The inactivation of bacteriophages MS2 and PhiX174 by nanoscale zero-valent iron: Resistance difference and mechanisms

• The resistance of phage PhiX174 to nZVI was much stronger than that of MS2. • The nZVI damaged the surface proteins of both bacteriophages. • The nZVI could destroy the nucleic acid of MS2, but not that of PhiX174. •The phage inactivation was mainly attributed to the damage of the nucleic acid. Pathogenic enteric viruses pose a significant risk to human health. Nanoscale zero-valent iron (nZVI), a novel material for environmental remediation, has been shown to be a promising tool for disinfection. However, the existing research has typically utilized MS2 or f2 bacteriophages to investigate the antimicrobial properties of nZVI, and the resistance difference between bacteriophages, which is important for the application of disinfection technologies, is not yet understood. Here, MS2 and PhiX174 containing RNA and DNA, respectively, were used as model viruses to investigate the resistances to nZVI. The bacteriophage inactivation mechanisms were also discussed using TEM images, protein, and nucleic acid analysis. The results showed that an initial concentration of 10⁶ PFU/mL of MS2 could be completely inactivated within 240 min by 40 mg/L nZVI at pH 7, whereas the complete inactivation of PhiX174 could not be achieved by extending the reaction time, increasing the nZVI dosage, or changing the dosing means. This indicates that the resistance of phage PhiX174 to nZVI was much stronger than that of MS2. TEM images indicated that the viral particle shape was distorted, and the capsid shell was ruptured by nZVI. The damage to viral surface proteins in both phages was examined by three-dimensional fluorescence spectrum and sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). However, the nucleic acid analysis demonstrated that the nucleic acid of MS2, but not PhiX174, was destroyed. It indicated that bacteriophage inactivation was mainly attributed to the damage of nucleic acids.     

外源Fe调控根系微生物群落结构和功能对水稻Cd积累的影响

探究外源铁（Fe）在水稻镉（Cd）阻控效应方面的研究对保障粮食安全具有重要意义.通过水培实验,研究了3种Fe浓度（5、50和500 μmol·L^-1 EDTA-Na₂Fe）对水稻Cd的积累效应和根系微生物群落结构的影响.结果表明,环境Fe浓度的增加促使水稻根表铁膜的形成,缺Fe和Fe充裕情况下均会促进根表铁膜对Cd的吸附固定.和正常Fe相比,缺Fe促进根Cd和地上部Cd累积,分别增加了49.76%和15.68%;而Fe充裕促进了根Cd的积累,增加了18.39%,但显著降低地上部Cd的含量,降低幅度为35.95%.采用16S rRNA高通量测序测定根系微生物群落结构并通过PCA、LEfSe和RDA等分析方法发现,和正常Fe相比,缺Fe环境会降低根系微生物的丰富度和均匀度,在门水平下Proteobacteria和Bacteroidetes为优势菌群,缺Fe抑制Bacteroidetes相对丰度的增加,Fe充裕使Proteobacteria相对丰度降低.而在属水平功能微生物Ensifer、Rhodopila、Bdellovibrio和Dyella等的相对丰度在不同处理下发生改变,可能通过影响根表铁膜的形成和其他生化过程继而影响水稻对Cd的吸收和积累.并且缺Fe环境对微生物功能影响高于Fe充裕环境.为探寻不同Fe环境下调控水稻根系微生物的群落结构变化,以降低水稻对Cd的吸收转运能力,进而为Fe对Cd的阻控机制提供理论依据,并为我国南方稻田Cd污染治理提供重要参考.     

铁屑微电解法深度处理油田钻井污水

采用化学混凝-铁屑微电解法深度处理钻井污水。确定了最佳工艺条件：铁屑与活性炭的质量比为0．5，反应时间为2h，污水pH为1．0，温度为常温，反应后用石灰乳调节污水pH至12。处理后钻井污水COD可由原水的8065mg／L降至430mg／L，COD去除率大于94％，色度去除率达100％，达到国家综合污水三级排放标准。     

负载铁生物炭对土壤-水稻系统As溶出特性与生物有效性的影响与机理解析

负载铁生物炭(FeBC)已证实对溶液体系和雄黄矿高砷(As)尾渣中的无机As具有极为显著的吸附钝化效能,但其对土壤-水稻系统中As的溶出特性和生物有效性的影响尚为空白.为此,本研究系统探析了FeBC处理对水稻根际As溶出特性、根表铁膜As持留-释放模式转化和As向水稻体内各器官转运积累的影响与发生机制.结果表明,FeBC处理条件下的水稻根际pH普遍高于对照(CK),而氧化还原电位(Eh)则低于CK;FeBC处理所导致的根际Eh下降几乎同步使根际孔隙水As、Fe浓度自分蘖期后均随FeBC比例的增加而升高,且孔隙水As、Fe浓度具有显著正相关性(p0.01).成熟期内根表铁膜Fe、As含量均随FeBC比例的增加而升高,这一点可由微区X射线荧光(μ-XRF)所显示的2%FeBC处理中水稻根系表面Fe、As浓度均显著高于CK得到印证,而这一特点导致FeBC处理下的白根和糙米As含量显著升高(p0.05).以上结果表明,FeBC能有效提高水稻根表铁膜形成量及其对As的持留,但超过特定阈值的铁膜浓度(20~25 mg·g~(-1))对As的大量富集却可成为根系对As的吸收源,促进As向根系内的转运,并导致稻米As积累量升高.由此可见,含Fe钝化剂对水稻根际As生物有效性的影响具有可变性,其应用风险和产生机制值得引起高度关注.     

弱磁场强化零价铁对水中偶氮染料脱色降解的作用初探

本文以橙黄Ⅰ、橙黄Ⅱ、橙黄Ⅳ和日落黄4种偶氮染料为目标染料,首次尝试利用外加弱磁场(~20 mT)的方法来强化零价铁脱色降解偶氮染料。结果表明加磁或不加磁时反应过程均符合一级反应动力学。在磁场的存在下,4种偶氮染料的降解速率都较不加磁场时有很大的提高,提高倍数分别为110.67、111.97、59.51和94.00。弱磁场对零价铁降解偶氮染料的促进作用可能是由于外加磁场所产生的洛伦兹力以及零价铁表面产生的感应磁场所产生的磁场梯度力促进了Fe2+的释放,加快了零价铁的腐蚀,促进零价铁释放更多电子和新生态氢,加速了—N=N—键的断裂,从而强化了染料的脱色降解。     

土壤中砷的污染控制技术研究

土壤砷污染修复是世界性的难题,日益受到人们的密切关注。本文阐述了土壤砷污染的现状、危害及其来源,探讨土壤砷污染的传统物理化学和生物修复技术的研究现状及特点的同时,重点阐述了纳米材料修复技术,尤其是纳米铁技术,并对土壤砷污染修复研究方向进行了展望。     

天津市大气能见度与颗粒物污染的关系

利用天津市大气边界层观测站2009年能见度、相对湿度、风速逐时观测资料和2009年3月9~21日期间颗粒物的膜采样数据,分析天津市大气能见度与颗粒物污染的关系.结果表明,颗粒物质量浓度与能见度变化总体呈负相关,小粒径颗粒对能见度的影响作用明显,随着能见度的降低,小粒径颗粒与大粒径颗粒浓度的比值明显增加.能见度与颗粒物中总碳质量浓度变化呈负相关. SO42-,NO3-,OC和EC对大气消光贡献平均值分别为28.7%,6.1%,27.6%和19.2%.表明观测期间颗粒物中SO42-,OC对能见度的影响明显.     

钢铁行业循环经济与清洁生产技术评价方法研究

在分析钢铁行业循环经济与清洁生产技术范围与特点的基础上,通过循环经济3R原则、清洁生产技术评价的方法调研并结合生命周期理论,建立了钢铁行业循环经济与清洁生产技术的分析评价方法模型,并采用德尔菲方法进行专家多轮讨论修正,完善了模型的评价体系,为我国钢铁行业推行循环经济与清洁生产技术提供理论和技术支持。     

Bio-F生物吸附剂对水中铁锰的去除与特性

以Bio-F（Bio-F生物吸附剂）为材料,研究其对水中Fe2+和Mn2+的去除能力与特性. 结果表明,Bio-F可同时去除水中Fe2+和Mn2+且吸附过程符合Lagergren一级动力学模型. Langmuir吸附等温线能较好地描述Bio-F吸附Fe2+和Mn2+的过程,表现为单分子层化学优惠吸附,其对Fe2+和Mn2+的最大饱和吸附量分别达491和380 mgg. Bio-F对Fe2+和Mn2+的吸附为吸热反应且在pH 6~7范围内可保持86％以上吸附能力(P>005). 较高的c(Ca2+)和c(Mg2+)可明显抑制Bio-F去除Fe2+和Mn2+的能力（P<005),但高c(PO₄3-)则可促进该吸附过程（P>005). Bio-F经10次再生后对Fe2+和Mn2+的去除率分别达9727%和9467%. Bio-F无毒安全,采用Bio-F处理高铁锰饮用水具有应用潜力.      

根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素Ce的影响

采用溶液培养的方法探讨根表铁膜形成对水稻吸收积累和转运稀土元素Ce的影响。结果表明,Ce污染胁迫可抑制水稻根表铁膜的形成,根表铁膜吸附的Ce量随着溶液中Ce浓度的提高而增加。根表铁膜形成可降低水稻根系但提高水稻茎叶对Ce的吸收积累。当溶液中Ce浓度为0.1、0.5和1.0 mmol·L~(-1)时,铁膜诱导组水稻根系Ce含量分别比非诱导组水稻根系Ce含量降低38.60%、45.94%和32.75%,诱导组水稻茎叶Ce含量分别比非诱导组水稻茎叶Ce含量提高42.37%、28.87%和22.62%。根表铁膜形成可影响Ce在水稻植株中的富集和转运能力。非诱导组水稻根系富集Ce的能力远大于茎叶。诱导组水稻根系对Ce的富集能力最强,其次是根表铁膜,最后是水稻茎叶。诱导组水稻根系Ce转运系数显著大于非诱导组的根系,说明根表铁膜形成可促进水稻根部Ce向茎叶中转运。可见,根表铁膜对水稻吸收转运稀土元素的影响机理比较复杂。