微生物电解系统生物阴极的硫酸盐还原特性研究

针对传统硫酸盐生物还原方法中供氢体系能耗大和氢气利用率低的特点,构建双极室微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES),研究了微生物利用阴极作为电子供体去除废水中硫酸盐及电子利用的特性.外加电压为0.8 V时,MES生物阴极在36 h内SO2-4平均去除量为109.8 mg·L-1,平均还原速率可达73.2 mg·(L·d)-1.运行时MES的最高电流密度为50~60 A·m-3,电子回收率为(43.3±10.7)%,约90%的电子被用于还原SO2-4.微生物利用MES阴极产生的H2作为电子供体还原SO2-4,主要还原产物为溶解态的S2-和气态的H2S,还原过程主要发生在前12 h.对MES施加不同外加电压的实验显示,外加电压为0.8 V时的SO2-4去除率和电荷量都比0.4 V时高;但0.4 V情形下MES的电子回收率可达到70%,且周期结束时阴极H2低于检出限,推测微生物可以直接利用阴极的电子从而提高了能量效率.实验结果最终表明,微生物可利用MES的阴极进行代谢去除废水中的SO2-4,阳极微生物产生电子降低了系统能耗,这为含硫酸盐废水的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

磷回收对厌氧/好氧交替式生物滤池蓄磷/除磷的影响

为能提高生物除磷系统的除磷/回收磷效率,研究采用厌氧/好氧交替式生物滤池(AABF)处理低碳磷比废水,观察利用周期性扩增进水碳源进行磷回收时,生物滤池除磷效率及生物膜内微生物特性的变化.通过分析生物滤池除磷效率变化,生物膜多聚物染色、扫描电镜(SEM)观察以及荧光原位杂交(FISH)技术分析生物滤池系统实施周期性磷回收对生物膜内微生物菌群形态与组成的影响.结果发现,生物滤池在先后经历3次生物蓄磷-磷回收(PB-PR)的运行操作过程中,生物滤池除磷效率分别由磷回收前的60.3%、82.9%、86.6%提高到磷回收后的87.2%、91.2%、93.5%;生物滤池生物膜内优势菌群形态逐渐由大球菌演变为小球菌、杆菌与丝状菌;经过连续3个周期的PB-PR操作,生物滤池底部生物膜中聚磷菌所占比例由43%提高至70%;聚磷菌群在生物膜内混合菌群中的比例随着上流式生物滤池高度的增加而不断提高.结果表明,采用周期性的碳源扩增与回收磷的操作,可以提高生物滤池除磷效率;引起生物滤池生物膜内微生物菌群形态与组成发生变化,促进聚磷菌成为优势菌群.     

内蒙古羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸区分的研究

利用根生物量回归法对内蒙古锡林河流域羊草草原根呼吸和土壤微生物呼吸进行了区分.结果表明,根呼吸占土壤呼吸的比例在13%~52%之间,平均为(24±3)%;土壤微生物呼吸占土壤呼吸的比例在48%~87%之间,平均为(76±3)%.土壤呼吸与根生物量的线性相关性不稳定.根呼吸活力与根冠比具有负指数相关关系(R2=0.661,P=0.20),与0~10、10~20、20~30和30~40 cm土壤含水量均有极显著的正指数相关关系(P<0.000 1).根呼吸与根呼吸活力具有极显著的指数相关关系(R2=0.848,P=0.01),根呼吸对土壤呼吸的贡献量与根呼吸活力具有显著的指数相关关系(R2=0.818,P=0.01).     

降解纤维素产甲烷的四菌复合系

自然环境中通常是微生物群落协同完成纤维素的降解,构建可降解纤维素的混菌体系是认识微生物相互作用的关键.利用富集培养法,结合变性梯度凝胶电泳(DGGE)指纹检测技术以及厌氧滚管技术,建立了一种筛选简单降解纤维素产甲烷复合菌系的方法.利用此方法从青藏高原若尔盖高寒湿地分离到一个由4株菌构成的降解纤维素产甲烷的稳定菌系.结果表明,该复合菌系由纤维素水解菌Clostridium glycolicum、非纤维素水解菌Trichococcus flocculiformis和Parabacteroides merdae、产甲烷古菌Methanobacterium subterraneum等具有不同功能的4种菌株组成,且在这4株菌的共同作用下可将纤维素直接转化为CH4.该简单复合系的获得为今后纤维素转化甲烷复合菌系的代谢控制和遗传改造提供了一个平台.     

水稻光合同化碳在土壤中的矿化和转化动态

作物光合碳是"大气-植物-土壤"碳循环的重要组成部分,是农田土壤有机碳的重要来源,然而其在土壤碳库中的矿化和转化动态尚不清楚.应用室内模拟培养实验,研究水稻收获后输入土壤的光合同化碳在土壤碳库中的矿化及其转化特征.结果表明,100 d的培养期内,原有有机碳的平均矿化速率在4.44~17.8μg·(g·d)-1之间,而光合碳(新碳)的矿化速率则在0.15~1.51μg·(g·d)-1之间.光合同化碳的输入对土壤活性碳库(DOC、MBC)的转化产生显著影响,在培养期内,14C-DOC的转化量为1.89~5.32 mg·kg-1,转化速率的变化幅度为0.18~0.34 mg·(kg·d)-1,原有DOC则在61.13~90.65 mg·kg-1,减少幅度为4.10~5.48 mg·(kg·d)-1;14C-MBC和原有MBC的转化量分别为10.92~44.11 mg·kg-1和463.31~1 153.46mg·kg-1,转化速率变化幅度分别为0.80~2.87 mg·(kg·d)-1和41.60~74.46 mg·(kg·d)-1,说明水稻光合碳的输入对MBC的周转要大于DOC的周转.而且,与原有有机碳相比,输入的"新碳"易被微生物矿化分解,100 d的培养期内,有13.5%~20.2%的新碳被矿化分解,而仅2.2%~3.7%的原有有机碳被矿化分解,光合同化碳的输入对维持稻田土壤的碳汇功能具有重要作用.     

石墨-活性炭纤维复合电极电吸附处理含盐废水的研究

高盐废水是目前水处理领域的难点,作为一种新型的除盐技术,电吸附技术具有众多优点.本文研究了一种新型碳基复合材料,石墨-活性炭纤维复合电极,并考察了其应用于电吸附的影响因素和除盐效果.在电压为1.6 V,停留时间为60min,极板间距为1 cm时电吸附装置的除盐效果最优.用其分别对精制棉黑液和叶绿素铜钠废水进行了处理.电极对数为8对时对经酸析处理后的精制棉黑液的电导率和COD的去除率分别达到58.8%和75.6%;电极对数为6~8时对叶绿素铜钠生产废水的电导率的去除率能超过50.0%,COD的去除率约为13.5%.     

Fe2+和Fe3+对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究了Fe离子浓度及价态变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响.短期浓度影响结果表明,当进水铁离子浓度由0升高到5 mg·L-1时,厌氧氨氧化污泥活性因受刺激而逐渐增强;当进水铁离子浓度大于5 mg·L-1时,因厌氧氨氧化反应产碱,铁离子形成氢氧化物沉淀,生物活性未受到影响.不同价态铁离子浓度变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响无明显区别.长期价态影响结果表明,经过71个周期培养,含Fe2+进水的厌氧氨氧化反应器R1脱氮效能(以氮计)由0.28 kg·(m3·d)-1升高到0.65 kg·(m3·d)-1,是含Fe3+进水反应器R2的1.28倍.因此Fe2+更适合厌氧氨氧化菌生长的需求.实验结果进一步表明,Fe3+易导致厌氧氨氧化反应器R2内氨氮过量转化,亚硝氮与氨氮转化比(1.17)明显低于含Fe2+进水的反应器R1内亚硝氮与氨氮转化比(1.24).     

CdSe/ZnS量子点对稀有鮈鲫胚胎发育的影响及其氧化应激作用

本研究以稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)为对象,研究了不同浓度CdSe/ZnS量子点(QDs)暴露下,稀有鮈鲫胚胎发育过程中自主运动频率、内心率和体长的变化,以及利用体内超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)作为毒性指标,反映CdSe/ZnS QDs暴露对稀有鮈鲫胚胎发育的氧化应激作用.结果显示:CdSe/ZnS QDs对稀有鮈鲫胚胎72 hpf(hours post fertilization)的半致死浓度(LC50)为319.629 nmol·L-1,96 hpf的半致畸浓度(EC50)为203.312 nmol·L-1.CdSe/ZnS QDs暴露不仅影响稀有鮈鲫胚胎死亡率、畸形率、自主运动频率、孵化时间和孵化率,而且使其内心率减缓、体长缩短,导致胚胎卵凝结,心包囊肿,出现脊椎弯曲等多种毒性现象.同时发现,CdSe/ZnS QDs暴露导致稀有鮈鲫体内MDA含量增加以及SOD活力的降低.这表明CdSe/ZnS QDs对稀有鮈鲫胚胎发育具有致畸、致死作用,而氧化应激可能是引起其胚胎致畸、致死的重要机制之一.     

山地城市典型硬化下垫面暴雨径流初期冲刷研究

为了解山地城市典型硬化下垫面暴雨径流初期冲刷效应,对山城重庆的8场暴雨进行了径流全过程监测,并与平原城市作了对比分析.结果表明:TSS(总悬浮物)、COD和TP来自城市交通干道的贡献较混凝土屋面大,而TN、NH3-N两者相当;对于重金属,除Cd外,城市交通干道重金属的EMC(Event Mean Concentration)值均高于混凝土屋面.城市交通干道,初期40%的暴雨径流携带了53%±16%TSS,66%±10%COD,59%±2%TN,58%±2%NH3-N,51%±5%TP;而混凝土屋面,初期40%的暴雨径流携带了64%±20%TSS,66%±17%COD,55%±14%TN,52%±14%NH3-N,56%±3%TP,建议两类硬化下垫面至少以初期40%的暴雨径流作为控制量.与平原城市相比,山地城市交通干道初期40%的暴雨径流携带污染负荷TSS与COD的比例比平原城市分别高出16%和22%,初期冲刷效应更加明显.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.