微生物电容脱盐燃料电池性能研究

以微生物电容脱盐燃料电池(MCDC)为研究对象,考察了反应时间、盐溶液浓度和电容电极对数对MCDC脱盐效率的影响.试验采用阳离子交换膜分隔阳极室与脱盐室,阴离子交换膜分隔阴极室与脱盐室.试验结果显示在处理5 g·L-1的NaCl溶液试验中,脱盐室溶液盐度先降低后升高,在反应运行30 min时,脱盐室达到最大脱盐率47.83%.同时发现在脱盐过程中,阳极室和阴极室溶液盐度持续降低,运行150 min后分别下降到15.24%和6.12%.随盐溶液浓度的增加,脱盐率降低,单位电极吸附量增加,根据Langmuir方程和Freundlich方程的线性拟合得到,MCDC最大脱盐吸附容量为72.99 mg·g-1,电容吸附为复杂度的双分子层吸附.电极对数从1对增加到4对,MCDC的脱盐效率提高了37.37%.通过电容电极反接,可在1 h内实现电容再生.     

微囊藻毒素微生物降解途径与分子机制研究进展

随着大量含氮和磷的废水流入湖泊和江河,导致淡水蓝藻水华污染现象日趋严重.蓝藻水华污染的最主要危害是产生和释放以微囊藻毒素(microcystins,MCs)为主的多种藻毒素.由于MCs对动植物具有很强的毒性,且其在水体中很难被传统的处理方法有效去除,因此如何有效控制蓝藻水华污染和去除MCs是摆在中外环境科学领域的一个难题.针对MCs的结构与毒性、降解菌株、酶催化降解、降解基因和生物降解途径与分子机制的研究进展进行了综述,并对今后微生物降解MCs的研究方向进行了展望,以期为解决我国日益严峻的湖库水体MCs污染和饮用水安全问题提供参考.     

蒽醌类有机质对针铁矿异化还原解离特征影响

基于希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和针铁矿相互作用,讨论了蒽醌类有机质(AQS)对该针铁矿异化还原过程的调控机制.结果表明:AQS作为电子运移载体,使得还原解离态铁总量(Fetot)和可溶态铁含量(Fedis)均快速增加;不同含量的AQS加入前后,针铁矿还原平均速率得到显著上升,速率比在2.4~4.0之间,且该比值和AQS含量呈显著的线性关系,可决系数为0.9947.Fedis/Fetot比值随AQS含量升高而降低,当AQS含量由0.05 mmol·L-1增加至0.3 mmol·L-1时,Fedis/Fetot比值由0.935减小至0.705.Feads含量随AQS含量增加而增加,当体系中无AQS时,Feads含量维持在较低的水平(0.05 mmol·L-1).AQS参与下的铁异化还原过程实际上是由两个独立的子过程组成,即微生物呼吸作用驱动了AQS和还原态蒽二酚(AH2QS)的循环转变过程以及AH2QS进一步还原解离针铁矿的非生物过程.     

曝气加氢氧化钙复合技术抑制底泥磷释放及对底泥微生物多样性的影响

底泥磷释放是导致水体富营养化的主要原因之一,本文通过在样泥中分别投加0、0.01和0.02 mol·L-1Ca(OH)2溶液,同时进行微臭氧曝气(0.6 g·min-1),研究了曝气加氢氧化钙复合技术抑制底泥磷释放的效果及对底泥微生物多样性的影响.结果显示,投加0.02 mol·L-1Ca(OH)2组上覆水中总磷(TP)浓度的最终值与对照组相比,抑制率达到34%;从各形态磷的角度进一步分析发现,与对照组相比,该组底泥中可溶性磷和铁磷含量分别降低了92%和60%,其最终转化为钙磷是该技术的关键.通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCRDGGE)研究发现,各试验组微生物相似性在65%~85%之间;Berger-Parker优势度指数、Margalef丰富度指数、Shannon多样性指数变化不明显,表明该技术不会影响底泥微生物多样性.     

水稻种植对黑土微生物生物量和碳源代谢功能的影响

采用磷脂脂肪酸方法和Biolog-ECO微平板检测法,以吉林省长春市双阳区农业技术推广站实验区的土壤为对象,研究了水稻种植对黑土微生物生态结构和功能的影响.结果表明空地中有机质含量最高,其次为田间土,根际土中有机质含量最低;在夏季的样品中有机质含量最高,土壤中全氮的变化趋势与土壤有机质比较相似.土壤微生物群落功能多样性指数则表现为夏季显著高于秋季和春季,春、秋两季差异不明显,冬季最低,空地中微生物群落的Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数高于田间和根际.全部样品微生物生长步入稳定期时间和碳源的颜色平均变化率变化范围不同,时间分别为216、192、216、120 h,范围分别为0.52~0.84、0.82~1.28、0.40~0.84、0.05~0.48,表明春秋季微生物步入稳定期和对碳源的代谢量比较相似,夏季最大,冬季最小.研究结果为科学评价典型水稻种植黑土区土壤生境质量退化与恢复过程中微生物特征的变化提供参考.     

石油污染物对海底微生物燃料电池性能的影响及加速降解效应

海底石油污染物在缺氧环境下导致其生物降解过程缓慢,对海洋环境造成长期危害.本文利用海底微生物燃料电池(BMFCs)原理,尝试通过电催化作用提高海底石油污染物的降解速率.对比测试了含油电池装置(BMFCs-A)与无油电池装置(BMFCs-B)的电化学性能,研究了石油污染物对电池性能的影响;比较了含油通路(BMFCs-A)和断路状态下(BMFCs-C)的石油降解率和细菌聚集量,分析了BMFCs对石油污染物降解的加速作用.结果表明,BMFCs-A和BMFCs-B阳极的交换电流密度分别为1.37×10-2A·m-2和1.50×10-3A·m-2,最大输出功率密度分别是105.79 m W·m-2和83.60 m W·m-2,BMFCs-A装置的抗极化能力增强,交换电流密度提高近9倍,最大输出功率密度提高1.27倍.BMFCs-A和BMFCs-C阳极表面的异养菌数量分别是(66±3.61)×107CFU·g-1和(7.3±2.08)×107CFU·g-1,细菌数量增加了8倍,高的异养菌数量导致石油降解加速进行,BMFCs的石油降解率是自然条件下的18.7倍.BMFCs在电化学性能提高的同时,加速石油污染物的降解.本文同时提出了一种海底微生物燃料电池对石油污染物加速降解的新模式.     

全氟化合物对表层沉积物中细菌群落结构的影响

选择集中分布氟化工相关企业的山东省小清河水系,自上游至莱州湾入海口采集10个表层沉积物样点(XQ1~XQ10),采用高效液相色谱/质谱联用(HPLC/MS-MS)监测全氟化合物(perfluoroalkyl substances,PFASs),分析影响细菌群落结构的基础环境因子,提取细菌DNA并运用第二代Illumina Mi Seq测序技术分析其细菌群落结构.结果表明,在小清河流域沉积物中12种PFASs均有不同程度检出,并以全氟辛酸(PFOA)为主,生产企业集中区下游样点XQ5的PFOA浓度在4、7月分别高达456.2 ng·g-1和748.7 ng·g-1.PFOA是小清河4月影响微生物群落结构的关键因子,与群落丰富度和均匀度呈显著负相关;硫杆菌属(Thiobacillus)在低浓度PFOA条件下数量较少,但在高浓度PFOA下数量较高且成为优势菌种,初步证明硫杆菌属是PFOA污染响应的敏感物种,有作为指示微生物的潜质;PFOA在浓度较低时(100 ng·g-1)对微生物群落结构的影响不显著.     

Intermittently aerated EMMC-Biobarrel (entrapped mixed microbial cell with Bio-barrel) process for concurrent organic and nitrogen removal

The PEMMC-Biobarrel (packed-bed of entrapped mixed microbial cells with Bio-barrel) process and MEMMC-Biobarrel (moving EMMC-Biobarrel) process were investigated for enhancing concurrent organic and nitrogen removal with applied intermittent aeration. For the PEMMC-Biobarrel process, the EMMC-Biobarrel carriers were employed at a packing ratio of 20%. In the MEMMC-Biobarrel process, the EMMC-Biobarrel carriers with a packing ratio of 10% were added along with the activated sludge (AS) in the bioreactor. Three different hydraulic retention times (HRTs) of 9, 6 and 4 h were applied. Aeration was provided intermittently at time schedules of 1 h air on/1 h air off, 1 h on/1.5 h off and 1 h on/2 h off. Nitrogen removal in the PEMMC-Biobarrel system was not improved by increasing the intermittent non-aeration time period. On the other hand, the MEMMC-Biobarrel process enhanced nitrogen removal with increasing non-aeration time even though the SCOD/N(TIN) ratio decreased from 6 to 4. Significant denitrification during the aeration cycle was observed in the MEMMC-Biobarrel process. The MEMMC-Biobarrel process demonstrated the most efficient organic and nitrogen removal at an HRT of 6 h with an intermittent aeration time schedule of 1 h on/2 h off. Nitrogen removal of 80% was achieved, which was about 15% higher compared to the AS system. TCOD and SCOD removal efficiencies were 80% and 75%, respectively.     

产絮凝剂细菌的筛选及其培养条件研究

从活性污泥、农药厂土壤中分离筛选到8株产絮凝剂细菌,经过复筛得到一株高效絮凝剂产生菌NT-1.该菌产絮凝剂的适宜碳源为蔗糖,适宜氮源为酵母膏,初始pH值7.0～8.0,装液量45～75 mL/150 mL,接种量3%～6%,摇床转数为150 r/min,32 ℃培养36～72 h;产生具有高效稳定絮凝活性的絮凝剂,对高岭土悬液的絮凝率均在90%以上.     

油田回注水中硫酸盐还原原核生物的快速检测和群落结构分析

利用荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization,FISH)技术,采用荧光标记的rRNA探针及其组合对胜利油田胜利采油厂回注水中硫酸盐还原原核生物(Sulfate reducing prokaryotes,SRPs,包括硫酸盐还原细菌和硫酸盐还原古菌)进行检测,分析了该回注水中SRPs群落结构.结果表明:SRPs在胜利油田回注水中具有极高的种群多样性,广泛分布于4个细菌门和1个古菌门;总数可达2.86×104个/mL,占回注水中总微生物细胞的20%左右;其中优势菌属为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum),分别占回注水微生物总细胞数的8.71%(±4.45%),和12.15%(±3.90%).Desulfobacterales和Syntrophobacterales这2个目中的SRPs,Thermodesulfobacteriales以及Thermodesulfovibro属的SRPs分别占样品微生物总量的7.59%(±2.92%),3.57%(±1.39%)和2.32%(±0.80%).除此之外,也检测到了占微生物总量4.29%(±1.75%)的Archaeoglobus属的SRPs,证明了古菌类SRPs是回注水中一个不容忽视的硫酸盐还原微生物种群.FISH法能够快速、准确地检测回注水中SRPs数量,解析SRPs群落结构.