主的放热过程,降低温度对吸附过程更有利.     

两种不同形态MnO2降解卡马西平的效果及途径对比

研究了两种不同形态MnO₂（δ-MnO₂和胶体MnO₂）对难降解有机药物卡马西平（carbamazepine,CBZ）的去除效果,并通过液相色谱质谱联用技术（LC/MS）分析了不同pH值条件下δ-MnO₂和胶体MnO₂氧化转化CBZ的产物,探究其氧化转化途径.结果表明,δ-MnO₂和胶体MnO₂能通过化学氧化作用在2h内去除约1mg/L CBZ,相比之下,胶体MnO₂受pH影响较小且单位质量Mn对CBZ具有更好的去除效果.δ-MnO₂和胶体MnO₂与CBZ反应过程中各检出7种和4种产物.胶体MnO₂具有更强的氧化能力,越过了多种中间产物的产生步骤,使CBZ的降解途径更加简明.     

Visible-light-driven photocatalytic inactivation of bacteriophage f2 by Cu-TiO2 nanofibers in the presence of humic acid

Pathogenic viruses in drinking water are great threats to public health. Visible-light-driven photocatalysis is a promising technology for virus inactivation. However, the existing photocatalytic antiviral research studies have mostly been carried out in single-component systems, neglecting the effect of natural organic matter, which exists widely in actual water bodies. In this paper, electrospun Cu-TiO₂ nanofibers were prepared as photocatalysts, and their photocatalytic antiviral performance in the presence of humic acid (HA) was comprehensively studied for the first time. The properties of the reaction mixture were measured during the reaction. In addition, the safety, reliability and stability of photocatalytic disinfection in the mixed system were evaluated. The results showed that the virus removal efficiency decreased with the increase of the HA concentration. The type of reaction solution, such as PBS buffer solution or water, did not affect the removal efficiency noticeably. Under acidic conditions, the electrostatic forces between photocatalysts and viruses were strengthened, leading to higher virus removal efficiency. As the reaction time went on, the pH value in the solution increased first and then tended to be stable, the conductivity remained stable, and the dissolved oxygen increased first and then decreased. The safety test showed that the concentration of Cu ions released into the solution was lower than specified by the international standards. No photoreactivation was observed, and the addition of HA significantly reduced the reutilization efficiency of the photocatalysts.     

Integrating purifiers in refinery hydrogen networks: a retrofit case study

Hydrogen is an important utility in the production of clean fuels such as low-sulfur gasoline and diesel. The shortage of hydrogen resource motivates the integrated management of hydrogen networks with purifiers. In this paper, we propose a systematic approach for the retrofit design of these hydrogen networks. By establishing a state-space superstructure, all possible placements of existing compressors and purifiers are incorporated in the proposed MINLP model. Total annual cost (TAC) is employed as the optimizing object to understand the trade-offs between operating cost and capital cost. A real refinery system near Shanghai of China city is used to illustrate the applicability of the approach.     

"数字石羊河"建立及其在沙尘暴防治中的应用

由于上游超量用水,导致石羊河下游的民勤县绿洲无水可用,生态环境严重恶化,成为我国的第四大沙尘暴策源地.本文提出了建立"数字石羊河"的概念,认为石羊河流域要建立公平的用水机制,在技术上要建立"数字石羊河",最后对"数字石羊河"在沙尘暴防治中的应用作了分析.     

无排泥运行MBR处理不同浓度氨氮废水及其生物特性

考察了水力停留时间(HRT)为10 h时无排泥运行下膜-生物反应器(MBR)处理不同浓度氨氮无机废水的运行性能及微生物特性.结果表明,在处理NH₄⁺-N≤500 mg/L的废水时,氨氮转化率可达99%且反应器内微生物增长缓慢,比硝化速率从0.2kg/(kg·d)升至0.52 kg/(kg·d);当NH₄⁺-N≥700 mg/L时,出水亚硝酸氮和氨氮相继出现明显累积,比硝化速率随之下降至0.4kg/(kg·d)以下,反应器内生物量从3 200 mg/L上升至6 700 mg/L.反应器中的氨氧化菌维持在10⁷CFU/mL,亚硝酸盐氧化菌从10⁶CFU/mL下降至10³CFU/mL.系统内的溶解性微生物产物(以TOC表示)升至65 mg/L后保持稳定,出水TOC一直维持在3～4mg/L;细胞外分泌物(EPS)在膜的截流作用下随运行时间的延长积累至600 mg/L.