Ca2+、Mg2+共存对SBR工艺生物脱氮和微生物群落结构的影响

为了研究共存的硬度金属离子在废水生物处理中的作用,在进水Ca~(2+)为1.1 mmol·L~(-1)的条件下,通过改变Mg~(2+)的浓度,考察Ca~(2+)/Mg~(2+)物质的量比对SBR工艺污染物去除和微生物群落的影响,采用高通量测序技术分析微生物优势种群的变化,以期从微生物角度明确Ca~(2+)、Mg~(2+)共存对生物脱氮的影响机制.结果表明:当Ca~(2+)/Mg~(2+)物质的量比分别为2、1和0.5时,COD去除率由88%分别升高至90%、91%和93%;NH~+_4-N去除率由74%分别升高至91%、93%和96%;TN去除率由44%分别升高至58%、62%和69%.随着进水Ca~(2+)/Mg~(2+)物质的量比的降低,微生物群落的丰富度升高,Ca~(2+)/Mg~(2+)物质的量比为2的微生物群落结构与Ca~(2+)/Mg~(2+)物质的量比为1和0.5的微生物群落结构差异显著.变形菌门、拟杆菌门和放线菌门一直为SBR工艺的优势菌门,有利于有机污染物的去除.参与脱氮过程的Niabella和Dechloromonas在反应器内富集,保证了良好的脱氮效果.Ca~(2+)/Mg~(2+)物质的量比的降低促进了有机物和总氮的去除及微生物多样性的提高.     

微生物菌剂对枸杞枝条粉发酵堆体腐熟效果的影响

为探讨外源微生物对枸杞枝条粉基质化发酵堆体腐熟进程的影响,采用随机区组设计〔T1（CK）,枸杞枝条粉150 kg;T2,枸杞枝条粉150 kg+尿素4.15 kg;T3,T2+粗纤维降解菌Ⅰ 75 g;T4,T2+粗纤维降解菌Ⅱ 75 g;T5,T2+锯末专用复合益菌75 g;T6,T2+EM菌液75 g;T7,T2+纤维素酶制剂75 g〕,以尿素为氮源,研究添加外源微生物对枸杞枝条粉基质化发酵过程中发酵指标参数的影响.结果表明:堆腐发酵至第6天时,各处理组的温度均达到最高值,其中,T3的温度达到68.2 ℃,T2~T7内部温度超过50 ℃的时间依次为6、9、9、7、8、7 d.外源微生物菌剂的施用增加了枸杞枝条粉腐熟发酵后的湿容重、干容重、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙.至发酵结束后,各处理组的湿容重在0.43~0.47 g/cm3之间,T6的增幅最大.堆腐发酵过程中w（NH₄+-N）变化呈先增后减的变化规律,发酵至第21天时,T4达784.81 mg/kg;w（NO₃--N）呈逐渐增加的趋势,在发酵14~49 d之间的增幅最大,其中,T3的平均日增加值最大,为16.02 mg/（kg·d）,而发酵70 d后各处理组w（NO₃--N）逐渐趋于平稳.发酵前21 d w（TOC）呈近直线下降,发酵前14 d w（TN）呈直线上升;堆腐发酵至第49天时,T2~T7的GI（germination index,发芽指数）均高于50%,其中,T7为73.92%,较T1（CK）高出26.52%;发酵至第91天时,T1~T7的GI均超过85%.研究显示,枸杞枝条发酵堆体基质化过程中添加尿素+粗纤维降解菌Ⅰ（Ⅱ）、尿素+EM菌液、尿素+锯末专用复合益菌等更有助于加快基质化进程、缩短发酵时间、提高发酵效率,可为枸杞枝条基质化工厂利用提供理论支撑.      

微生物燃料电池电活化过硫酸盐降解甲基橙偶氮染料

为研究MFC（微生物燃料电池）产生电能活化PDS（过硫酸盐）对偶氮染料的降解能力,以MO（甲基橙）为目标污染物,探讨pH、c（PDS）、初始c（MO）、无机阴离子等对MO降解的影响及降解机理.结果表明:①当pH为3~5时,MO降解率随pH降低而升高;当pH低于3时,MO降解率随pH的降低而降低;MO降解率随初始c（MO）的增大而降低.当c（PDS）为1~2 mmol/L时,MO降解率随c（PDS）增加而增大;当c（PDS）超过2 mmol/L后呈减小趋势.②最佳反应条件[pH为3、初始c（MO）为0.10 mmol/L、c（PDS）为2 mmol/L]下,反应4 h后MO降解率可达86.5%.③无机阴离子HCO₃-、NO₃-、CO₃2-对MO降解存在抑制作用,当阴离子投加量为10 mmol/L时,降解率分别为64.2%、68.8%、76.1%,而Cl-对MO降解无显著影响.④淬灭试验表明,体系的主要活性物质为SO₄-·及少量·OH.⑤通过紫外-可见光谱扫描,依据MO结构与特征吸收峰的关系,推测MO降解途径,即MO发色基团偶氮双键断裂,生成含苯环类中间产物,最终矿化为CO₂和H₂O.研究显示,MFC能有效活化PDS产生SO₄-·,对偶氮染料有较好的降解和矿化效果.      

PPy/TiO2光催化微生物燃料电池产电及在钴酸锂浸出中的应用

以无水氯化铁为氧化剂,碳纸为基板,通过化学氧化法制备聚吡咯/二氧化钛（PPy/TiO₂）光电阴极,采用XRD、IR、SEM对光催化材料进行表征.以碳纸为阳极;碳纸、TiO₂改性碳纸和PPy/TiO₂改性碳纸为阴极,构建双室微生物燃料电池（MFC）.在光照条件下,研究了MFC废水处理效果、产电性能及阴极钴酸锂的浸出情况.结果表明：PPy/TiO₂改性碳纸最大功率密度为10425.7mW/m²,分别是碳纸和TiO₂改性碳纸的1.97和1.86倍;PPy/TiO₂改性碳纸阴极Co（Ⅱ）浸出率为47.8%,分别是碳纸和TiO₂改性碳纸的1.87和1.76倍.     

土壤微生物群落对玉米根茬和茎叶残体碳的利用特征

以沈阳农业大学连续29a棕壤长期定位施肥试验为基础,以¹³C标记的玉米植株为试验试材,采用田间原位培养方法和磷脂脂肪酸-稳定同位素示踪联用（PLFA-SIP）技术,研究土壤不同粒级团聚体中微生物群落对残体碳的同化状况,及土壤有机碳的固定这一关键生物地球化学过程.结果表明：植物残体添加显著增加了全土及各粒级团聚体中各微生物群落PLFAs含量,其中以真菌PLFAs含量增幅最高,细菌中以革兰氏阴性菌含量增幅最高;但不同残体类型并未对全土中各群落PLFAs含量产生显著影响.茎叶碳与根茬碳的矿化率无显著差异;根茬碳对总PLFAs碳库的贡献是茎叶碳的3.9倍,说明根茬碳更有利于通过微生物合成的方式贡献于土壤有机碳库.残体碳占不同微生物群落PLFAs碳库的比例以真菌最高,表明真菌对植物残体碳具有最强的同化能力;而残体碳对PLFAs的贡献在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间却差异不大.残体碳含量、PLFAs含量和残体碳占微生物PLFAs碳库的比例均在较小粒级的团聚体中（0.25~1mm和<0.25mm）更高,而细菌/真菌比在较大粒级团聚体（>2mm和1~2mm）中更高,说明较小粒级团聚体已经成为微生物对残体进行同化固定的主要位点.植物残体在土壤中的腐解过程与残体类型、土壤团聚体组成和微生物群落密切相关.     

多污染源作用下填埋场地下水微生物群落分析

为给填埋场地下水污染评价和自然衰减修复提供理论支撑,以四川省红层区某典型生活垃圾填埋场为例,采集了11组具有代表性的地下水水样,通过水化学分析和微生物16S rRNA基因测序,分析了红层区生活垃圾填埋场与其周围农业、生活污染源共同作用下,地下水中微生物的群落结构特征,以及不同污染源对微生物群落结构的影响.地下水水质评价结果表明,调查区地下水水质尚未超标;但相对于背景井,地下水已普遍受到不同污染源的影响,其中垃圾填埋场渗滤液扩散区地下水中（RDPD）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=7.320）和Cl^-（Pi （背）=7.136）;农业区中（RDAS）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=15.185）;农业生活混合区中（RDHP）的主要污染物为NO₃^-（Pi （背）=25.040）和SO₄^2-（Pi （背）=8.259）.微生物群落结构分析结果显示,Proteobacteria （43.6%~84.1%）为该研究区域地下水中的优势菌门.Bradyrhizobium和毛单胞菌科（Comamonadaceae）内一个未划分的属为农业区地下水中的优势菌属,甲基珠菌科（Methylococcaceae）内一个未划分的属、毛单胞菌科（Comamonadaceae）内一个未划分的属和sulfuritalea为农业生活混合区地下水中的优势菌,垃圾填埋场渗滤液扩散区无明显的优势菌属,但其群落丰度明显高于其他3组.受不同污染源的综合影响,不同区域地下水中的微生物群落结构复杂,RDPD、RDHP、RDAS地下水中的微生物群落结构组成与背景监测井（RDBJ）中的无显著差异,其中RDPD和RDHP地下水中的微生物群落结构组成较为相似.环境因子对水样品微生物群落影响程度依次为SO₄^2->Cl^-> NH₄⁺-N>NO₃^--N>ORP>pH值,因此,调查区生活垃圾填埋场地下水中的微生物群落结构主要受生活污染源和填埋场污染源的影响,其次为农业污染源,最后是自然因素的影响.     

垃圾处理园区周边土壤-地下水重金属分布特征

测定并分析生活垃圾综合处理园区周边剖面土壤-地下水中重金属（Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As、Cd和Hg）的含量结果表明,在土壤水的对流、扩散作用下重金属在各点位土壤剖面中均存在明显的纵向迁移现象,同时土壤介质的吸附、拦截等阻滞作用导致重金属主要富集于150~200cm中层土壤中.该区域土壤中重金属虽有积累但尚未超标,垃圾焚烧飞灰沉降导致上游点位土壤中重金属含量高于另外两个距离更近的下游点位;而园区邻近地下水中Zn、Ni含量相对其他远距离点位明显增加,且Zn含量超出了地下水质量标准,推测是由垃圾渗滤液下渗的影响所致.借助高通量测序手段分析发现,不同深度土壤及地下水之间的微生物群落结构存在显著差异（p<0.01）,由于还存在其他土壤环境要素的作用,土壤中大部分微生物群落受重金属影响较小,而地下水中微生物群落明显受到垃圾渗滤液中重金属Zn、Ni富集的影响.本研究可为垃圾综合处理园区的土壤-地下水系统污染风险评估奠定基础,为其环境安全管理提供科学指导.     

沉湖钻孔沉积物中微生物脂肪酸特征与意义

利用微生物脂肪酸甲酯分析技术研究了江汉平原沉湖湖心滩G1与湖岸G2两沉积柱中微生物群落结构的垂直分布特征及其环境指示意义.结果表明：微生物脂肪酸含量与特征脂肪酸分布特征在浅层（<5m）波动较大,且与深层（5~20m）差异明显;好氧细菌、一般厌氧细菌与革兰氏阳性菌占主要优势,其相对丰度高出深层约一倍.G1位点偏还原环境,其硫酸盐还原菌及其他厌氧细菌的相对丰度与环境胁迫压力（Trans/Cis）均高于G2;与溶氧相关的环境因子,如粒径、深度等是影响其微生物群落组成的关键因子.G2位点水动力条件较强,脂肪酸总量与好氧微生物的相对优势均高于G1,而深层沉积物中总氮、N/P偏低,微生物群落组成主要受碳氮营养源,特别是氮含量的影响.为评估人类活动带来的氮磷污染对湖泊深层微生物的影响提供新的认识.     

微生物污染源解析技术研究进展

针对目前新兴的微生物污染源解析技术（MST）研究进展进行了归纳总结.结果表明,标记物的源强特征显著影响水体微生物污染水平的评估,选用标记物时应同时考虑灵敏度和源强特征;与非目标物种样品产生交叉反应导致标记物特异性降低,可通过稀释样品或DNA纯化等手段降低假阳性信号强度;粪便源解析文库（FTL）中应涵盖的宿主种类,以及每类宿主应纳入的个体数量均会影响建库源解析结果的准确性,可通过权重分析来确定源文库中各宿主应囊括的样本量,提高识别污染源的准确性;FTL中的物种与土著微生物分类较为接近时,SourceTracker难以准确区分微生物污染来源,将土著微生物信息纳入FTL并多次运行程序可提高SourceTracker识别污染源的能力.未来应加强对标记物灵敏度和源强特征之间相关关系的研究,同时探讨标记物源强特征产生差异的成因以及交叉反应产生的机理;另一方面,应深入探究粪源微生物种内变异程度和土著微生物的种类对建库源解析法的影响机制,以期建立准确、完善的微生物污染源解析技术.     

青藏高原北部土壤正构烷烃氢同位素及物源意义

采用正构烷烃及其单体氢同位素组成特征相结合的方法研究了青藏高原北部多年冻土区表层土壤正构烷烃（C₂₁~C₃₃）的生物来源.研究表明：表层土壤中正构烷烃呈双峰型和三峰型的分布特征,表明其具有多个生物来源.长链长正构烷烃（C₂₅~C₃₃）主要来源于陆源高等植物.表层土壤中长链长正构烷烃（C₂₅~C₃₃）中奇碳数正构烷烃的δD值比偶碳数的整体偏轻,原因可能是两者的生物合成途径不同.对中等链长正构烷烃聚类分析后分为两种类型,类型I的中等链长正构烷烃（C₂₁~C₂₄）主要来源于陆源高等植物,类型Ⅱ的中等链长正构烷烃主要来源于细菌等微生物降解的产物.表层土壤样品（FHS-10、TG2-10和TG3-10）中等链长的正构烷烃δD值最轻,应为δD值偏轻的水源和细菌等微生物降解共同作用的结果.