外源亚精胺调控黑麦草根系响应镉胁迫及其转录组学分析

应用外源生长调节物质是增强植物抗逆能力的有效手段之一.以黑麦草为受试植物,进行水培试验,探究外源基施0.1 mmol ·L^-1亚精胺（Spd）对不同水平（0、5和10 mg ·L^-1）镉（Cd）胁迫下黑麦草根系生理学和分子生物学两方面的影响.生理学研究结果表明,Cd胁迫显著降低黑麦草根系的生理机能,而添加Spd可有效缓解Cd引起的负面作用.其中对根系可溶性蛋白含量的影响最为显著,较5 mg ·L^-1和10 mg ·L^-1 Cd单独处理,分别提高了90.91%和158.35%.Spd还通过提高抗坏血酸（ASA）和谷胱甘肽（GSH）含量、过氧化物酶（POD）活性来抑制氧化胁迫产物丙二醛（MDA）和过氧化氢（H₂O₂）的积累,对根系活力和超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响则不显著.分子生物学研究结果表明,10 mg ·L^-1Cd胁迫致使黑麦草根部大量基因发生了差异表达,应用外源Spd后差异表达基因的数目、差异显著性和差异倍数均显著降低,GO富集分析最显著的部分由响应有机环状化合物、醛基/酮基转移酶活性变为响应三价铁离子和2''-脱氧麦根酸2''-双加氧酶活性.单基因表达热图分析发现,外源Spd上调了锌铁转运蛋白和2''-脱氧麦根酸2''-双加氧酶相关基因的表达,提高了根系对铁的吸收利用能力.综上所述,施用一定浓度的Spd可有效调控黑麦草根系对Cd胁迫的响应,增强其耐性生理,减轻Cd的毒害效应.     

好氧段碳源浓度对同步去除和富集磷酸盐生物膜的影响

利用聚磷菌以循环交替O/A模式运行,对生活污水处理厂的主流工艺中实现磷酸盐的同步去除和富集,探究了好氧段碳源浓度对聚磷生物膜去除和富集磷酸盐性能以及生物膜中微生物种群结构的影响.结果表明,好氧COD质量浓度从200 mg·L~(-1)降低到0 mg·L~(-1),吸磷速率提升1. 29倍,出水磷质量浓度稳定在0. 5 mg·L~(-1)以下;释磷速率提升3. 56倍,富集液磷酸盐质量浓度从27. 125 mg·L~(-1)升高到55. 91 mg·L~(-1).微生物群落变化中,鉴定为聚磷菌的变形菌门(Proteobacteria)的含量增加约2倍,红环菌科(Rhodocyclaceae)和厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)的富集效果分别提高了2. 28和5倍.降低好氧段碳源浓度,有利于聚磷菌的筛选和富集,强化了好氧段磷酸盐的去除以及厌氧段磷酸盐的释放,获得了更高的磷酸盐富集液,并且为以资源回收为目的的未来城市污水处理厂提供降低好氧段碳源需求的理论基础.     

碳纳米管活化过一硫酸盐降解金橙G过程及动力学

采用碳纳米管(CNT)作为固体活化剂,活化过一硫酸盐(PMS)氧化降解偶氮染料金橙G(OG).结果表明,CNT活化PMS降解OG的效果要比活性炭(GAC)好,45 min可使OG的脱色率达到99%;并研究了CNT活化PMS降解OG的机制及反应过程的动力学,发现CNT活化PMS产生的自由基主要是SO_4~-·,活化场所在CNT的表面.通过对CNT/PMS体系降解OG的主要影响因素(温度、OG初始浓度、CNT投加量、PMS浓度、初始pH)进行一级动力学拟合.最后通过紫外可见光谱分析,发现OG在479 nm和330 nm处吸收峰强度明显减少,表明OG分子中偶氮键及萘环结构均一定程度被破坏;且CNT/PMS降解体系对染料OG具有一定矿化率.     

芘、镉单一及复合污染胁迫下土壤生态功能稳定性的影响机制

当前我国土壤污染的形势已十分严峻,各种污染物进入土壤导致农产品生态安全问题已不容忽视,土壤污染问题亟待解决.本研究将土壤的抵抗力、恢复力及稳定性作为土壤质量的评价指标,对土壤施加不同含量(含量比)梯度的芘(PYR)、镉(Cd)单一及芘/镉(PYR/Cd)复合污染,分别从微生物活性、多样性和丰富度方面对土壤生态系统进行系统的描述,并构建模型来描述Sb与PYR、Rt与Cd的剂量-效应关系.结果表明,不同类型污染物在土壤的扩散过程中均会对土壤DOC含量造成一定程度的削减,且在PYR/Cd复合污染中污染物的含量比值与DOC含量的降低速度呈反比例关系;PYR、Cd单一污染处理下,土壤微生物量和微生物菌落数均随着污染物含量的增加而降低;在PYR/Cd复合污染中,PYR/Cd比值大小与Rt呈负相关且其中Cd对微生物的抑制作用占有主导地位;此外本研究对显著相关的两组数据:PYR含量与稳定性、Cd含量与抵抗力构建了回归预测模型,其中二项式模型均可较好描述PYR、Cd胁迫下与上述稳定性参数的剂量-效应关系.     

磷酸盐对厌氧氨氧化活性污泥脱氮效能的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥,研究了磷酸盐浓度变化对厌氧氨氧化活性污泥脱氮效能长短期的影响,对其抑制动力学参数进行拟合,并基于荧光定量PCR的测定,分析了受磷酸盐抑制前后反应器中厌氧氨氧化细菌丰度的变化.短期研究结果表明,磷酸盐浓度小于30 mg·L~(-1)对厌氧氨氧化污泥的脱氮效能没有明显的影响;随着进水磷酸盐浓度的升高,氮去除速率呈加速下降趋势;磷酸盐浓度大于200 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化污泥活性达到完全的抑制状态;采用Haldane抑制模型拟合磷酸盐抑制的动力学参数,所得半抑制常数为70.1 mg·L~(-1).长期研究结果表明,磷酸盐浓度小于50 mg·L~(-1)时,对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响不大;磷酸盐浓度在70~90 mg·L~(-1)时,厌氧氨氧化污泥活性开始受到明显影响,经过一段时间可以有所恢复,但磷酸盐浓度越高,恢复所需时间越长;当磷酸盐浓度达到100 mg·L~(-1)时厌氧氨氧化污泥的脱氮效能受到严重抑制,氮去除速率由158.33 g·(m~3·d)~(-1)下降至60.17 g·(m~3·d)~(-1)左右,抑制约62%.荧光定量PCR结果表明,抑制后的污泥体系中ANAMMOX菌细胞浓度由(9.97±0.86)×107cells·m L~(-1)下降至(8.26±0.54)×107cells·m L~(-1),有相对减少的趋势.     

ANAMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐脱氮研究

采用全混式厌氧搅拌罐,研究在自养条件下,ANAMMMOX菌利用零价铁还原硝酸盐为氮气的可行性及最佳反应条件.投加铁屑71 g·L~(-1),接种厌氧氨氧化颗粒污泥200 mg·L~(-1),控制温度33℃±0.5℃,搅拌强度150 r·min~(-1),水力停留时间10 h,pH值为7.0~8.0.在中性条件下,添加厌氧氨氧化微生物的零价铁还原硝酸盐体系一次性投加零价铁,0~5 d硝酸盐脱氮负荷达到0.12 kg·(m~3·d)~(-1).反应出水氨和亚硝酸盐始终小于2.0 mg·L~(-1),硝酸盐以氮气形式损失,出水pH较进水高值超过8.0,并且可溶性铁含量始终小于7 mg·L~(-1).硝酸盐去除氮能力始终高于0.1 kg·(m~3·d)~(-1).批试实验优化反应条件:在偏酸性条件下(pH值为4~6)反应速度加快,并且液相总氮损失率大于89%.反应温度在30~40℃时,液相总氮损失率大于89%.过于极端的pH值环境及温度环境均不利于耦合反应的进行.     

无机型城市景观水体表观污染的悬浮颗粒物粒度分布特征:以中国运河苏州段为例

基于悬浮颗粒物粒度分布特性能为水环境表观质量研究提供重要信息,以流经苏州市市内运河水为研究对象,探讨无机型城市景观水体中不同表观污染程度下水中悬浮颗粒物的粒度分布特性及其影响因素,从悬浮颗粒物的粒径角度来解释无机型景观水体表观污染机制.结果表明,无机型水中悬浮颗粒物以单峰分布为主,中值粒径范围13~25.2μm,组分Ⅱ(粒级3.8~16μm)是优势组分,体积分数范围29.4%~59.6%;水体表观污染的敏感组分为组分Ⅱ(粒级3.8~16μm)和组分Ⅳ(粒级32~64μm),表观污染指数(SPI)与组分Ⅱ和组分Ⅳ体积分数关系具有分段性,分段节点是浊度为45NTU处,浊度小于45NTU时,SPI值与组分Ⅱ体积分数呈显著正相关,与组分Ⅳ体积分数呈显著负相关;当浊度大于或等于45NTU时关系相反.影响苏州运河水粒径分布的因素主要是生物因子和水动力条件,生物因子的作用主要表现为藻类的增加,水动力条件的作用是使水体发生再悬浮,导致水中大颗粒物质的增加.     

基于不同接种污泥复合型厌氧氨氧化反应器的快速启动特征

为获得快速启动厌氧氨氧化的最佳污泥源及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成工艺,采用本实验室自主研发复合型CAMBR反应器(厌氧折流板反应器(ABR)+膜生物反应器(MBR),分别接种厌氧颗粒污泥(R1)和絮状反硝化污泥(R2),考察不同接种污泥的厌氧氨氧化启动特征和颗粒化程度.结果表明,R1与R2反应器分别耗时45 d和60 d均成功快速启动厌氧氨氧化,其启动过程均可分为活性停滞期、活性提高期、活性稳定期3个阶段,但每个阶段氮素的去除规律略有不同,稳定运行期内,R1和R2反应器内NH_4~+-N和NO-2-N的平均去除率均高达95%以上;此外,R1反应器中形成了直径0.8~1.6mm为主的厌氧氨氧化红色颗粒污泥,R2反应器则以不规则块状和絮状为主,颗粒化程度较低,两个反应器内均可观察到红色颗粒污泥上浮现象;稳定运行期内NH_4~+-N、NO-2-N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:R1反应器内可能存在着硝酸盐型厌氧氨氧化,致使NH_4~+-N过量转化,R2反应器内则为典型亚硝酸盐型厌氧氨氧化.     

零价铁自养反硝化过程活性污泥矿化及解决措施

本研究通过接种生活污水处理厂活性污泥,在升流式厌氧反应器内启动了零价铁还原硝酸盐的反应,经过52d的运行后实现氮去除速率29.3 g·(m~3·d)~(-1).针对运行过程中形成的三价铁及铁氧化物对污泥的包裹,致使污泥矿化,导致活性降低的问题,进行了流加污泥和改变回流两种防矿化方式的可行性研究.采用流加方式,经过22 d运行,硝酸盐氮转化速率在33.0 g·(m~3·d)~(-1)左右,出水亚硝酸盐氮平均浓度16.50 mg·L~(-1),此两者和矿化时期相比均无较大变化,而出水氨氮平均浓度从12.38 mg·L~(-1)下降到3.58 mg·L~(-1),氮去除速率从9.9 g·(m~3·d)~(-1)恢复至15.0 g·(m~3·d)~(-1),生物反应减弱了化学还原硝酸盐过程;采用改变回流方式,反应柱外部设置回流池,利用回流池上部水进行水力循环和上升冲刷,将生成的三价铁及铁氧化物随出水流出并沉积在外部回流池内,在上升流速3.49 m·h-1的条件下,转化硝酸盐对应生成的三价铁量有大约58%通过回流沉淀在外部回流池内,硝酸盐氮反应速率在34.3 g·(m~3·d)~(-1),出水亚硝酸盐氮、氨氮浓度分别为0.22 mg·L~(-1)、0.75mg·L~(-1),未出现氨和亚硝酸盐的大量积累,实现氮去除速率在33.4 g·(m~3·d)~(-1),实现了长期运行中污泥矿化问题的解决.对比两种方式,从处理效果看改变回流模式处理污泥矿化问题优于污泥流加方式.     

人工合成水铁矿对含磷废水的吸附性能

采用人工合成水铁矿Ferror Mox(FM)作为处理含磷废水的吸附剂.利用SEM、EDS、XRD、FTIR和Raman等分析手段确定FM为无定形状态的2 L水铁矿,主要由Fe、O、Ca、Si等元素组成.通过实验考察该材料作为除磷吸附剂的效果,研究了不同因素对FM除磷效率的影响,并对其吸附除磷的机制进行了分析.结果表明,在吸附时间60 min、磷酸盐溶液初始p H为2、相对投加量为7 g·L~(-1)、反应温度为25℃、初始含磷浓度为10 mg·L~(-1)、溶液体积为50 m L的条件下,磷酸盐的去除率达到99.14%;在不同温度下的吸附等温式均满足Langmuir等温吸附模型,相关系数达到0.95以上;由热力学参数可知,FM吸附磷酸盐的反应属于自发(式)的吸热反应;FM去除磷酸盐的反应用准一级动力学模型和准二级动力学模型均可以描述;通过再生实验可知,用0.1 mol·L~(-1)的氢氧化钠溶液可以使99%左右吸附在FM上的磷酸盐解吸下来.因此,FM适合作为处理含磷废水的吸附材料.