煤化工废水生化处理系统活性污泥膨胀控制及菌群迁移

针对煤化工废水生化处理系统存在的活性污泥丝状菌膨胀问题,根据微生物营养学原理,利用活性污泥调理剂对污泥膨胀进行控制和修复,并对修复前后的活性污泥细菌菌群进行高通量测序,研究了菌群的迁移变化途径。研究结果表明,修复后的煤化工废水生化处理系统中活性污泥的SVI值明显下降,维持在85 mL·g-1左右,系统对废水中有机污染物的降解能力有所提升,COD去除率由原来的93%左右提高到96%以上。细菌菌群种类、数量和丰度都有明显改善。     

海洋红球菌SY095产生物表面活性剂发酵培养基的优化

为提高海洋红球菌SY095发酵产生物表面活性剂的能力,研究发酵培养基中碳源及氮源的影响,并通过响应面分析法优化培养基各组分的含量。首先通过单因素实验,确定培养基最佳碳源、氮源分别为大豆油和尿素,在此基础上,利用Plackett-Burman实验设计筛选出2个对表面活性剂产量有显著影响的因子为尿素和K2HPO4,通过最陡爬坡实验和响应面分析法对显著影响因子进行优化,获得海洋红球菌产表面活性剂的最佳培养基配方为：大豆油2%（体积分数）,尿素2.35 g·L-1,K2HPO40.69 g·L-1,KH2PO4 1.0 g·L-1,MgSO4 0.5 g·L-1。使用该优化培养基配方,海洋红球菌发酵液的表面张力为29.254 mN·m-1,与预测值接近,表面张力活性比优化前提高了12.9%。     

AC/PTFE微生物燃料电池阴极去除罗丹明B及同步产电性能

采用辊压成型法制备了活性炭（AC）/聚四氟乙烯（PTFE）质量比分别为6、5和3的AC/PTFE 电极,并利用SEM对电极表面进行表征。结果表明,随着质量比的降低电极表面活性炭颗粒间的连接更为紧密。以制得的AC/PTFE电极,碳毡分别为微生物燃料电池（MFC）的阴极、阳极,利用AC/PTFE阴极在曝气条件下产生的过氧化氢在阴极处理模拟的罗丹明B废水。研究了不同质量比AC/PTFE阴极对罗丹明B的去除效果及同步产电情况,结果表明以AC/PTFE质量比为6的AC/PTFE阴极在96 h内对罗丹明B的去除率达到96%,MFC获得的最大功率密度为105 mW·m-2;同时研究了在阴极液加入0.2 g·L-1 Fe2+的条件下,阴极液为不同pH值时,阴极对罗丹明B的去除效果及MFC产电情况。结果表明在阴极液pH= 3的情况下,罗丹明B的去除率在36 h内达到了98.9%,MFC的最大功率密度达到210 mW·m-2,罗丹明B的去除速率及MFC能量的输出得到了明显提高。     

基于高通量测序的OMS-2对序批式反应器系统微生物群落的影响

随着纳米材料的广泛应用,越来越多的纳米材料随着废水进入污水处理厂,纳米材料对污水生物处理系统的潜在影响越来越受到重视。探讨了氧化锰八面体分子筛(manganese oxide octahedral molecular sieve, OMS-2)纳米颗粒对序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)中活性污泥微生物群落结构的影响;以活性艳红X-3B溶液模拟印染废水,将不同浓度的OMS-2混入稳定运行的SBR中,采用Illumina MiSeq高通量测序分析技术,对不同SBR中微生物分布规律进行了研究。结果表明：SBR添加0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,其COD去除率和脱色率分别提升了6%和13.6%;Illumina MiSeq高通量测序显示,在混入0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,SBR内污泥菌群中拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)的微生物DNA序列操作分类单元(operational taxonomic units,OTU)分别增加了16.8%和96.4%,这2类菌种可能提升了SBR降解有机污染物的能力;不同浓度的OMS-2改变了菌群的多样性和结构,低浓度的OMS-2可以提升微生物菌群的多样性和改变菌群的结构。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,OMS-2在SBR中存在锰(Ⅳ)/锰(Ⅲ)转变为锰(Ⅱ)的氧化还原反应,该过程可能影响了菌群的组成。研究为纳米材料的实际应用和环境风险提供了参考。     

响应面法优化石油降解菌性能的研究

从延长油田石油污染土壤中筛选出4株能以原油为唯一碳源生长的细菌单菌株,鉴定其优势菌株YC-2为枯草芽孢杆菌;利用响应面法进行实验设计,选定培养温度、pH值、氮磷比以及盐度为影响因素,对原油含量为0.5%的培养基进行YC-2菌株降解工艺优化,得到了原油降解率与4种因素之间的非线性回归方程,确定了降解原油的最优工艺条件:培养温度28℃;pH值6.5,氮磷比5.2:1,盐度0.45%。在最优条件下,预测降解率为53.9%,实验验证值为52.5%,结果显示,建立的模型具有较高的精度。     

基于磷脂脂肪酸法分析A+OSA污泥减量工艺微生物群落结构

以传统缺氧-好氧(AO) 工艺为参照,采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析技术研究了缺氧-好氧-沉淀-厌氧(A+OSA)污泥减量工艺微生物生物量变化及群落结构分布特征。结果表明,参照工艺及减量工艺PLFAs组成以饱和脂肪酸、支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸为主,并含有少量环丙烷脂肪酸和羟基脂肪酸。减量工艺污泥减量主要是源于贮泥池中污泥衰减,好氧菌和革兰氏阴性菌(G-菌)为与污泥衰减相关的微生物类群。真菌含量变化表明,减量工艺有抑制真菌生长的作用。减量工艺由于贮泥池的插入造成其微生物群落结构与参照工艺有显著不同,减量工艺缺氧池与好氧池微生物群落结构相似度提高。     

阳宗海沉积物中磷的稳定性

絮凝剂(FeCl3)治理阳宗海砷污染的过程中,水体中的磷被大量沉积进入底泥,弄清其是否会在环境条件变化后发生反溶形成二次污染对湖泊富营养化防治具有重要意义。通过模拟实验模拟泥-水界面pH变化、物理扰动和微生物活动的变化,旨在分析这些环境因子变化对沉积物中磷溶出的影响。结果表明,阳宗海水体在目前这种磷浓度下,底泥的磷会随时间的增加而溶出再次造成水体磷污染,当暴露在清洁水条件下时磷的释放率会增加;这种由于絮凝剂吸附沉淀到湖底的磷,在上覆水pH增加0.5时底泥磷解吸附释放速率增加;每年秋季湖泊上下层水的交换活动会造成水体磷浓度的季节性升高,形成不可忽视的磷内源。而夏季水温分层导致湖泊底部厌氧,使厌氧微生物活性增强,这将进一步促进底泥中磷的释放。     

响应面法优化黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾饲养条件的研究

研究了黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾的方法。首先在饲养温度、饲料含水量和饲养密度等条件下进行单因素实验,然后,以利用率为指标,运用响应面法优化了黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾的饲养条件,结果表明,最佳饲养条件为饲养温度26.7℃、饲料含水量14.5%、饲养密度4.1头/cm2。在此饲养条件下,黄粉虫对餐厨垃圾利用率理论值为38.72%,实际餐厨垃圾利用率为38.88%,相对误差为0.41%,说明利用黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾具有较好的效果。     

基于微生物生物完整性指数的北京市城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数（IBI）是河道生态系统健康评价的重要且被广泛应用的指标,然而,基于水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的研究较少。针对北京市城市河道生态系统健康状况开展评价,探索微生物生物完整性指数(M-IBI)评价流程与标准构建方法。基于沉积物中微生物Illumina高通量测序信息,筛选出关键环境因子（水质指标TN、TP、NH₃-N、NO₃-N和NO₂-N）确定候选生物指标,根据判别能力分析结果,确定Shannon指数、拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度、绿弯菌门（Chloroflexi）相对丰度、蓝藻门（Cyanobacteria）相对丰度、COD_Cr耐受属相对丰度和NH₃-N清洁属相对丰度6个指标,提出了指标标准化公式和健康评价标准。结果表明,以自然水体为补水的永定河各采样点评价结果均为健康状态,其他3条以城镇再生水厂出水为补水的河道中,清河4个采样点为健康至亚健康状态,凉水河5个采样点为健康至一般状态,大龙河4个采样点为亚健康至一般状态。M-IBI可以有效区分不同程度的受损点位,较合理地评价城市河道生态系统健康状况。

     

Characterisation of Organic Matter and Carbon Cycling in Rehabilitated Lignite-rich Mine Soils

Open-cast lignite mining in the Lusatian mining district resulted in rehabilitated mine soils containing up to four organic matter types: (1) recent plant litter, (2) lignite deposited by mining activity, (3) carbonaceous ash particles deposited during amelioration of the lignite-containing parent substrate and (4) airborne carbonaceous particles deposited during contamination. The influence of lignite-derived carbon types on the organic matter development and their role in the soil carbon cycle was unknown. This paper presents the findings obtained during a six year project concerning the impact of lignite on soil organic matter composition and the biogeochemical functioning of the ecosystem. The organic matter development after rehabilitation was followed in a chronosequence of rehabilitated mine soils afforested in 1966, 1981 and 1987. A differentiation of the organic matter types and an evaluation of their role within the ecosystem was achieved by the use of ¹⁴C activity measurements, ¹³C CPMAS NMR spectroscopy and wet chemical analysis of plant litter compounds. The results showed that the amount and degree of decomposition of the recent organic matter derived from plant material of the 30 year old mine soil was similar to natural uncontaminated forest soil which suggests complete rehabilitation of the ecosystem. The decomposition and humification processes were not influenced by the presence of lignite. On the other hand it was shown that lignite, which was thought to be recalcitrant because of its chemical structure, was part of the carbon cycle in these soils. This demonstrates the need to elucidate further the stabilisation mechanisms of organic matter in soils.