真菌电化学修复除草剂污染土壤：降解动力学探索

【目的】微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）在去除污染物的同时产出电能,是一种颇有前景的生态修复手段。构建真菌强化MFC装置,比较电动力（EK）、真菌、MFC修复除草剂污染土壤效果及优缺点,探索MFC在有机污染物修复中的应用潜力。【方法】设计了一种添加真菌进行生物强化的MFC,并用EK、真菌、MFC三种方法修复两种除草剂污染的灭菌土壤。经筛选和驯化的疣孢漆斑菌和踝节菌菌株用于后两种方法,研究真菌强化对MFC去除除草剂的影响。测量土壤pH、电导率、除草剂去除率,MFC产电性能,用气相色谱-质谱鉴定两种除草剂的降解产物。【结果】EK修复中,添加模拟电解液、碳纤维条、加电10 V的处理组7 d后氯氟吡啶酯（F）和高效氟吡甲禾灵（H）去除率分别为71%和38%。真菌、MFC处理F的最大去除率达到100%。对比踝节菌,疣孢漆斑菌对两种除草剂的降解性能更好,疣孢漆斑菌、踝节菌单菌构建的MFC对H的去除率分别为62.5%和24.1%。F降解产物为氟氯吡啶酸,H降解产物为乙酸大茴香酯,推测了降解路径和降解动力学。三种方法降解F以及EK降解H均符合动力学一级反应,而真菌和M...     

人工湿地微生物燃料电池耦合系统对典型全氟化合物的去除效果

针对污水中传统污染物和新污染物的共存特征,以典型全氟化合物(PFASs)为目标新污染物,探究人工湿地微生物燃料技术(CW-MFC)处理含PFASs污水的效果,构建了不同电路运行模式下的CW-MFC体系,研究了CW-MFC对PFASs的去除效果,并探讨PFASs添加后对传统污染物去除和生物电化学性能的影响。结果表明CW-MFC系统在开路和闭路运行下均能够有效去除废水中96%以上的PFASs。在PFASs介入后,对CWMFC系统有机物和磷的去除无显著影响,然而系统的脱氮效率和生物电转化性能均发生了一定程度的降低。在闭路运行工况下, CW-MFC系统的氨氮去除率和输出电压分别下降了7.22%和7.32%; CW-MFC开路运行时总氮去除率降低了13.98%。研究为水环境中PFASs污染的治理技术提供有益探索。     

铁基生物炭联合生物电化学原位修复Pb-多环芳烃复合污染底泥的效果与机理

城市河道及附近水体底泥是重金属和持久性有机污染物的重要汇集地。本研究以Pb-菲复合污染底泥为对象,探索铁基生物炭联合微生物电化学技术对底泥的原位修复效果与机理。结果表明,通过浸渍烘干法制备的铁基生物炭表面铁以Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃为主,具有磁性。铁基生物炭联合生物电化学(0.2 V)使底泥中菲的去除速率提高6.75倍,主要原因在于阳极可作为电子受体强化底泥中菲的共代谢降解,额外投加葡萄糖加速了底泥菲的生物电化学降解,导致菲的去除速率增大1.09倍。同时,阳极生物电化学过程降低了底泥pH,促进了底泥Pb向弱酸可溶态转化,在电场力作用下向阴极迁移并转化为残渣态。高通量测序结果表明,铁基生物炭联合生物电化学促进了底泥中Tissierella、Erysipelotrichaceae和Pseudomonas三类细菌的生长,导致了菲的生物电化学强化降解及Pb活化。     

城市河道底泥污染生物修复技术研究

城市河道受污染底泥对水体产生大的二次污染,为有效的控制底泥污染物的释放和开发有效的水体治理技术方法,本研究利用人工模拟河道在连续流条件下,对河道污染底泥的生物修复及其对水体生物修复的影响进行了试验研究。研究结果表明:采用曝气增氧和投加底泥生物修复制剂联合处理的方式能达到好的底泥生物修复效果,能有效的提高底泥的生物降解活性(G值),削减底泥氮磷污染物的释放量,底泥G值与底泥氮、磷污染物释放量呈显著负相关性:单独采用曝气增氧和投加土著微生物制剂联合实施的生物修复方法对河道污染水体均具有良好的修复效果,但底泥的生物修复将对河道水体生物修复的效果产生大的影响。底泥生物修复后,对水体进行生物修复的处理效果更加显著,在相同实验条件下,对水体COD、氨氮的最大去除率由65.0%和16.30%提高到72.0%和41.0%,水体生物修复的周期由13 d缩短为6 d。     

外加电压对污泥厌氧消化产甲烷同步降解菲的影响

在污泥厌氧消化与微生物电解池耦合系统中,研究不同外加电压对污泥产甲烷及降解菲的影响,外加电压分别设定为0.4、0.8、1.2和2.5 V,定期对消化过程中产气量、pH、总有机碳(TOC)、溶解性化学需氧量(SCOD)、氨氮及菲含量等参数进行分析,并通过高通量测序对消化污泥及电极生物膜上的微生物多样性进行分析。结果表明:外加电压能有效促进污泥厌氧消化产甲烷并提高系统中菲的降解率,当外加电压为0.8 V时,单位质量固体的甲烷产率为136.36 L/kg,挥发性固体(VS)的去除率为42.26%,污染物菲的去除率为43.88%,均明显高于其他实验组。微生物多样性分析表明:当外加电压低于0.8 V时,阴极生物膜上的优势产甲烷菌为Methanosaeta和Methanospirillum,属于乙酸营养性产甲烷菌;当外加电压为0.8 V以上时,阴极生物膜上的优势产甲烷菌为Methanobacterium,属于氢营养性产甲烷菌。     

利用微生物电解池处理牛奶废水过程中产电菌落与产氢性能之间的关系

【目的】 研究微生物电解池(Microbial electrolysis cell, MEC)利用复杂有机物作为底物的运行特性, 对其在废水处理中的应用有着重要的意义。【方法】 以模拟牛奶废水为基质, 通过构建MEC反应器来考察在不同外加电压条件下产电菌群的性能。【结果】 当外加电压升高到1.2 V时, 最大电流密度可达到261 A/m3, 产氢速率可达0.048 m3 H2/m3 d, 分别比外加电压为0.4 V的情形提高了467%和700%。外加电压为1.2 V时, 系统对COD和蛋白质去除率可分别达59%和74%, 其中COD去除较之0.4 V的情形提高了22.5%。PCR-DGGE的分子生物学分析结果表明, 阳极生物膜中以Geobacter sp.作为优势菌, 说明在利用大分子有机物作为基质时产电菌与非产电菌的协同作用更为明显。【结论】 MEC能够利用牛奶废水作为燃料, 在实现高效降解的同时以产氢的形式进行能量产出, 这为MEC的实际应用提供了研究思路。     

好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池产电性能及微生物群落动态特征

【目的】为探讨好氧-厌氧混合污泥启动微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)产电性能以及MFC对微生物群落的选择作用,【方法】以乳酸为底物,应用不依赖于培养的微生物分子生物学技术解析单室MFC启动过程中微生物群落的组成和结构动态学特征。【结果】结果表明,MFC经过3个周期启动成功,最高输出电压230 m V。当MFC外电阻为1656Ω时,最大功率密度11.15 W/m3,电池运行稳定。混合污泥启动MFC以后,阳极生物膜微生物群落结构同种泥差异较大,且多样性降低。生物膜中微生物类群按丰度依次为β-变形菌纲(Betaproteobacteria)24.90%、拟杆菌门(Bacteroidetes)21.30%、厚壁菌门(Firmicutes)9.70%、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)8.50%、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)7.90%、绿弯菌门(Chloroflexi)4.20%以及α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)3.60%。有利于生物膜形成与稳定的动胶菌属(Zoogloea)和不动杆菌属(Acinetobacter)序列丰度分别占生物膜群落的5.00%和3.90%,与MFC产电能力直接相关的地杆菌属(Geobacter)序列由混合污泥中的0.60%上升至阳极生物膜中的2.60%。【结论】本研究表明,MFC阳极生物膜在驯化过程中对污泥中的微生物进行淘汰和选择,最终驯化形成了有利于生物膜形成与稳定、有机物厌氧发酵与产电的微生物菌群。     

一株产电菌Nitratireductor sp. WJ5-4的筛选及产电分析

【目的】从生物垃圾燃料电池阳极淋洗液中分离一株产电菌WJ5-4,研究其产电特性。【方法】根据菌株的形态、生理生化性质及16S r RNA基因测序分析确定其种属,以该菌株为产电菌,以生物垃圾为底物,构建微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),研究在不同接种浓度和底物固含量条件下菌株的产电性能。【结果】菌株WJ5-4被初步鉴定属于Nitratireductor属,当接种量200 m L时可获得最大功率密度135.16 m W/m2、稳定电压370 m V和总有机碳(Total organic carbon,TOC)降解率41.46%。当底物固含量为23%时,可获得最大功率密度163.69 m W/m2、稳定电压434 m V和TOC降解率46.29%。【结论】WJ5-4菌能够利用较高固含量的生物垃圾产电,产电周期较长,为下一步微生物燃料电池处理生物垃圾提供科学依据。     

铜锈环棱螺生物扰动对"蓝藻水华"水体底泥及其间隙水中碳、氮、磷含量的影响

实验室内建立小型模拟生态系统,根据铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的密度设置了3个处理组和1个对照组.结果显示:铜锈环棱螺对底泥0～0.5 cm及0.5～2 cm有机质影响较明显,显著降低了底泥中的C:P.处理组3和处理组2间隙水NH4+-N含量分别在底泥0～0.5cm及0.5～2 cm深度和对照组之间存在显著差异(p＜0.05).间隙水中NO2--N+NO3--N的变化较复杂,处理组NO2--N+NO3--N含量在0～0.5 cm,0.5～2cm及2～4cm与对照组相比差异显著(p＜0.05).间隙水中DIP含量随底泥深度先增后减,在2～4 cm处含量达最大,DIP含量在0.5～2 cm深度处理组与对照组之间有显著差异(p＜0.05).铜锈环棱螺生物干扰增加了底泥表层有机质的含量,同时降低了其稳定性.     

环境因子及藻体密度对条斑紫菜生长与氮磷去除效率的影响

以条斑紫菜为材料,系统探究实验室条件下光照强度、温度、光周期、盐度和干出等生态因子和藻体密度对条斑紫菜生长和氮磷去除的影响,为今后条斑紫菜大规模栽培的生态修复潜力研究及海洋富营养化治理奠定理论基础。实验室条件下不同藻体密度、光照强度、光周期、温度、盐度和干出时间对条斑紫菜生长及氮磷去除效率的影响。结果表明:条斑紫菜在藻体密度0.1 g/L、光照强度为120μmol m-2s-1时特定生长率最大,为38.1%。随着藻体密度增加,光照强度减小,其特定生长率逐渐减小,当藻体密度为1.6 g/L、光照强度为30μmol m-2s-1时,特定生长率最小为12.6%;藻体密度0.1—0.8 g/L时随着藻体密度的增加条斑紫菜对NO-3-N和PO3-4-P的去除效率显著增加,藻体密度为0.8—1.6 g/L时藻体对NO-3-N和PO3-4-P去除效率差异不大,其中藻体密度1.6 g/L、光照强度90μmol m-2s-1时条斑紫菜对NO-3-N和PO3-4-P去除效率均达到93%以上。为进一步探究其他环境因子的影响,因此在温度和光周期实验中选择氮磷去除率适中的藻体密度0.4 g/L和最适光照强度90μmol m-2s-1。温度为15℃、光周期为16L∶8D条件下条斑紫菜特定生长率最大,为36.9%,且氮和磷去除效率也最大,分别为91.9%和81.6%。条斑紫菜生长适宜盐度为10—35,最佳盐度为25,干出时间越长生长越慢,氮磷去效率也越低,且有较大交互作用,但干出后的紫菜光合作用更强。以上研究将为应用大型海藻条斑紫菜大规模栽培进行生态修复奠定基础。     

用于水环境重金属监测的微生物电化学传感器构建与运行效果分析

本研究旨在开发基于微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）的微生物电化学传感器对水环境重金属污染进行实时在线监测。构建微生物电化学传感器,采用错流式布水方式、优化外阻值及外循环速率等参数,在最优参数下分析重金属模拟废水浓度对电压的抑制情况。结果表明,当外阻值为130Ω、外循环速率为1.0 mL/min时,MFC电化学传感器的性能最优。在此条件下对1–10 mg/L的Cu²⁺、0.25–1.25 mg/L的Cd²⁺、0.25–1.25 mg/L的Cr⁶⁺和0.25–1.00 mg/L的Hg²⁺均有响应,60 min内输出电压最大抑制率分别可达92.95%、73.11%、82.76%和75.80%,线性相关系数均大于0.95,且有较好的生物学重复性。该MFC电化学传感器具有良好的重金属检测性能,可为实现水环境重金属污染实时在线监测技术的实际应用提供理论依据。     

光合细菌的分离鉴定及对养殖水的净化研究

水质的恶化是影响水生生物存活率和产量的主要障碍 ,因此如何净化水质已成为养殖技术的难点和研究热点。从养虾池底泥分离得到 4株光合细菌 (PSB) ,经初步鉴定分别为纤细红螺菌、球形红假单胞菌和沼泽红假单胞菌 ;将其混合培养后处理养虾池水 ,结果表明 ,PSB可以有效分解底泥中污染物 ,去除水体中的COD、氨氮 (第 4dCOD去除率为 72 .5 9% ,氨氮去除率达 89.2 % ) ,养殖池PSB的使用量以 1mg/L为宜。     

洱海底泥特性对七种沉水植物生长的影响

为研究洱海底泥特性对沉水植物生长的影响,采用不同比例洱海底泥与湖岸土壤掺混形成五种基质,并分别移栽苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻,进行为期70d的室外生长实验,结果表明不同基质对几种植物的影响具种间差异。（1）在基质为50%深层底泥+50%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为31.59、0.334和0.095 mg/g）时,苦草、马来眼子菜和光叶眼子菜的株高最大;基质为100%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为37.88、0.803和0.149 mg/g）时,黑藻、微齿眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻的株高最大;（2）基质为100%深层底泥时,苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜和光叶眼子菜生物量增加最多且相对生长速率最大;基质为100%浅层底泥（碳、氮、磷含量分别为77.37、5.691和0.136 mg/g）时,穿叶眼子菜生物量增加最多,相对生长速率最大;狐尾藻在基质为50%浅层底泥+50%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为49.27、2.005和0.131 mg/g）时生物量增加最多,相对生长速率最大;（3）基质为100%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为22.06、0.327和0.231 mg/g）时,7种沉水植物均生长缓慢,生物量增加较少。综上所述,中营养底泥（碳、氮、磷含量分别为31.59-49.27、0.334-2.005和0.095-0.131 mg/g）更适合沉水植物生长,底泥中过高或过低营养都不利于沉水植物生长。     

长茎葡萄蕨藻在模拟工厂化循环水养殖环境中的脱氮研究

为优化工厂化循环水养殖尾水处理效果, 探究长茎葡萄蕨藻在工厂化循环水养殖条件下对含氮污染物的去除效果。采用模拟养殖尾水, 考察了长茎葡萄蕨藻对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的吸收效果, 进而讨论了不同水力停留时间对长茎葡萄蕨藻吸收去除三氮的影响。结果表明, 长茎葡萄蕨藻在单一含氮污染物中硝酸盐氮吸收速率最快; 在混合含氮污染物中, 氨氮吸收速率最快, 吸收去除效率最高, 其次为硝酸盐氮。长茎葡萄蕨藻在实验条件下养殖密度为16 g·L-1时生长较快, 氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的去除率为92.63%、61.91%和66.08%。在水流动状态下, 水力停留时间越短, 对三氮的综合去除效果较好, 水力停留时间为4 h时氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮去除率为55.79%、56.37%、58.50%。     

微生物燃料电池利用乳酸产电性能与微生物群落分布特征

【目的】为探讨以乳酸为基质的微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)产电性能以及微生物群落在阳极膜、悬浮液、阳极沉淀污泥中的分布特征,【方法】试验建立了双室MFC,以乳酸为阳极主要碳源,研究了反应器的启动过程及产电效能,同时以电镜和PCR-变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gelelectrophoresis,DGGE)技术解析了微生物群落的空间分布特征。【结果】结果表明,反应器启动第7天时外电压达到0.56 V,当外阻为80Ω时,电流密度为415 mA/m2,MFC的功率密度达到最大值82 mW/m2。电镜观察发现大量杆菌附着在阳极表面,结合较为紧密;DGGE图谱显示阳极膜表面微生物与种泥最为相似,与阳极悬浮液、底部沉淀污泥中的主要菌群一致,条带序列与睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)和布氏弓形菌(Arcobacter butzleri)等最为相似。【结论】本研究表明以乳酸为基质MFC可产生较高的功率密度,阳极附着的优势菌与接种污泥来源密切相关。     

无土栽培美人蕉等植物处理生活废水的研究

采用无土栽培美人蕉、蕹菜、水稻、野生稻处理生活废水 .结果表明 ,静态试验中 COD、T- N、T- P等污染物的平均去除率 ,4种植物处理比对照分别高出 8.7～1 9.8%、2 0 .3～ 66.6%、2 3.5～ 61 .7% .4种植物对污染物的去除能力为美人蕉、蕹菜 >水稻 >野生稻 .3级植物塘系统中污染物去除率分别为 BOD2 79.7%、COD 71 .1 %、T- N66.5%、T- P 60 .7% ,而人工土快滤与植物塘的复合系统中则为 BOD583.9%、COD79.3%、T- N64.8%、T- P40 .9% .     

自然曝气生物滤床去除二级污水处理厂尾水中酚类内分泌干扰物的应用

采用自然曝气生物滤床工艺对二级污水处理厂尾水进行深度处理。结果表明该工艺可在净化过程中创造良好的好氧环境,对尾水中悬浮颗粒物(SS)、化学需要氧量(COD)和氨氮(NH₄⁺)的去除效率分别可达76%、45%和77%。尾水中可检出不同程度的酚类内分泌干扰物,其中双酚A(BPA)、壬基酚(4-NP)、辛基酚(4-t-OP)、三氯生(TCS)和雌酮(E₁)的浓度在1～1639ng/L之间,未检出雌二醇(E₂)和炔雌醇(EE₂)。该工艺可显著削减上述有机微污染物的含量,去除效率分别可达49%、63%、78%、80%和46%。4-NP、4-t-OP和TCS的去除效率随水力负荷(HLR)减小而升高,E₁的去除效率不随HLR变化而变化,BPA的去除效率随HLR减小而下降,主要因为强疏水性有机物可在吸附竞争中降低疏水性较弱的有机物在系统中的吸附能力。     

微嗜酸寡养单胞菌EFS1的产电性能及在污水处理中的应用

【背景】微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)作为一种新型的燃料电池资源,在产电的同时可应用于污水处理领域,达到资源最大化的目的。【目的】从MFC中分离获得一株可培养微生物,研究其产电特性及在污水处理中的微生物絮凝、重金属耐受、苯酚降解性能,为扩展产电菌资源库提供理论基础。【方法】利用WO_3纳米探针从MFC阳极中筛选获得一株具备产电和絮凝性能的菌株,命名为EFS1。运用循环伏安分析结合扫描电镜观测阳极电极;改变外电阻测定极化曲线和功率密度曲线。测定菌株的絮凝、重金属耐受及苯酚降解性能。【结果】经16S rRNA基因序列分析,结合形态学和生理生化鉴定菌株EFS1为微嗜酸寡养单胞菌(Stenotrophomonas acidaminiphila)。菌株EFS1具有稳定的产电周期,周期电压最高可达300m V,功率密度可达56.25m W/m~2;扫描电镜发现菌株存在直接接触电极及分泌电子中介体传递电子的方式;MFC内阻为1 000Ω左右。有氧条件下菌株的絮凝率可达到70%,存在电子受体的无氧环境中可达到80%;该菌株还具有良好的Cd~(2+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)耐受性及苯酚降解性能,在48 h、2–4 mg/L时苯酚降解率达到了100%。【结论】研究验证了产电菌EFS1具备絮凝能力、重金属耐受、苯酚降解的可能性,为产电菌的开发及污水处理方面提供理论依据。     

pH值对微生物燃料电池处理生物废弃物的影响

以生物废弃物为底物,采用双室微生物燃料电池对生物废弃物进行处理,研究阳极液初始pH值对生物废弃物CODcr、TOC去除率的影响,以及对微生物燃料电池产电性能影响。实验结果表明,当阳极液pH值为6时,CODcr去除率达72.1%,TOC的去除率达44.5%,其输出电压最大为1.27 V,平均电压797 mV,最大功率密度达到136.6 mW/m2。     

白洋淀菹草对富营养化水体总磷的净化

利用白洋淀区域鲥鯸淀、王家寨和小淀3个淀区的水体、底泥和菹草组成室内静态的模拟生长体系,研究白洋淀菹草在不同水体及底泥环境下的生长状况,以及不同菹草生长体系对水体总磷的净化效果.结果表明:鲥鯸淀菹草生长体系对水体总磷的净化效果最佳,最大去除率为87.9%,单位生物量对水体总磷的最大去除率为2.2%;王家寨和小淀菹草生长体系对水体总磷的最大去除率分别为47.4%和76.9%,单位生物量对水体总磷的最大去除率分别为0.9%和1.4%.3个菹草生长体系的底泥对水体总磷吸附的最大百分比分别为9.1%、7.4%和7.7%.菹草生长体系的TP-t和v-t拟合方程表明,水体中总磷浓度及其去除速率随时间的延长以负指数形式衰减.