微生物纳米导线的结构与功能:争议及进展

土壤胞外呼吸是驱动元素生物地球化学循环的引擎,而微生物纳米导线是实现土壤胞外呼吸的重要途径。微生物纳米导线是一类生长于微生物表面,可长达数十微米的具有导电性的纤维状结构。它直接作用于微生物与土壤矿物、产甲烷与甲烷氧化微生物间的电子传递,从而影响了土壤矿物的迁移转化及温室气体减排。Geobacter sulfurreducens是研究微生物纳米导线的模式微生物。长久以来,基于分子生物学实验证据表明,G.sulfurreducens纳米导线是PilA-N菌毛。而最近基于冷冻电镜技术的纳米导线结构分析发现,G.sulfurreducens实际上表达着各种形式的细胞色素c纳米导线。自此,关于“纳米导线本质”的问题成为学术界争论的焦点。以G.sulfurreducens纳米导线理论发展为主线,综述了不同时期对纳米导线结构与功能的认识,并系统分析了作为“纳米导线本质”争议的证据基础,将推动该争议的早日解决,并助力土壤胞外呼吸理论的成熟及微生物纳米导线的应用研究。

污泥脱水絮凝剂的研究进展及应用探索

活性污泥法是污水生物处理最广泛使用的工艺之一。作为活性污泥法的主要副产物,剩余污泥的高含水率特性容易造成运输困难、资源化利用成本高、热值降低等问题,因此需要对其进行脱水。絮凝法因操作简便、反应速度快、适用范围广、脱水效果好等优点而被广泛应用于污泥脱水。详细阐述了不同絮凝剂的分类、优缺点及相关絮凝机理,系统归纳了各类絮凝剂的制备策略及在污泥脱水中的应用探索,探讨了污泥脱水絮凝剂未来的发展方向,以期为今后絮凝技术在污泥脱水中的应用提供参考。

黄铁矿与硫粉配合提高污泥重金属的淋滤效果

通过接种嗜酸性硫杆菌复合菌株(氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌)并采用序批式试验,研究了黄铁矿与硫粉2种底物配合使用对污泥中重金属生物淋滤效果的影响.结果表明,2种底物配合可加速污泥中重金属(Zn, Cu)的浸出,显著提高其去除率.经过18d的生物淋滤,在2种底物配合并接种的处理中,Zn和Cu的去除率分别可达89.2%,56.5%;而在单独加黄铁矿并接种的处理中两者的去除率分别为12.0%, 0.9%;单独添加硫粉并接种处理中分别为85.2%,37.6%,进一步验证了生物淋滤技术去除污泥中重金属的可行性.

污泥中氧化亚铁硫杆菌的分离及其应用效果

以FeSO4 ·7H2 O为能源物质 ,采用 9K选择性培养基培养继以Leathen固体培养基平板接种法直接从污泥中分离出一株高度嗜酸的氧化亚铁硫杆菌 (Thiobacillusferrooxidans)菌株 .该菌株适应污泥环境速度快 ,易于驯化 .序批式试验法研究表明 ,接种该菌株进行污泥生物淋滤可有效溶出污水污泥中重金属 .经过 4～ 1 0d的生物淋滤 ,Cr、Cu、Zn的最高去除率可分别达到 80 %、1 0 0 %和 1 0 0 % .

生物淋滤技术在去除污泥中重金属的应用

利用微生物方法去除污泥中重金属 (生物淋滤法 )具有成本低、去除效率高、脱毒后污泥脱水性能好等优点 ,近年来在国际上备受关注。生物淋滤法采用的主要细菌为氧化亚铁硫杆菌 ( Thiobacillus ferrooxidans)和氧化硫硫杆菌( Thiobacillusthiooxidans) ,在其作用下 ,污泥中以难溶性金属硫化物被氧化成金属硫酸盐而溶出 ,通过固液分离即可达到去除重金属的目的。污泥的生物淋滤效果受温度、O2 和 CO2 浓度、起始 p H、污泥种类与浓度、底物种类与浓度、抑制因子、Fe3 +浓度等的影响。较为详细地介绍了生物淋滤法的作用机理及高效去除污泥中重金属的操作程序 ,并对其在环境污染治理方面的应用前景作了分析。

黄钾铁矾的生物合成与鉴定

利用氧化亚铁硫杆菌的生物催化氧化作用 ,在FeSO4 K2 SO4 H2 O体系中和常温常压条件下合成赭黄色的黄钾铁矾。借助SEM ,XRD ,FTIR ,ICP AES等方法对它的化学组成和结构进行了分析与表征。结果表明 ,Thiobacillusferrooxidans休止细胞可在 2天内将FeSO4 K2 SO4 H2 O体系中的Fe2 + 全部氧化为Fe3 + ,Fe3 + 在高浓度硫酸根、K+ 存在和酸性条件下水解生成赭黄色高铁沉淀 ,经鉴定为黄钾铁矾 ,其晶体粒径均匀 ,分散性好 。

嗜酸硫氧化菌株的分离及其在污泥生物脱毒中的应用

以元素硫为底物,采用选择性液体培养基加富培养继以稀释平板法直接从污泥中分离出一株嗜酸硫氧化菌株SS-3。该菌株能将硫粉或硫代硫酸盐氧化成硫酸或硫酸盐,但不能氧化二价铁。序批式生物淋滤试验结果表明,接种该菌株并添加硫作为底物可有效加速污水污泥中重金属的溶出。经过15d的生物淋滤,Cr,Cu,Zn的去除率可分别达到66 8%,95 4%,100%。

施氏矿物Schwertmannite的微生物法合成、鉴定及其对重金属的吸附性能

在K^＋缺乏的FeSO4-H2O体系（pH2．5）中，利用氧化亚铁硫杆菌对亚铁的生物氧化作用，合成了一种新型羟基硫酸高铁矿物Schwertmannite（施氏矿物）。借助扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶转换红外光谱（FTIR）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）等方法对其组成和结构进行了分析与表征，同时还对其重金属吸附性能进行了研究。结果表明，A．ferrooxidansLX5休止细胞可在2d内将在FeSO4-H2O体系中0．2mol·L^-1Fe^2＋全部氧化成Fe^3＋，溶液pH由起始的2．5下降至2．10，约有15％的Fe^2＋被转化成红棕色沉淀，余下85％的Fe^2＋氧化后以Fe^3＋形式存在于溶液中。鉴定结果表明合成的红棕色羟基硫酸高铁沉淀为施氏矿物。吸附试验表明，施氏矿物对重金属阳离子Cu^2＋，Zn^2＋与Cr^3＋的吸附受pH的控制，吸附率随pH的升高而增加，约在6．0～7．0时达到最大吸附率。当溶液中三种金属离子浓度为50mg·L^-1时，最大吸持率分别为99．3％，99．4％与87．6％。

生物淋滤法脱除城市生活垃圾焚烧飞灰中的重金属:底物浓度的影响

通过接种嗜酸性硫杆菌复合菌株(氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌)并采用序批式试验,研究了底物浓度(硫粉投加比例)对城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属生物淋滤脱除效果的影响.结果表明,5g/L的硫粉投加比例对重金属的去除与底物利用最为有利.在此条件下淋滤处理飞灰15d,Cd、Zn、Cu、Pb的去除率分别可达到89.7%、81.8%、72.6%、29.3%,硫粉的利用率达到65.2%.TLCP毒性试验表明,飞灰的重金属毒性被有效脱除.飞灰中重金属的去除或溶出主要依赖于硫杆菌生物氧化S0所导致的浆液酸化.

污泥与猪粪作为培养基微生物去除垃圾焚烧飞灰中的重金属

以污泥或猪粪代替常规的无机盐(SM)作为A.ferrooxidans和A.thiooxidans复合菌株的培养基,利用微生物淋滤法去除垃圾焚烧飞灰中的重金属.结果表明,重金属去除率大小顺序为:污泥+菌液>SM+菌液>猪粪+菌液.污泥+菌液的处理中,经过15d的微生物淋滤,Cd、Zn、Cu去除率最高分别达到88.1%、78.7%、69.6%,而猪粪+菌液的处理,3种金属的去除率分别为82.4%、73.5%、60.0%.试验也表明,相同浓度的猪粪DOM对硫杆菌复合菌株的抑制作用远大于污泥DOM.当污泥DOM和猪粪DOM中水溶性有机碳浓度分别高于400mg/L和150mg/L时,就表现出对硫杆菌的不可修复的抑制作用.猪粪DOM中小分子量组分较多是造成这一现象的主要原因.

Tween-80对生物淋滤法去除垃圾焚烧飞灰中重金属的影响

通过接种氧化硫硫杆菌和序批式培养试验,研究了不同浓度表面活性剂Tween-80对飞灰生物淋滤过程中重金属溶出的影响.Tween-80的作用表现为:低质量浓度促进,高质量浓度抑制,最佳质量浓度约为1.5 g/L.ρ(Tween-80)为1.5 g/L时可显著提高元素硫的生物氧化速率,加速飞灰浆液的酸化,从而提高飞灰中重金属的溶出(去除)率.但是当ρ(Tween-80)超过3.0 g/L时,将对硫杆菌的生长与增殖产生抑制甚至毒害效应,使生物淋滤反应不能顺利进行.结果表明:在常规的飞灰生物淋滤处理中添加1.5 g/L的Tween-80,经过15 d的淋滤,Cd,Zn,Cu与Pb的去除率最高分别达到87.1%,81.8%,72.3%与31.9%;而不加Tween-80的对照组,4种重金属的去除率分别为84.0%,74.4%,67.5%与27.1%.

污泥生物淋滤过程中黄铁矾对重金属离子的吸附与共沉淀作用的模拟研究

生物淋滤处理可加速污泥中重金属（Zn,Cu和Cr）的溶出.但在淋滤后期,约有31%的已溶出的Cu^2＋被重新固持.并且,Cu^2＋浓度的再次下降与Fe^3＋沉淀形成黄铁矾的反应在时间上具有同步性.为阐明Cu^2＋固持机理,文章利用氧化亚铁硫杆菌的生物催化氧化作用,模拟生物淋滤环境在纯体系合成了黄铁矾.吸附试验表明,在pH 2.0～2.5的范围内（污泥生物淋滤过程中重金属溶出范围）,黄铁矾对10 mg·L^-1Cu^2＋（该浓度与供试污泥生物淋滤中的Cu^2＋浓度相近）的吸附率低于9%,不能完全解释Cu^2＋的重新固持现象.共沉淀试验表明,Cu容易与黄铁矾形成共沉淀而掺入矿物的晶格.当Cu^2＋为10 mg·L-1时,约有44.6%的Cu^2＋与黄铁矾产生共沉淀而进入固相.可以认为,Cu与黄铁矾的共沉淀效应,是导致污泥生物淋滤后期Cu^2＋浓度再次下降的主要原因,黄铁矾对Cu^2＋的吸附只起极小的作用.

制革污泥中铬的生物脱除及其对污泥的调理作用

构建了一个以70L生物淋滤反应器为主体的制革污泥生物除铬的工艺.实际运行结果表明,采用特异的硫杆菌TS6,反应6d,制革污泥中Cr溶出率可达到87 4%.随后进行的污泥沉降与离心脱水试验表明,生物淋滤具有显著的污泥调理功效,显著提高污泥沉降与机械脱水性能.生物淋滤处理的污泥,经12h的静置沉降,污泥体积可减少57 2%,并且无需添加任何絮凝剂,即可取得良好的机械脱水效果.生物淋滤处理导致的污泥体系pH的下降与Fe3+浓度的上升可能是污泥沉降与脱水性能得以改善的主要原因.

利用嗜酸性硫杆菌去除制革污泥中铬的研究

本研究采用嗜酸性硫杆菌 (Thiobacillusferrooxidans和Thiobacillusthiooxidans)并添加S粉为能源物的生物淋滤技术应用于制革污泥中铬的去除 (溶出 ) .序批式试验结果表明 ,淋滤处理 8d ,Cr的溶出率可高达 10 0 % (污泥中铬的原始浓度为14 5 19mg/kg) .在能源物各种投加比例中 ,以 4 g/L的投加比例较好 .研究表明 ,生物淋滤法去除制革污泥中铬主要是通过嗜酸性硫杆菌的新陈代谢使介质酸化而实现的 .生物淋滤作用导致介质 pH下降到 2 0 ,是使制革污泥中铬大量溶出的一个临界点 ,在 pH低于这个临界点时 ,污泥中铬去除率才可迅速达到 80 %～ 10 0 % .这为重金属含量高的废弃物处理展示了一条全新的途径 .

水热炭化制备污泥生物炭的碳固定

采用水热炭化法将市政污泥与印染污泥在不同的水热温度下制备成生物炭,并着重分析了污泥生物炭的碳固定指标与水热温度的关系。结果表明,污泥泥质和水热温度对生物炭碳固定特性影响明显。市政污泥的水热炭化以脱羧为主,而印染污泥则以脱水为主。随着水热温度升高,两种生物炭中碳元素含量、炭产率和碳回收率均下降,但市政污泥生物炭中稳定碳的含量及其产率增加,稳定性提高,而印染污泥则呈现相反的变化趋势。这一结果指出,市政污泥生物炭的碳固定性能明显优于印染污泥,并且应进一步研究不同污泥泥质特征与炭化碳固定效果的关系。

微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展

胞外呼吸是近年来发现的新型微生物厌氧能量代谢方式,主要包括铁呼吸、腐殖质呼吸与产电呼吸3种形式。微生物胞外呼吸与传统的有氧呼吸、胞内厌氧呼吸存在显著差异。其电子受体多以固态形式存在于胞外;氧化产生的电子必须通过电子传递链从胞内转移到细胞周质和外膜,并通过外膜上的细胞色素c、纳米导线或自身产生的电子穿梭体等方式,最终将电子传递至胞外的末端受体。胞外呼吸的本质问题是微生物与胞外电子受体(铁/锰氧化物、固态电极或腐殖质等)的相互作用,即微生物如何将胞内电子传递至胞外受体。胞外呼吸的研究丰富了人们对微生物呼吸多样性的认识,同时在污染物原位修复及清洁生物能源提取方面具有重要应用前景,是当前研究的热点问题。总结了胞外呼吸类型和胞外呼吸菌的多样性,重点阐述了胞外呼吸的电子传递过程,并提出了其应用前景及今后的研究方向。

堆肥处理对污泥腐殖物质形态及其重金属分配的影响

采用透析、凝胶色谱 (SephadexG 75 )研究了污泥堆肥前后腐殖质分子大小的变化及重金属Cu和Zn在各级组分中的分配。透析结果表明 ,污泥经过堆腐以后 ,腐殖质中小分子物质 (<10 0 0Da)组分的含量下降 6 4 % ,而相对高分子组分 (>2 5 0 0 0Da)却增加了 6 8%。凝胶色谱进一步证实 ,污泥经过 4 9d堆腐后 ,腐殖质中大于 2 0 0 0KDa的大分子组分是堆肥起始时的2 3倍。而小分子组分明显减少 ,表现在小分子组分的凝胶洗脱体积明显减少。堆肥腐熟以后 ,腐殖质吸附的Cu、Zn元素含量增加 ,其中Cu主要被吸附在大分子物质上 。

水热炭化终温对污泥生物炭产量及特性的影响

以市政污泥为原料,采用水热炭化法制备生物炭,研究水热炭化终温对生物炭产量及特性的影响,着重分析不同水热炭化终温(150~330℃)下生物炭的产率、工业成分、元素组成、重金属质量分数及表面官能团的变化。结果表明:随着水热炭化终温的增大,生物炭的产率从75.8%下降至60.6%,水分、挥发分分别从2.64%与23.62%下降至0.68%与12.57%,灰分从69.59%上升至82.50%,固定碳在3.67%~5.05%波动;N、O、C的质量分数下降,相对污泥分别减小46.4%~64.0%、39.2%~88.0%、24.5%~51.3%,H的则先下降后上升,减小3.3%^-27.6%;OH、C―H和C=C官能团逐渐降解,原子比n((O+N)/C)和n(O/C)下降,n(H/C)上升,芳香性和极性降低,水热炭化进程趋于脱水还原降解反应。生物炭中Zn、Pb、Cu、Cr的质量分数随水热炭化终温的增大而增大,Ni、Cd、As、Hg的则呈现出不一致的变化规律;相对污泥,Zn、Pb、Cu、Cr、Cd的质量分数分别增加14.5%~49.4%、39.1%~82.6%、28.5%~73.4%、7.2%~64.5%、53.8%~88.9%,Hg的减少20.5%~83.1%,Ni和As的则增减不一。

腐殖质呼吸作用及其生态学意义

腐殖质呼吸是厌氧环境中普遍存在的一种微生物呼吸代谢模式。自1996年发现以来,日益成为生态学与环境科学领域的研究热点。在厌氧条件下,一些微生物能以腐殖质作为唯一电子受体,氧化环境中的有机质或者甲苯等环境有毒物质,产生CO2,参与碳循环;同时,腐殖质呼吸作用产生的还原态腐殖质可以还原环境中的一些氧化态物质,如Fe(III)、Mn(IV)、Cr(VI)、U(VI)、硝基芳香化合物和多卤代污染物。因此,腐殖质呼吸能够影响环境中C、N、Fe、Mn以及一些痕量金属元素的生物地球化学循环,并且能够促进重金属以及有机污染物的脱毒,在水体自净、污染土壤原位修复、污水处理等方面具有积极作用。

微生物转化污泥制备苏云金杆菌生物杀虫剂

以城市污水处理厂的污泥为原料,探索了微生物转化污泥制备苏云金杆菌生物杀虫剂的可行性,并与常规培养基的发酵进程进行了对比.主要考察了苏云金杆菌的代谢特征、菌体形态与杀虫晶体蛋白产量.研究表明:无需任何预处理工序,污泥所含营养成分即可基本满足苏云金杆菌生长需求,且增殖较快,24h即可达活菌数与活芽孢数的最大值:9.48×108CFU.mL-1和8.51×108CFU.mL-1,比常规培养基提前12h,数量分别提高17%和21%;36h SEM表征显示,污泥中晶体与芽孢大部分游离,且晶体较大,呈规则的菱形,而常规培养基中苏云金杆菌的代谢进程相对滞后,且晶体较小;至发酵终点污泥中杀虫晶体蛋白含量为2.80 mg.mL-1,亦略高于常规培养基.采用污泥发酵制备苏云金杆菌生物杀虫剂大大降低了生产成本,且发酵性能优良,为污泥处置开辟了崭新途径.