应用于矿山修复的高效菌株鉴定与溶岩机制:基于增强回归树分析

岩石矿区废弃地水土流失问题极度严峻,微生物对修复该问题造成的退化生境具有重要意义,为探究微生物对岩石矿区生境修复的有效性与作用机制,采用两次定向筛选,获得1株高效产铁载体及吲哚乙酸(IAA)的硅酸盐矿物分解细菌,利用16S rRNA基因序列分析鉴定该细菌为Pseudomonas protegens.通过该细菌对硅酸盐岩的岩石分解实验,测定培养液pH值,K、Al、Si这3种元素的释放量,检测岩石溶蚀的粒径变化,并分析培养液中不同有机酸,氨基酸及多糖的浓度变化,研究Pseudomonas protegens NLX-4对硅酸盐的溶蚀效果,同时引入增强回归树(boosted regression tree analysis,BRT)分析,探究其促溶机制.分析表明,该细菌通过代谢积累一定浓度的酒石酸(777 mg·L~(-1))以及多糖(8.21 g·L~(-1)),对硅酸盐岩产生释钾、释铝、脱硅的作用,从而有效促进岩石的分解.菌株Pseudomonas protegens NLX-4可作为修复废弃矿地被破坏生境的良好菌种资源.     

SCAR处理城市生活污水的效能及其微生物群落动态分析

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)处理模拟城市生活污水,研究不同负荷条件下的反应器运行特征、污泥特性及微生物种群结构.结果表明,水力停留时间(HRT)为6 h可以作为反应器高效运行的关键控制参数,该条件下污水化学需氧量(COD)去除率达到75%以上.随着反应器容积负荷的逐渐提高,颗粒污泥中辅酶F420和产甲烷活性(SMA)逐渐增加,胞外聚合物(EPS)含量也不断提高,其中紧密黏附EPS(TB-EPS)含量的增加尤其明显.厌氧颗粒污泥性状和反应器对污染物的去除效率同时受到污泥负荷和HRT的影响,微生物的群落结构及其在反应器中的空间分布也受到污泥负荷的影响,不同代谢特征微生物在反应器不同空间位置的相对丰度随着污泥负荷的调整而改变.     

锌铜胁迫对Bacillus vallismortis EPS组分变化特征及其吸附性能的影响

近年来,微生物胞外聚合物(EPS)在吸附重金属方面的潜能引起了人们的广泛关注,但关于重金属对微生物及其EPS特性的影响鲜有报道.Bacillus vallismortis对锌铜矿捕收剂苯胺黑药具有良好的降解能力.为了解重金属对菌株的胁迫影响,探讨二者之间的相互作用,研究了Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)胁迫对菌株EPS产量、组分变化特征及其吸附性能的影响.结果表明,在Zn(Ⅱ)胁迫下,菌株培养至稳定期产生的EPS最多,当Zn(Ⅱ)为12 mg·L~(-1)时EPS产量翻倍,达到100.84 mg·g~(-1)(以VSS计),Zn(Ⅱ)能刺激菌株产生更多富含—COOH和—OH的胞外多糖;菌株在Cu(Ⅱ)胁迫下需培养至对数期产生的EPS最多,在Cu(Ⅱ)为6 mg·L~(-1)情况下EPS产量最高为60.65 mg·g-1(以VSS计),Cu(Ⅱ)的胁迫作用提高了菌株EPS中富含N—H和C—N的蛋白质含量;吸附实验结果表明,2种金属能通过胁迫菌株产生特异性EPS,为金属离子提供大量适用性结合点位,显著提高对重金属的去除能力.研究结果对应用生物法处理同时含有重金属和有机物的复合型选矿废水具有一定的指导意义.     

反渗透膜面细菌胞外多聚物提取方法研究

城市污水脱盐系统的反渗透(RO)膜面生物污堵问题严重影响了该技术的稳定运行,解析生物污堵机理的关键因素是微生物胞外多聚物(EPS)特征分析,然而目前细菌EPS提取方法多样,无统一标准,制约了EPS分析的可靠性和可对比性.基于此,本文以再生水厂RO膜面污堵物中分离的细菌为对象,采用水浴、超声、离子树脂、碱液4种方法提取EPS,以DOC和DNA含量表征提取的EPS总量和提取过程细胞破裂程度.结果表明,45℃水浴法不造成细胞破裂,提取总量多,是一种有效的提取方法.进一步对比不同提取时间条件下EPS溶液中多糖和蛋白含量变化,以及分子量、荧光特征等,综合认为提取1 h时,提取的EPS中多糖与蛋白相对含量稳定,不同分子量化合物均溶于水中,能客观地反映EPS特征.研究表明,45℃水浴1 h可以作为细菌EPS提取的适用方法应用.     

元胞自动机在矿山地质灾害预测中的应用

本文根据复杂性科学理论,论证了地质灾害系统是一个复杂大系统。元胞自动机（Cellular Automata,CA）是一种重要的复杂性科学研究工具,本文阐述了元胞自动机的基本原理和方法,总结了其基本特点,认为元胞自动机在安全科学与技术领域有着广阔的应用前景,并探讨了其在滑波预测、地下水渗透、岩爆预测等几种矿山地质灾害预测中的应用。     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）与紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

复合菌同时去除苯胺与氨氮及其影响因素研究

为了实现同时去除苯胺和苯胺降解过程中释放的氨氮,选用苯胺降解菌,假单胞菌Z1(Pseudomonas sp.Z1)和异养硝化菌,不动杆菌Y1(Acinetobacter sp.Y1)进行复合研究,并以单株菌Z1作为对照考察复合菌的降解效果。结果表明,复合菌(Z1+Y1)可以有效地同时去除苯胺和苯胺在降解过程中积累的氨氮。培养48 h后,Z1的苯胺、总氮和COD去除率为99.9%、25.7%和57.2%,氨氮积累量为60 mg/L左右;而复合菌的苯胺、总氮和COD去除率则分别可以达到99.9%、80.1%和88.4%,氨氮积累量仅为5 mg/L左右,有效地同时去除了苯胺和苯胺在降解过程中积累的氨氮。对复合菌进行降解条件优化,最佳复合比例为1∶1,最适碳氮比(C/N)为16,在400~800 mg/L初始苯胺浓度条件下,复合菌都可以有效地同时去除苯胺和苯胺在降解过程中积累的氨氮。     

一株对二甲苯降解菌的筛选鉴定及其降解特性

以对二甲苯为惟—碳源和能源,从某石化废水处理厂活性污泥中筛选得到一株对二甲苯降解菌株.生理生化实验、16S rDNA基因鉴定结果表明,该菌属于假单胞杆菌属(Pseudomonas sp.).通过对降解过程的动力学分析可知,该菌对底物的降解过程符合零级动力学特征,在初始对二甲苯质量浓度为800 mg/L时,降解速率常数最大,达18.43 mg/(L·h).在降解温度为30 ℃、废水pH为7.5、摇床转速为150 r/min的条件下,将5 mL菌液投加至32 mL对二甲苯质量浓度分别为840 mg/L和830 mg/L的焦化废水和石化废水中,降解84 h后基本无对二甲苯检出.     

基于元胞自动机模型的人员疏散行为模拟

通过引入静态场、动态场及其他参数,建立了二维元胞自动机模型,并利用MATLAB编写模拟软件,可实现对人员疏散过程中的环境熟悉度、从众行为、摩擦阻碍作用、惯性行为、拥挤跌倒行为和竞争行为的模拟。通过实例仿真模拟结果表明:不同的期望速度下会出现"欲速则不达"的现象,同时出口处会产生不同程度的人员聚集;出口处障碍物相对出口纵向放置比横向放置更有利于人员疏散;在疏散环境陌生,或紧急情况下对环境判断能力降低时,适当的从众行为利于最优疏散路径信息的传递,从而有利于人员疏散,但是从众行为过于严重则易造成出口利用率降低或利用不平衡。