钙基磁性生物炭对Cr（VI）污染土壤钝化稳定化机制及微生物影响研究

生物炭改性材料因具有活性官能团众多、吸附效能高等优势被广泛应用于土壤重金属污染修复治理中.本研究以稻谷壳为原料,采用 共沉淀法及CaCO₃浸渍法制备了钙基磁性生物炭（Ca-Fe-B）,并使用电子扫描显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射分析（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）进行表征.同时,通过梯度浓度Cr（VI）污染土壤实验考察Ca-Fe-B施入对土壤pH、Cr（VI）稳定化效果、土壤酶活性及微生物群落结构的影响,并阐述其钝化机理.结果表明：①Ca-Fe-B表面负载Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃、Fe₃C及以方解石形式存在的CaCO₃,具有大量—OH、—O—C=O、Si—O—Si、C≡C及C≡N等官能团;②Ca-Fe-B可显著提升土壤pH,在Cr（VI）污染浓度为100、200、1000 mg·kg^-1时,90 d的 固定效率分别可达72.57%、67.07%及59.88%,并使土壤中部分可交换态Cr转化为可还原态及残渣态Cr;③Ca-Fe-B可促进土壤β-葡萄糖苷酶与几丁质酶酶活性,但磷酸酶对其响应不显著,也可显著提升土壤中Proteobacteria门菌相对丰度;④Ca-Fe-B表面形成Si—O—Ca—OH键可吸附Cr（VI）, Fe（Ⅱ）作为电子供体参与土壤Cr（VI）还原过程,并生成Cr₂O₃、Cr（OH）₃沉淀及（Cr_xFe_1-x）（OH）₃、Cr_xFe_1-xOOH络合沉淀,以—OH、 —C=C—、O—C=O为主的大量含氧官能团协同吸附络合土壤中的Cr（VI）.研究显示, Ca-Fe-B对Cr（VI）污染土壤具有良好的稳定性能,有望为土壤重金属污染修复提供一种新的研究思路和技术路线.     

固定化微生物对低温河水脱氮效果的中试研究

利用微生物净化受污染河水是目前常用的地表水体修复方法,但低温条件下微生物代谢缓慢,酶活性下降,在寒冷季节难以维持对河水的净化效果.本研究采用固定化的方法提高微生物的低温耐受性,通过中试试验考察自然挂膜的固定化微生物、经低温驯化的预挂膜固定化微生物及预挂膜固定化微生物耦合生物促生剂这3种方法对低温河水中COD及氮素类污染物的去除效果.结果表明,在低温条件下3种方法均能有效提升河水的净化效果,静止条件下,河水中COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN的去除率由分别由21.3%、37.2%、8.5%和6.9%提升至72.3%~77.9%、48.6%~62.7%、35.3%~42.3%和26.2%~31.9%.COD去除率在2~3 cm·s^-1流速下明显优于静止条件,总氮去除率在2 cm·s^-1流速下最高.自然挂膜和预挂膜微生物对河水中污染的去除无明显差别,添加促生剂对固定化微生物的净化作用没有进一步的提升,但功能菌群的微生物群落结构有所不同.促生剂的添加提高了河水中的微生物活性与群落多样性,但对固定化载体上的微生物无明显影响.固定化载体上的优势菌群均为低温下具有脱氮功能的Proteobacteria.此外,具有低温适应性的脱氮功能菌属Rhodoferax、Pedobacter及Pseudomonas在3组固定化载体上均有较高丰度,而自然挂膜的载体上及其河水中分别对Malikia属及hgcI_clade属具有显著特异性的富集（p<0.05）,这两种菌属均具有低温脱氮功能.     

电活性生物膜阳极构建及其对2，4，6-三氯酚同步降解和产电

为实现氯酚（CPs）的高效降解和资源化利用,探究微生物燃料电池（MFC）体系优势功能菌,揭示生物降解路径.接种、驯化长春市南郊污水处理厂的厌氧活性污泥,获得生物膜阳极以构筑MFC-2,4,6-TCP体系,基于扫描电子电镜（SEM）、16S rRNA分析测序方法,考察生物膜阳极微生物的附着情况和优势菌种,基于电化学阻抗（EIS）、循环伏安（CV）和线性扫描伏安（LSV）等电化学分析手段,表征生物阳极的电化学性能和氧化还原能力.结果表明,生物膜阳极微生物种类丰富,其中Geobacter和Acinetobacter分别为MFC-2,4,6-TCP体系产电和降解驯化期的优势功能菌,体系最大输出电压可达0.55 V,最大功率密度为428.65 mW·m-2,对2,4,6-TCP的降解和矿化率可达97.5%和85.4%.随着MFC循环次数的增加,微生物代谢途径多样化,产电菌逐渐演替为协同菌,且优势功能菌对2,4,6-TCP降解的中间产物（环己醇）,其毒性远低于氯酚或苯酚,更利于被微生物利用.该结果可为氯酚废水的实际处理提供新策略和技术参考.     

g-C3N4/TiO2纳米管阵列光阳极的制备及其光电催化降解邻氯硝基苯

采用阳极氧化-涂覆煅烧法成功制备了g-C₃N₄/TiO₂纳米管阵列（g-C₃N₄/TNAs）光阳极,并通过扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外可见漫反射光谱仪、光致发光光谱仪和电化学工作站等表征分析了g-C₃N₄/TNAs光阳极的形貌、晶形结构、光学特性和光电化学性能.表征结果证实,g-C₃N₄的引入通过缩小禁带宽度扩宽了TNAs的可见光响应范围,提高了光电流密度和光生电子寿命,促进了光生电子和空穴的分离.g-C₃N₄/TNAs光阳极在光电催化体系内对邻氯硝基苯（o-CNB）的降解效率高于其在光催化和电催化体系中对o-CNB的降解效率,且具有良好的稳定性和可重复性.活性物质捕获实验、电子自旋共振测试和能带结构分析表明,g-C₃N₄/TNAs光阳极中TNAs和g-C₃N₄之间存在Z型异质结相互作用机制.在光电催化体系内降解o-CNB的主要活性物质是^?O₂^-、^?OH和光生空穴,而光生电子是次要的活性物质.     

单细胞水平微流体技术筛选北极沉积物中的联苯降解菌

极地环境微生物具有独特而丰富的多样性,是亟待开发的资源宝库.随着人类影响范围的扩大,极地环境中持久性有机污染物与石油 资源开采等造成的环境污染不容忽视,而利用土著微生物进行生物修复是一种理想的方法.为克服传统的基于富集驯化的稀释平板法分离 降解菌存在耗时长、筛选结果单一等缺点,建立了一种单细胞水平微流体筛选（Single-cell Level Isolation with Microfluidics,SLIM）技术.以北极沉积物为菌源,以联苯为底物,利用该技术成功筛选得到9株菌株,分属于4个菌属：Streptomyces、Micrococcus、Dermacoccus和Aspergillus;通过 稀释平板法筛选得到3株菌株,分属于Acidovorax、Chryseobacterium和Nocardia.通过两种方法得到的菌株完全不同.系统发育分析表明,SLIM技术筛选得到的菌株具有更加丰富的微生物多样性.通过对沉积物及各代富集驯化培养物的16S rRNA基因高通量测序发现,并非所有富集的菌属都能被稀释平板法分离,通过SLIM技术筛选得到的菌属在所有样品中的相对丰度都很低.本文建立的SLIM技术从单细胞水平实现了目标菌种的筛选,相比于稀释平板法,具有效率更高的优点,同时避免了菌种间竞争等造成的分离困难.本研究为极地环境中有机污染的生物修复及“微生物暗物质”资源的挖掘提供了新的思路与方法.     

零价钴活化过氧乙酸降解水中罗丹明B的研究

采用零价钴（ZVCo）活化过氧乙酸（PAA）降解水中罗丹明B（RhB）,探究了ZVCo/PAA体系中PAA的活化机理,并通过自由基淬灭实验,识别了体系中的主要活性自由基.同时,考察了溶液初始pH值、PAA浓度、ZVCo投加量及水中常见阴离子对ZVCo/PAA体系降解RhB的影响,并评估了ZVCo在活化PAA过程中的稳定性和可重复利用性.最后,研究了RhB在ZVCo/PAA体系中的降解机理.结果表明,在中性条件下, 大约98.3%的RhB可以在180 s内被ZVCo/PAA体系有效去除.在该体系中,ZVCo原位生成的Co²⁺对PAA活化起到了主要作用,有机自由基（CH₃C（O）O^?和CH₃C（O）OO^?）是该体系的主要活性物种.增加ZVCo投加量或PAA浓度可以提高RhB的降解效率,但过量的PAA对RhB的 去除有抑制作用.SO₄^2-、NO₃^-和Cl^–的存在几乎不影响ZVCo/PAA体系降解RhB,而HCO₃^-能够显著抑制RhB的去除.在重复使用4次后,ZVCo仍对PAA具有良好的活化效果,且其表面形貌和元素组成均未发生明显变化,表明ZVCo具有优异的稳定性和可重复利用性.RhB在ZVCo/PAA体系中的主要降解途径为其分子结构中共轭氧杂蒽基团的破坏.     

不同磁黄铁矿自养反硝化脱氮除磷作用

氮磷排放标准日趋严格,开发高效廉价脱氮除磷材料已成为研究热点.采用黄铁矿与赤铁矿在管式炉中氮气气氛下600 ℃煅烧,得到硫化赤铁矿形成的磁黄铁矿、黄铁矿热分解形成的磁黄铁矿,构建磁黄铁矿-方解石体系处理含氮磷模拟废水,对比不同方式制备的磁黄铁矿、天然磁黄铁矿、黄铁矿、硫磺脱氮除磷性能,考察不同磁黄铁矿晶体结构和结晶度差异及其对脱氮除磷影响,探究不同体系中矿物结构和微生物群落变化.结果表明：黄铁矿热分解产物以六方磁黄铁矿为主;硫化赤铁矿产物以低结晶度的单斜磁黄铁矿为主,因而表现出优异的脱氮除磷活性,氮磷去除率分别为99.8%和96.8%.铁硫化物与微生物反应产物的XRD、SEM和FE-TEM分析结果表明,微生物能有效利用磁黄铁矿进行脱氮,磷酸盐主要以FePO₄形式被去除.群落分析结果表明铁硫化物脱氮除磷体系中的主要功能菌属为Thiobacillus和 Sulfurimonas,结晶度低的单斜磁黄铁矿更有利于Thiobacillus定向富集.     

不同施肥方式对东北旱田黑土nirK和nirS型反硝化细菌群落结构的影响及黑土保护建议

反硝化过程是土壤氮素循环的重要过程之一,与土壤氮肥损失和温室气体排放紧密相关。通过分析不同施肥方式对东北旱田黑土nirK型和nirS型反硝化细菌群落结构的影响及其与N₂O排放的关系,证实黑土中nirK型比nirS型反硝化细菌多样性丰富,且更易受土壤理化性质的影响。施入化肥会降低东北旱田黑土反硝化细菌多样性、N₂O释放量和土壤养分含量,而有机肥的施入虽然可提高土壤养分含量,但是也会显著增加土壤反硝化作用,存在潜在的负面环境效应。因此对黑土地的保护要积极推行种养结合,建立可循环农业体系;适当配施有机肥料,调节黑土微生物活力;大力完善相关制度,营造科学管理新规范,从而构建我国黑土保护的立体格局。     

A/O-MBBR工艺处理生活污水性能及菌群结构

采用设计规模为100m³/d的一体化缺/好氧-移动床生物膜反应器(A/O-MBBR)处理实际生活污水,通过265d的中试研究考察了该工艺在多因素扰动下的除碳和脱氮性能,并对不同运行阶段微生物群落结构的动态变化进行了研究.结果表明,一体化A/O-MBBR系统具有良好的COD去除效果和脱氮性能.当好氧池溶解氧(DO)浓度和进水碳氮比(COD/N)分别为2.5~3.5mg/L和(7.9±2.0)时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到(93.3±5.4)%、(99.1±0.6)%和(67.9±10.5)%.Proteobacteria、Bacteroidetes和Chloroflexi在不同运行时期均有较高的相对丰度,保证了有机物的高效去除.A/O-MBBR系统脱氮功能菌在运行初期主要分布于活性污泥中,且相对丰度较低.长期运行后,生物膜与活性污泥中均同时检出大量硝化菌和反硝化菌.其中,相对丰度最高的硝化菌为Nitrospira,主要分布于生物膜上(19.48%~28.05%).反硝化菌则以Thauera、Terrimonas和Dokdonella等为主.     

氧化硫硫杆菌固定化菌球制备及其耦合填料去除H2S

以海藻酸钠(SA)为包埋载体,对氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)进行固定化制备菌球,优化菌球制备条件,在生物滤塔内验证其对H₂S的去除能力.以前期驯化获得的富含硫系恶臭降解微生物菌群的污泥为菌源进行生物滤塔填料筛选,耦合A.thiooxidans菌球和填料进行生物除臭.结果表明,优选的固定化条件为:SA浓度3.0%､吸附剂CNT､A.thiooxidans菌悬液与混合液比例20%､CaCl₂浓度4.0%､改性剂己二胺溶液,获得的菌球机械强度､传质性能､硫氧化能力最好.将A.thiooxidans菌球填装于生物滤塔,H₂S最大去除率和去除能力为70%和1.06g H₂S/m³·h.以混合挂膜方式进行填料挂膜后,在聚氨酯泡沫､活性碳布和陶粒中优选出最佳填料活性碳布,获得H₂S最大去除率和去除能力为88%和0.84g H₂S/m³·h.以混合填装方式将A.thiooxidans菌球与活性碳布填装于生物滤塔,获得H₂S最大去除率和去除能力为86%和1.00g H₂S/m³·h.