阳离子交换树脂法提取一株除铬(Ⅵ)优势菌(Bacillus sp.)的胞外聚合物

采用阳离子交换树脂法对一株除铬优势菌(Bacillussp.)的胞外聚合物(EPS)进行提取,综合考察树脂量、振摇频率、提取时间三个主要因素对EPS提取效率的影响,确定阳离子交换树脂法提取优势菌Bacillussp.的最佳EPS提取条件.试验结果表明:当菌悬液OD为0.833,树脂量20g,振摇频率120r.min-1,提取时间8h时,EPS的提取效果最佳,提取量高达132.15μg.ml-1菌悬液,而DNA提取量仅1.48μg.ml-1菌悬液.     

藻菌生物膜胞外聚合物(EPS)与Al3+的配位作用机理

利用三维荧光光谱(3DEEM)和傅立叶转换红外光谱(FTIR)研究了藻菌生物膜EPS与Al3+的相互作用机理.3DEEM结果表明,生物膜EPS含有3个荧光峰.其中,峰A(Ex/Em=225～235 nm/300～330 nm)和峰B(Ex/Em=275～280nm/325～330 nm)荧光较强,属类蛋白峰,峰C(Ex/Em=335 nm/432～434 nm)荧光较弱,属类腐殖酸峰.峰A和峰B都能不同程度地被Al3+猝灭,它们的条件稳定常数(logK)分别为5.89和6.95.Al3+-EPS体系的峰A和峰B荧光强度明显受溶液pH值的影响.在pH为2～4之间时,荧光强度随pH的增大而增大,在4～7之间随pH的增大而减小,在7～11之间随pH增大而增大.FTIR光谱网分析表明,Al3+主要与EPS中所含的-NH-、C=O等发生强的配位作用.     

Pb~(2+)对生物膜胞外聚合物(EPS)的影响研究

采用胁迫培养的方式,结合扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外分析(FTIR)研究了Pb2+对生物膜胞外聚合物(EPS)的影响,包括Pb2+对蛋白质和多糖产生量及比值(PN/PS)的影响、对EPS中Pb2+质量比的影响、对EPS基团和微观形态的影响。结果表明,Pb2+质量浓度为10 mg/L时,对蛋白质和多糖的产生有抑制作用;Pb2+质量浓度大于等于20 mg/L时,对蛋白质和多糖的产生有促进作用。PN/PS随Pb2+质量浓度升高而增大,在Pb2+质量浓度为40 mg/L时略有下降,说明Pb2+更有利于促进蛋白质的产生。生物膜中Pb2+质量比随Pb2+质量浓度升高而增加,证明Pb2+通过与蛋白质和多糖结合在生物膜上积累。FTIR分析表明,Pb2+的加入会导致羧基基团的振动减弱,羟基出现变形振动、伸缩振动等;SEM图像显示,加入Pb2+后,出现含Pb的白色沉淀物,阻塞了传质通道,使EPS孔洞和通道数目减少。     

超滤与电渗析联用降低油田采出水矿化度中试试验研究

以大庆油田常规处理后的油田采出水为处理对象,建立日产水300t的超滤预处理和电渗析脱盐处理中试试验装置.考察该工艺所能达到的技术经济指标,掌握放大规律,为万吨级工业装置和系统的设计提供基础数据.经过3000h长时间连续试运行,系统出水水质稳定,出水浊度低于1.0 NTU,悬浮物和含油量低于1.00 mg/L,矿化度低于1000 mg/L,水质完全满足配制聚合物用水要求,证明采用处理后的油田采出水代替清水作为聚合物驱用水是可行的.     

生物滞留系统处理水产养殖尾水的效能和机制

为探究生物滞留系统(bioretention system,BS)对水产养殖尾水的处理效能,设计并构建倒置(inverted bioretention system,IBS)和正置(control bioretention system,CBS)2组生物滞留系统,在不同进水条件下比较了2种BS构建方式的运行效能,通过胞外聚合物(EPS)、三维荧光光谱和电子传递活性(ETSA)等方法阐述了不同构建方式下BS的脱氮机制。结果表明：在不同进水条件下IBS的处理效能优于CBS,当运行间隔周期为1 d时,IBS的TN和NO₃⁻-N去除率分别达到71.79%~82.00%和68.70%~85.84%,平均去除率比CBS分别高出10.65%和15.89%。CBS和IBS的TN和NO₃⁻-N去除率随进水负荷的增加呈先升高后稳定的趋势,TP波动最小,去除率均稳定在97.04%~99.22%。构建方式对EPS的组分无明显影响,但对EPS含量和ETSA影响显著。IBS的构建方式可促进微生物分泌更多的EPS,其中EPS的多糖(PS)和蛋白质(PN)含量分别比CBS高出66.89 ug·g⁻¹和603.24 ug·g⁻¹,并且IBS的酪氨酸、色氨酸和微生物代谢产物明显高于CBS;此外,与CBS的ETSA为(0.47±0.07) ug·(g·min)⁻¹,相比IBS提高了0.35 ug·(g·min)⁻¹。以上研究结果为应用生物滞留系统技术处理养殖尾水提供参考。     

活性污泥对硒化镉量子点暴露的胁迫响应机制

为揭示硒化镉(CdSe)量子点(quantum dots, QDs)在复杂环境体系中的生物毒性效应,本研究以活性污泥为研究对象,探讨了CdSe QDs(0.1~10 mg·L⁻¹)长期暴露对序批式活性污泥反应器运行效能、污泥性能以及微生物代谢作用的影响。结果表明,在实验质量浓度范围内,出水COD值和硝酸盐波动较大,而硝化作用影响较小,且低剂量CdSe QDs的存在加速了NH₄⁺-N的降解,1 mg·L⁻¹ CdSe QDs将平均氨氧化速率由2.2 mg·(L∙h)⁻¹提高到3.3 mg·(L∙h)⁻¹。尽管CdSe QDs会引起出水浊度略微增加,但污泥沉降性能始终维持稳定。CdSe QDs主要与污泥表面的C—O—C、C—O、C—C和磷酸基团结合,诱导胞外聚合物的酪氨酸类蛋白荧光淬灭。同时,微生物会通过分泌色氨酸类蛋白以缓解胁迫影响。此外,活性污泥的物种丰富度和多样性均受CdSe QDs的抑制,但低质量浓度CdSe QDs有利于Nitrospirae相对丰度的增加。PICRUSt2预测显示,微生物的新陈代谢和遗传信息处理相关的代谢通路均受到CdSe QDs的显著抑制,膜传输和信号传导的代谢通路丰度最终分别下降至32 552和7 876,导致反应器出水COD值随暴露剂量的增加而逐渐增大。因此,CdSe QDs通过改变微生物群落结构和功能影响活性污泥有机物的去除效果,但对硝化反应及污泥絮凝和沉淀性能并未表现出明显负面效果。     

微量肼对厌氧氨氧化生物膜长期运行效果的影响

为探究微量肼(N₂H₄)对厌氧氨氧化生物膜的长期影响,采用3个移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor, MBBR)处理低浓度氨氮(50.9±3.6) mg·L⁻¹废水,分别加入0 mg·L⁻¹ (对照组,R1)、5 mg·L⁻¹ (R2)和10 mg·L⁻¹(R3)的微量N₂H₄后连续运行35 d,考察N₂H₄对MBBR系统中总氮去除速率(total nitrogen removal rate, TNRR)、生物量、胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)、血红素和微生物群落的影响。结果显示,运行末期相对于R1,R2和R3的NRR分别下降了53%和 64%。N₂H₄ 质量浓度为5 mg·L⁻¹时,生物膜的EPS分泌量提高,触发了生物膜保护机制;当N₂H₄ 质量浓度为10 mg·L⁻¹时,生物膜的EPS和血红素含量均明显下降,N₂H₄对生物膜产生抑制作用。长期添加微量N₂H₄导致门水平中Planctomycetes和Candidatus_Kuenenia的相对丰度降低,可见,N₂H₄的加入可以使NRR短暂增长,但长期加入会对厌氧氨氧化生物膜产生生物毒性,抑制厌氧氨氧化菌(AnAOB)的活性。整体而言,5 mg·L⁻¹和10 mg·L⁻¹的N₂H₄的加入都难以维持MBBR长期稳定高效运行,其对厌氧氨氧化生物膜的负面影响更为明显。     

厌氧序批式生物膜反应器处理葡萄酒生产废水性能及菌群演替分析

为探究厌氧序批式生物膜法处理葡萄酒生产废水的可行性,采用厌氧序批式生物膜反应器(AnSBBR)预处理模拟葡萄酒生产废水,通过逐级增加进水浓度来提升有机负荷并对AnSBBR在不同负荷下的运行特性及菌群演替规律。结果表明： 在35 ℃、HRT为20 h、周期为4 h的运行工况下,当OLR为1.2~9.6 g·(L·d)⁻¹时,AnSBBR均能保证出水COD值低于200 mg·L⁻¹,当OLR为5.4 g·(L·d)⁻¹时,运行性能最佳,COD去除率为(97.2±0.5)%,甲烷产率为(349.9±7.6) mL·g⁻¹;与OLR为1.2 g·(L·d)⁻¹相比,OLR为9.6 g·(L·d)⁻¹时产甲烷速率提高69.3%,生物量增加294.3%,辅酶F₄₂₀浓度增加190.8%,电子传递活性(INT-ETS)提高88.4%;当OLR增至10.2 g·(L·d)⁻¹后,反应器中VFA浓度持续增加,丙酸和丁酸积累,缓冲能力明显下降,系统无法适应该负荷条件;高通量测序显示,群落中主要的细菌为Desulfovibrio、Brevinema、Treponema、Longilinea、Paludibacter和Leptolinea,主要的古菌为Methanobacterium、Methanobrevibacter,Methanosaeta和Methanosarcina;受进水基质组分和负荷的影响,细菌和古菌中丰度占比最大的分别为Desulfovibrio(12.4%)和Methanobacterium(17.1%);当OLR为5.4 g·(L·d)⁻¹时,产甲烷菌多样性更高且在门和属水平上整体丰度最大,分别为26.7%和26.3%;当OLR为9.6 g·(L·d)⁻¹时,培养出特定的菌属(Methanobrevibacter)以适应环境。由此可以看出,逐级提升OLR的运行策略可促进生物膜系统的增殖和代谢活性。本研究确定了AnSBBR处理葡萄酒生产废水的最大及最佳运行负荷,该结果可为推动AnSBBR的工程化应用提供依据。     

基于粒度分布的活性污泥胞外聚合物提取及凝聚特性分析

胞外聚合物(EPS)在活性污泥的凝聚及结构方面起着重要的作用。现有研究一般根据分离难易程度及空间分布,将EPS分为溶解型EPS(SEPS),松散结合型EPS(LB-EPS)和紧密结合型EPS(TB-EPS)。本研究提出了根据EPS功能进行分类的概念,将EPS分为絮体EPS(extra-microcolony polymeric substances,EMPS)和菌胶团EPS(extra-cellular polymeric substances,ECPS)。以活性污泥粒度分布的演变为基础,采用阳离子交换树脂法作为一次提取法,甲醛加碱法和超声-高速离心法2种方法分别作为二次提取法,对EMPS和ECPS进行分离提取,并对其功能及凝聚特性进行分析。结果显示,阳离子交换树脂法可有效提取EMPS,而超声-高速离心法可有效提取ECPS。ECPS比EMPS含有更多的蛋白质和多糖,且ECPS比EMPS具有更强的疏水性。此外,EMPS和ECPS都表现出较强的带负电特性。结果表明,活性污泥絮体层级和菌胶团层级的聚合力不同,絮体层级的絮凝主要由二价阳离子的桥联作用引起,而菌胶团层级的凝聚则是由疏水作用等其他作用力引起。