分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用

目前分子生物技术发展日新月异,已渗透到各相关学科。本文综述了分子生物技术的基本原理与方法,及其在环境工程微生物领域的应用。讨论了分子生物技术在环境工程微生物的检测应用及在污泥、生物膜、底泥和土壤等微生物种群的多样性分析方面,以及环境工程菌的挑选和培养等方面的研究成果及其巨大研究前景,对该技术在环境工程领域的应用与发展提出了一些见解。     

城镇化下平原水系变化及河网连通性影响研究

针对平原区城镇化背景下水系减少及连通受阻等下垫面变化引起的洪涝加剧问题,综合考虑水系结构和水力特性等因素,建立满足行洪排涝需求的平原水系连通度量方法,并以浙东沿海平原河网区为例,分析了城镇化下平原水系特征变化及其对河网连通度的影响。结果表明:1近20a来研究区水系数量和结构复杂性均存在不同程度的衰减,河网密度和水面率分别减少20%和30%左右,水系尤其是低等级河道的减少导致河网结构趋于骨干化;2河网连通度受水面率等数量特征和水系空间连接结构的共同影响,在水系数量持续减少情况下,整个河网连通度呈现先减少后增加的趋势,说明了骨干河道工程对水系空间结构特征的优化,可缓解水系减弱对河网连通的负面效应;3建立的河网连通度方法合理反映了水系数量和结构变化下的河网连通度演变规律,以及水系变化下区域排涝能力的空间差异特征,具有操作性强特点。     

单环硝基芳香化合物好氧生物降解及其遗传学研究进展

硝基芳香化合物是环境中难降解的有机污染物之一 ,对环境的污染日益严重 ,利用生物技术对这类有机物进行降解是行之有效的新途径。针对几种单环硝基芳香化合物好氧降解的微生物、降解途径以及降解过程中的主要酶、降解性质粒、基因定位等分子遗传学的研究进展进行了综述     

13X分子筛对水体中钒离子的吸附

为研究分子筛对水体中重金属的吸附效果,选取了13X分子筛作为实验材料,研究其对钒离子的吸附效果。分别研究了在不同温度、时间、溶液pH值和初始钒浓度的条件下,13X分子筛对钒离子的吸附量,结果表明：酸性条件更利于13X分子筛对钒的吸附,溶液pH≥5时吸附量趋于0;随着反应温度的升高,13X分子筛对钒离子的吸附量逐渐增加;13X分子筛对钒离子的吸附符合Langmuir模型和拟二级动力学模型。13X分子筛对钒离子具有一定的吸附效果,在一定的处理工艺条件下,可作为水体钒污染的修复材料。但针对不同来源废水的特点,需对分子筛进行改性并进一步优化修复工艺条件以实际应用。     

微生物发酵产物中溶藻物质的提取方法

微生物溶藻是藻类水华控制的研究热点,但目前仍缺乏去除微生物发酵产物中营养物质的方法学研究,对野外水体采集的微囊藻的溶藻活性研究也较少见。比较了不同极性溶剂对溶藻物质的固液萃取效率,研究了分子筛层析对溶藻物质的纯化效果,并测定了各提纯步骤的中间产物对野外水体采集的铜绿微囊藻的溶藻效果。结果表明,在溶藻活性基本保持稳定的前提下,固液萃取串联分子筛层析技术对TOC、TN和TP的总去除率平均高达97%,其中,固液萃取的分级去除率平均高达90%,而分子筛层析的分级去除率平均为70%,且分子筛层析后的产物对野外水体采集的铜绿微囊藻的去除率稳定在60%左右。结果说明,固液萃取与分子筛层析技术可以作为溶藻物质工业化提取与实验室纯化的重要方法。     

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。     

分子筛吸附法脱除废水中的聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺(PAM)用于油田驱油产生大量难处理的含聚废水。以分子筛为吸附剂处理含聚废水,研究分子筛类型(Y、Beta和ZSM-5,H型和Na型)和物化性质对其吸附PAM性能的影响,并测定吸附等温线。结果表明,吸附性能顺序为Beta>Y>ZSM-5,H型优于Na型。H-Beta对PAM的吸附来自分子筛中阳离子与PAM中阴离子的静电作用,Si—O和Al—OH与PAM中酰胺基的氢键作用。H-Beta开放的通道结构,较高的介孔比例和表面积,较强的酸性和良好的酸中心可接近性使其具有优异的吸附性能。SiO2/Al2O3=26的H-Beta对浓度为200 mg/L的PAM溶液,PAM脱除率可达95.2%。在低PAM平衡浓度时,PAM在H-Beta上的吸附符合Langmuir单层吸附特征,饱和吸附量达70.2 mg/g,在高浓度区域则由于PAM疏水缔合作用加强呈现多层吸附。     

Hydrological Connectivity Between Headwater Streams and Downstream Waters: How Science Can Inform Policy1

Abstract: In January 2001, the U.S. Supreme Court ruled that the U.S. Army Corps of Engineers exceeded its statutory authority by asserting Clean Water Act (CWA) jurisdiction over non‐navigable, isolated, intrastate waters based solely on their use by migratory birds. The Supreme Court’s majority opinion addressed broader issues of CWA jurisdiction by implying that the CWA intended some “connection” to navigability and that isolated waters need a “significant nexus” to navigable waters to be jurisdictional. Subsequent to this decision (SWANCC), there have been many lawsuits challenging CWA jurisdiction, many of which are focused on headwater, intermittent, and ephemeral streams. To inform the legal and policy debate surrounding this issue, we present information on the geographic distribution of headwater streams and intermittent and ephemeral streams throughout the U.S., summarize major findings from the scientific literature in considering hydrological connectivity between headwater streams and downstream waters, and relate the scientific information presented to policy issues surrounding the scope of waters protected under the CWA. Headwater streams comprise approximately 53% (2,900,000 km) of the total stream length in the U.S., excluding Alaska, and intermittent and ephemeral streams comprise approximately 59% (3,200,000 km) of the total stream length and approximately 50% (1,460,000 km) of the headwater stream length in the U.S., excluding Alaska. Hillslopes, headwater streams, and downstream waters are best described as individual elements of integrated hydrological systems. Hydrological connectivity allows for the exchange of mass, momentum, energy, and organisms longitudinally, laterally, vertically, and temporally between headwater streams and downstream waters. Via hydrological connectivity, headwater, intermittent and ephemeral streams cumulatively contribute to the functional integrity of downstream waters; hydrologically and ecologically, they are a part of the tributary system. As this debate continues, scientific input from multiple fields will be important for policymaking at the federal, state, and local levels and to inform water resource management regardless of the level at which those decisions are being made. Strengthening the interface between science, policy, and public participation is critical if we are going to achieve effective water resource management.     

基于MSPA与MCR模型的余江县生态网络构建基于MSPA与MCR模型的余江县生态网络构建

在我国社会经济快速发展的背景下,城市化进程的不断推进导致城市生态斑块日益减少,生态环境问题正在逐年增加,构建生态网络是改善城市生态环境与服务功能的有效方法之一。以余江县为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法和景观指数法,提取对生态网络具有重要意义的生态源地,并基于MCR模型构建综合阻力面,采用最小成本路径方法生成潜在廊道,再基于重力模型、中介中心度等对关键廊道及踏脚石斑块进行识别并提取,从而构建研究区潜在生态网络。结果表明：MSPA方法能够与MCR模型有机的结合,通过定量的分析识别出研究区潜在生态廊道,并根据斑块的中介作用选定踏脚石斑块,明确研究区景观要素的保护优先度,将景观中的潜在生态源地及廊道作为生态网络构建的主要依据,能够更加科学地为余江县生态网络的构建提供指导,同时也可为其他区域提供参考。