复合生物阴极型微生物燃料电池处理废水及同步产电性能

为研究生物阴极在MFC（微生物燃料电池）中的应用,分别以粒径为2~4 mm的颗粒活性炭和粒径为2~4、4~8、8~12 mm的颗粒石墨为阴极基质材料,构建升流复合生物阴极型单室MFC,研究阴极基质材料的种类和粒径对MFC的产电性能和净水效能的影响.结果表明:当阳极基质材料为2~4 mm粒径的颗粒活性炭时,燃料电池中利用玻璃纤维取代离子交换膜,阴极基质材料为选用4~8 mm粒径颗粒石墨的反应柱产电量最大,为534 mV（外电阻为1 000 Ω）,最大功率密度达到631.6 mW/m3,库伦效率为3.82%;阴极的pH越低越有利于阴极的产电反应;不同阴极基质材料的MFC对COD_Cr去除率均在80%左右,TN、NH₄+-N及TP的去除率最高可分别达到79%、93%和34%.研究显示,阴极基质材料的种类和粒径对MFC的产电性影响较大,但对其净水效能的影响不大.      

CHO cell cytotoxicity and genotoxicity analyses of disinfection by-products: An updated review

The disinfection of drinking water is an important public health service that generates high quality, safe and palatable tap water. The disinfection of drinking water to reduce waterborne disease was an outstanding public health achievement of the 20th century. An unintended consequence is the reaction of disinfectants with natural organic matter, anthropogenic contaminants and bromide/iodide to form disinfection by-products (DBPs). A large number of DBPs are cytotoxic, neurotoxic, mutagenic, genotoxic, carcinogenic and teratogenic. Epidemiological studies demonstrated low but significant associations between disinfected drinking water and adverse health effects. The distribution of DBPs in disinfected waters has been well defined by advances in high precision analytical chemistry. Progress in the analytical biology and toxicology of DBPs has been forthcoming. The objective of this review was to provide a detailed presentation of the methodology for the quantitative, comparative analyses on the induction of cytotoxicity and genotoxicity of 103 DBPs using an identical analytical biological platform and endpoints. A single Chinese hamster ovary cell line was employed in the assays. The data presented are derived from papers published in the literature as well as additional new data and represent the largest direct quantitative comparison on the toxic potency of both regulated and emerging DBPs. These data may form the foundation of novel research to define the major forcing agents of DBP-mediated toxicity in disinfected water and may play an important role in achieving the goal of making safe drinking water better.     

NO参与铝诱导蚕豆保卫细胞死亡的调控

铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素,是酸性土壤中导致植物生长抑制和作物产量下降的一个主要因素,但铝毒性作用机制尚不清楚.本文以蚕豆叶表皮为材料,研究铝胁迫对气孔保卫细胞活性的影响,探讨NO在铝诱导细胞死亡中的作用.结果表明,一定浓度的A1Cl3可诱导气孔保卫细胞活性降低,部分细胞死亡,且随着铝浓度的增高细胞死亡率增高.死细胞呈现核固缩、核崩解、凋亡小体等典型凋亡特征,且凋亡抑制剂Z-Asp-CH2-DCB能阻止AlCl3诱发的细胞死亡.用NO清除剂c-PTIO、NO合酶抑制剂L-NAME或硝酸还原酶抑制剂NaN3降低铝处理组胞内NO后,细胞死亡率显著降低,胞内ROS、Ca2+水平同期降低;NaN3还能降低铝处理组中具有程序性死亡特征的细胞比率.用ROS清除剂AsA清除铝处理组胞内ROS后,细胞死亡率显著降低,胞内Ca2+和NO水平亦显著降低;铝处理液中加入Ca2+通道抑制剂LaCl3后,细胞死亡率低于铝单独处理组,胞内ROS和NO水平无明显改变.研究结果表明,铝胁迫引起的胞内NO合成增加通过Ca2+信号途径介导了保卫细胞的程序性死亡.     

湿地基质及阴极面积对人工湿地型微生物燃料电池去除偶氮染料同步产电的影响

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高系统性能.研究表明以粒径10 mm、孔隙率30%的小石子作为湿地基质构造的CW-MFC系统微生物生物量最大,去除X-3B效果最好,脱色率高达92.70%,但其产电性能最差.较小的粒径和孔隙率使底层微生物生物量增加,促进X-3B的去除,但随着湿地基质粒径和孔隙率的减小,导致阴阳极营养物质不足,系统传质阻力增加,抑制了系统产电性能.X-3B的去除效果随着阴极面积的增加而提高直到阴极面积为594 cm~2时取得最大脱色率99.41%.当阴极面积继续增加时,CW-MFC系统产电性能上升趋势趋于平缓,X-3B去除效果呈现下降趋势,这是因为阴极反应过快导致更多的阳极电子输送到阴极用于产生电流,与X-3B发生反应的电子减少,阳极成为提高CW-MFC系统性能的限制因素.     

微生物燃料电池处理含S2-/NH4+废水的研究

以除硫硝化微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)处理含S~(2-)/NH_4~+的模拟无机废水,研究了不同进水S~(2-)浓度下MFC的产电性能、污染物去除效果和阳极室硫累积情况.结果表明,除硫硝化MFC可实现同步阳极除硫和阴极硝化,并通过非生物电化学作用和生物电化学作用共同产电.进水S~(2-)浓度为(60.8±2.9)、(131.7±2.4)、(161.7±4.5)和(198.1±3.1)mg·L~(-1)时,最佳阳极碳刷清洗周期分别为3、3、3、4个换水周期,前3个进水浓度下的换水周期可分别缩短为6、8和8 h.MFC阴极硝化完全,不受进水S~(2-)浓度影响,但氧从阴极向阳极的渗漏导致阳极库仑效率较低(40%).适当增加进水S~(2-)浓度可增强MFC的产电性能并提高S~(2-)去除负荷和颗粒硫累积比.除硫硝化MFC适宜的进水S~(2-)浓度为(161.7±4.5)mg·L~(-1),相应的最大功率密度为5.77 W·m~(-3),周期产电量为(141.0±5.2)C,S~(2-)去除负荷为(0.31±0.00)g·L~(-1)·d~(-1),颗粒硫累积比达58%.阳极碳纤维丝上沉积有粒径约100 nm的颗粒硫.阳极悬浮物与沉积物相比,悬浮物中S0含量比例较高,而S6+含量比例较低.     

桉树叶提取液还原石墨烯电极提高微生物燃料电池产电性能的研究

将桉树叶提取液绿色还原氧化石墨烯(G-rGO)电极和微生物还原氧化石墨烯(B-rGO)电极依次作为微生物燃料电池(MFC)阳极,采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所制备的电极进行表征,并采用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对比2种电极的电化学性能.结果发现,G-rGO阳极的内阻为243.87Ω,应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为18.77 W·m~(-3)和760 mV,对照组B-rGO电极的内阻为299.11Ω,将其应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为13.16 W·m~(-3)和635 mV,对照组未修饰阳极的内阻为375.21Ω,最大功率密度和最大输出电压分别为8.97 W·m~(-3)和480 mV.研究表明,G-rGO电极电阻更小,导电性能更优越.     

不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙,为了比较不同构造措施对该新型剪力墙抗震性能的影响,进行了3个剪跨比为1.5的钢管混凝土边框钢板剪力墙低周反复荷载试验.其中,试验模型1为墙体钢板与边框柱钢管焊接,试验模型2为墙体钢板与边框柱钢管螺栓连接,试验模型3为墙体钢板开孔并与边框柱钢管焊接.通过试验研究,比较了各剪力...     

黏土地层联络通道冻结壁厚度优化设计及应用研究*

为解决传统冻结壁设计方法不能真实、合理地反映黏土地层中联络通道冻结壁实际受力情况,进而导致冻结壁厚度设计过于保守的问题,结合黏土地层直墙拱形冻结壁实际受力特点,基于对冻结壁支护压力的合理计算,提出1种适用于黏土地层冻结壁厚度设计的优化方法。结果表明:与传统设计方法相比,该方法所确定冻结壁支护压力与实际施工环境中冻结壁受力状态吻合效果更好,并且能够提供合理的安全储备;经数值计算和现场应用验证,计算所得冻结壁设计方案可以满足施工环境中的承载力及变形稳定性要求;且相较传统设计方案,所得方案兼具安全性与经济性,可有效规避因设计过于保守和冻结周期过长引起的冻胀、融沉变形过大等工程灾害的风险;该方法高效、易行,可为传统冻结壁设计方法提供必要补充,亦可为类似工程的施工设计提供有益参考。     

不同给水管材对管壁附着生物膜铅、镉的解吸动力学研究

给水管壁生物膜会吸附水中的重金属元素积累在管壁生物膜中,在受到扰动时释放回到水体,危害饮用水水质安全。试验以上海管网末梢水为实验对象,研究了PVC、铸铁和紫铜等三种管材上生物膜对铅、镉的解吸特性。结果表明,PVC、铸铁和紫铜附着生物膜对铅的解吸容量qe分别为:5.92211μmol·m^-2、128.3051μmol·m^-2和21.1808,解吸速率常数k分别为:0.001060 m^2·μmol^-1·min^-1、0.000041 m^2·μmol^-1·min^-1和0.000503 m^2·μmol^-1·min^-1,对于镉元素三种材质的解吸容量qe分别为:14.71519μmol·m^-2、18.50481μmol·m^-2和2.25225μmol·m^-2;解吸速率常数k分别为:0.000102 m^2·μmol^-1·min^-1、0.001070 m^2·μmol^-1·min^-1和0.000103 m^2·μmol^-1·min^-1。     

Mitochondrial toxicity and in vitro biological effects of ambient PM2.5 from an urban site in China

Abstract

The roles of PM_2.5-induced mitochondrial damage and oxidative stress on mast cell degranulation were examined in vitro. Mast cells were treated with suspensions of PM_2.5 in Dulbecco’s modified Eagle’s medium at concentrations from 25 to 200?mg/L in the absence or presence of 10?mmol/L N-acetyl-L-cysteine. Biological effects and mitochondrial function were assessed by determining cell viability, β-hexosaminidase release, interleukin-4 secretion, reactive oxygen species generation, adenosine triphosphate production, potential alteration of mitochondrial membrane, and activities of mitochondrial electron transport chain complexes I and III. Exposure of mast cells to PM_2.5 induced reduction of adenosine triphosphate production, collapse of mitochondrial membrane potential, and inhibition of the activity of complex III. Co-treatment of mast cells exposed to PM_2.5 with N-acetyl-L-cysteine attenuated cytotoxicity and the production of reactive oxygen species, and decreased the release of β-hexosaminidase and interleukin-4. Evidently, PM_2.5-induced oxidative stress plays an essential role in mitochondrial toxicity and mast cell activation.