孤对电子杂环化合物的代谢化学和生物学研究进展

地球环境特别是化石燃料中存在着大量含硫,氮和氧孤对电子杂环化合物.对孤对电子杂环化合物代谢机制的研究具有重要的科学意义和实践价值.生物法降解这些杂环化合物具有较化学法无可比拟的优势,主要表现在生物法具有反应专一性好,反应条件温和,可实现许多化学上难以实现的反应.本文结合课题组的近期研究,尝试论述国内外的部分研究进展.     

一硫代砷在针铁矿上的吸附及影响因素

以一硫代砷酸盐(monothioarsenate, MTA)为研究对象,查明其在针铁矿上的吸附特征,分析砷酸盐、亚砷酸盐、胡敏酸(humic acid,HA)、硝酸盐和磷酸盐对针铁矿吸附MTA的影响并识别作用机制.结果发现:①当溶液中仅有一种砷形态时,MTA、砷酸盐和亚砷酸盐在针铁矿上的吸附平衡时间分别为8、 2和4 h,吸附过程均符合假二级动力学模型,平衡吸附量(q_e)分别为2 129.851、 3 291.838和1 788.767mg·kg~(-1);当溶液中两种砷形态(砷酸盐与MTA,或亚砷酸盐与MTA)共存时,MTA在针铁矿上的吸附过程仍符合假二级动力学模型,但q_e显著减少,分别为1 236.941mg·kg~(-1)和1 532.287mg·kg~(-1),主要原因是砷酸盐和亚砷酸盐均能与MTA竞争吸附位点.②MTA在针铁矿上的q_e随着HA浓度(10～50 mg·L~(-1))的增加而逐渐降低,因为HA大量的官能团抢占了针铁矿表面吸附点位,从而抑制了MTA的吸附;③当溶液中添加磷酸盐时, MTA、砷酸盐和亚砷酸盐在针铁矿上的q_e显著降低,分别为492.802、 815.782和303.714mg·kg~(-1),这是因为P与As存在竞争性吸附;当添加硝酸盐时,溶液中电子受体数量和Eh增加从而使得3种砷形态的q_e均增大,分别为2 211.030、 3 444.023和1 835.537mg·kg~(-1).     

江西省表层土壤和苔藓硫含量及硫同位素组成对比研究

为探讨土壤受大气硫源的影响,采集了江西省北部地区的表层森林土壤样品,分别测定了土壤不同形态硫(总硫、水溶态硫、吸附态硫和有机硫)的含量以及同位素组成.并随机采集土壤样品附近的石生苔藓样品,测定其硫含量和同位素组成,再与土壤样品进行比较.江西省苔藓组织硫含量平均为0.34%±0.20%,同位素组成除丰城外(-3.31‰),均偏正,平均为5.64‰±2.23‰.土壤总硫平均含量在189.0~793.5 mg·kg-1之间,有机硫是土壤硫的主要形态,水溶态硫含量最少.土壤总硫同位素值在4.45‰~10.28‰之间变化.各形态硫同位素值均偏正,有机硫同位素值最大,水溶态硫与吸附态硫的同位素值接近.土壤总硫含量明显低于苔藓硫含量,且与苔藓硫含量无明显相关.除有机硫外(R=0.50,P>0.05),土壤总硫、水溶态硫、吸附态硫均与苔藓硫同位素值有着较为显著的线性关系(R均在0.7以上,P<0.01),即随着苔藓硫同位素值的增大而增大,说明土壤总硫、SO2-4受大气硫源的直接影响较大,而有机硫受大气硫的直接影响较小.     

脱硫MEC的硫价态变化与微生物群落演替规律

采用微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)进行沼气脱硫研究,探究了阳极的S2-去除率、硫价态的变化及微生物群落演替规律.结果 表明,该方法中S2-去除率可达到90％以上,SO42-为阳极硫氧化反应的主要产物.微生物群落分析结果表明,Pseudomonas为脱硫优势微生物,在阳极生...     

双叔胺缔合相变-两步反萃法处理萘磺酸系废液

用双步胺缔合相变-两步反革法处理茶磺酸系废液，以自制的2，4-二（N，N-二丁基）氨基十二烷基苯（HG-1）作相变试剂，考察了缔合相变法和两步反萃法的处理效果。实验结果表明：在萘磺酸系废液pH小于等于2的条件下，与三辛胺相比，用HG-1处理萘磺酸系废液可将循环处理次数减少2～3次，循环处理效率提高40%-60%，萃取罐的容积利用率可提高40%。G盐废液、NH2-J酸废液、T酸母液及脱硝废液的COD去除率分别可达99.40%,96.73%,97.77%,99.20%；在氨水加入量为20mL条件下，两步反萃法可从NH2-J酸废液中分出14mL无机盐水相，并可得到7g硫酸铵，分出无机盐水相后的萘磺酸浓缩液体体积比传统的一步反萃法减小了44%。     

电化学氢自养与硫自养集成去除饮用水中的硝酸盐

研究了一种电化学氢自养与硫自养集成去除饮用水中硝酸盐的方法，将2种自养反硝化集成，既可减少以硫作为电子供体产生的SO4^2-，也可以使硫自养反硝化产生的H^ 作为电化学产氢的前驱物。同时，在硫自养段可不添加调pH的CaCO3，避免了出水的硬度升高。试验结果表明，在反应器的水力停留时间（HRT）为1．9－5h，最小电流相应为3－16mA时，NO3^--N去除率达90％以上，出水中NO3^--N和SO4^2-浓度分别低于3．0mg/L和170mg/L,NO2^--N未检出，硫段和电氢段出水pH值均维持在中性附近。     

挥发性有机硫化合物释放及对全球环境的影响

介绍了几种挥发性有机硫化合物：甲硫醚（DMS）、羰基硫（COS）、甲硫醇（MSH或CH3SH）、二硫化碳（CS2）和二甲基二硫（DMDS)从各种自然源（主要是生物源）释放的情况，并论述了有机硫气体释放对全球环境和气候的影响。着重阐述了在海洋、陆地生态系统中，各种生物硫源的释放情况和有机硫气体的迁移、转化规律。讨论了大气中痕量有机硫气体的分析方法，并提出一些建议。     

上海市硫氧化物酸沉降量的估算

根据本市1984、1986、1987和1988年的环境监测和气象观测的常规资料,对上海市硫氧化物的湿沉降量、干沉降量、总沉降量及雨水对二氧化硫的冲刷系数进行了估算。在此基础上,对本市2000年的酸沉降量作了预测。     

硫碳比对芦苇碳源-硫耦合表面流湿地脱氮的影响

针对农田退水中NO₃--N占比高、碳氮比低的问题,提出PS-SFW（Phragmites australis and sulfur combined surface flow constructed wetland,芦苇碳源-硫耦合表面流人工湿地）,对其强化农田退水脱氮的可行性进行了研究,并与SFW₀（无芦苇碳源-硫填充的常规表面流湿地）进行对比,重点研究了HRT（水力停留时间）为3、2、4 d条件下S/C（质量比,分别为0.32、0.56）对PS-SFW脱氮效能的影响.结果表明,HRT为3 d（第29~40天）时,PS-SFW_0.32（S/C比为0.32）、PS-SFW_0.56（S/C比为0.56）和SFW₀的w（NO₃--N）分别为55.9%±11.0%、66.0%±10.0%和7.0%±3.0%,w（TN）分别为36.9%±1.0%、40.3%±3.0%和4.5%±2.0%,PS-SFW_0.56对TN和NO₃--N去除效能高于PS-SFW_0.32,远高于SFW₀;HRT为4 d时（第41~81天）及HRT为3 d（第130~149天）时,PS-SFW_0.32、PS-SFW_0.56、SFW₀的w（NO₃--N）为66.3%±5.0%、90.5%±4.0%、14.4±4.0%和53.4%±3.0%、62.9%±10.0%、48.5%±5.0%,w（TN）为55.5%±5.0%、75.4%±5.0%、14.4%±3.0%和48.8%±2.0%、57.5%±6.0%、44.1%±5.0%,PS-SFW_0.56对NO₃--N和TN的去除效能均优于PS-SFW_0.32,并且优于SFW₀.HRT为2 d（第82~129天）时,PS-SFW_0.32、PS-SFW_0.56、SFW₀的w（NO₃--N）为47.7%±7.0%、46.6%±6.0%和26.8%±4.0%,w（TN）为37%±6.0%、36.6%±6.0%和24.0%±3.0%,PS-SFW_0.32、PS-SFW_0.56对氮的去除效能接近,但仍优于SFW₀.研究显示,PS-SFW运行条件应优选S/C为0.56、HRT为4 d.      

水稻土中甲硫氨酸分解释放挥发性含硫气体的影响因素

为了探讨水稻土中含硫气体产生和释放的途径 ,在室内培养条件下 ,测定了南京水稻土中含硫气体的释放 .从该淹水土壤中测出 3种含硫气体 ;羰基硫 (COS)、二甲基硫 (DMS)和少量硫化氢 (H₂S)气体 .当土壤中加入甲硫氨酸后 ,DMS气体的释放量有了明显增加 ,此外还有大量甲硫醇 (CH₃SH)和二甲基二硫 (DMDS)气体测出 .而 COS在好氧条件 (普通大气淹水 )下的释放量明显增加 ,在厌氧条件 (充氮淹水 )下的释放量变化不明显 ;只有 H₂S的释放量几乎没变 .这些结果表明 ,甲硫氨酸的分解可能是 COS、DMS、CH₃SH和 DMDS的产生源之一 ,且释放含硫气体的种类明显不同于胱氨酸和半胱氨酸 .在好氧 (普通大气 )条件下 ,DMDS和 CH₃SH的释放量低于厌氧情况 (充氮气 )下的释放量 ,DMS则高于厌氧条件下的释放量 .这表明 ,水稻土中甲硫氨酸分解产生 DMDS和 CH3SH需较强的还原条件 ,产生这 2种气体的微生物需要严格的厌氧条件 .产生 DMS的微生物则比前者需要高一些的含氧量 .土壤 pH值和含水量及光照对甲硫氨酸分解释放含硫气体均有影响 .各含硫气体在持水率 50%、普通大气、光照条件下的释放量明显高于无光照条件下的释放量 .