人工微生物脱氮过程中含水层堵塞问题的实验研究

微生物的生命活动往往会引起含水层堵塞，这一问题直接影响着人工微生物脱氮技术的推广和应用，为了寻求妥善的解决办法，笔者进行了大量的实验研究工作。本文就微生物堵塞问题的研究现状，堵塞机理以及含水层渗透系数随时间变化规律等予以阐述，以对今后的大面积推广提供一些参考。

碳源对人工微生物脱氮的影响研究

以易被反硝化细菌分解利用的葡萄糖为碳源 ,通过室内包气带土柱模拟实验 ,研究在不加入碳源、加入不同量的碳源等条件下人工微生物脱氮的效果 ,最后得出碳氮比为 1时 ,人工细菌治理硝酸盐污染既经济又有效。

包气带人工微生物反硝化除氮实验研究

利用土柱模拟农田污灌下的包气带环境，对人工微生物在包气带中反硝化作用除氮进行了研究。并讨论了脱氮机理。

人工微生物中的一种“感知—行为”模型

利用人工生命研究微生物种群特征和规律是人工智能发展的崭新领域。以人工智能的方法研究人工微生物的复杂系统,并从人工微生物个体的角度出发,研究并设计了一种"感知—行为"模型,该模型为"个体—群体"的复杂系统演变研究提供了一种新的思路和方法,为人工微生物种群的深入研究奠定了理论基础。

复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统产电性能和水质净化

人工湿地(CW)和微生物燃料电池技术(MFC)是两种具有潜力的环境技术,用于水污染治理和可再生能源生产。目前大部分研究主要针对上流式人工湿地-微生物燃料电池进行探索,很难用到实际的人工湿地上。主要以垂直流人工湿地为研究对象,研究复合垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的产电性能和水质净化作用。结果表明,在相同的垂直流CW-MFC系统中,产电性能和水体污染物的含量有一定的关系;在模拟自然的水流情况下,CW-MFC1阳极生物氧化产生的质子和电子迁移至CW-MFC2的阴极也能同其电子受体发生氧化还原反应,从而产生电压电流,且其电压高于单一垂直流CW-MFC系统;模拟自然情况下的CW-MFC系统对各项水质指标的去除都有不错的去除效果,其中磷酸盐和总磷的去除率为97.5%和97.9%,氨氮和总氮的去除率为86.4%和66%,COD去除率最低为36.5%,表明复合垂直流CW-MFC系统对水体污染物的去除起明显的效果。

人工湿地微生物燃料电池处理海水淡化浓盐水研究进展

综述了人工湿地耦合微生物燃料电池(CW-MFC)处理浓盐水的研究现状,分析了植物、微生物、电极、基质及运行环境等对CW-MFC处理效果的影响,总结了CW-MFC处理海水淡化浓盐水当前存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

人工湿地-微生物燃料电池处理废水的研究进展

介绍了人工湿地-微生物燃料电池系统的脱氮原理、净化多类废水(含铬废水、含酚废水、高盐度废水、抗生素废水及含氮废水等)的效能,总结利用人工湿地-微生物燃料电池的方法处理这几种废水的研究现状,并分析了影响人工湿地-微生物燃料电池处理效率的因素(水力停留时间、湿地植物与微生物、电极和温度等),最后分析其产电特征以期为人工湿地-微生物燃料电池系统在处理废水的应用中提供参考。

人工微生物多细胞体系在环境领域中的应用研究进展

综述了近年来人工微生物多细胞体系在环境领域的应用研究进展,概述了人工微生物多细胞体系的优势、构建与调控策略,重点介绍了其在废水处理、土壤修复、有机废物能源转化等方面的应用现状,并剖析了人工微生物多细胞体系在环境领域应用面临的挑战及未来的重点发展方向,包括基于微生物菌群相互作用与代谢网络设计构建复杂的人工多细胞体系,利用培养条件优化、劳动分工、群感效应、3D菌群结构设计与计算仿真技术等策略调控其组成与功能,提高其稳定性和环境适应性,以及开发基于人工多细胞体系的环境生物处理新技术新工艺.

人工构建微生物组对制革废水的氨氮去除及微生物组的对比变化分析

为探究复合人工微生物组对制革废水处理体系中微生物群落的影响,在传统的厌氧/好氧(A/O)污水处理工艺处理制革废水的基础上,投加微生物复合菌形成人工微生物组。利用复合人工微生物组强化废水处理,应用高通量测序技术测定各样品中的细菌16S rRNA V3-V4变异区序列,并对测序数据进行生物信息学分析、Alpha多样性分析以及物种组成分析。结果表明,投加微生物组后,化学需氧量(COD)和氨氮的处理效果得到提升,COD的去除率约为82.60%,氨氮的去除率约为99.47%。高通量测序结果表明,人工投加微生物组使得活性污泥中微生物群落丰度以及多样性提高,污染物降解功能菌占比有所提升,陶厄氏菌属(Thauera)成为其最主要的优势菌属。复合人工微生物组的投加对强化制革废水处理系统有一定潜力。

人工富集微生物技术对太湖梅梁湾水源地氮磷的去除研究

采用2种载体(PM和ACP)进行人工富集微生物的方法,来去除太湖梅梁湾水源地水中的氮磷污染物。通过研究不同的载体密度和水力停留时间对去除效率的影响,中试结果表明:当载体密度为13.1%,停留时间为7d,源水中ρ(TN)为2.95～6.41mg·L-1,ρ(NH4+-N)为0.49～3.31mg·L-1,ρ(NO2--N)为0.07～0.51mg·L-1,ρ(TP)为0.084￣0.25mg·L-1,ρ(PO4--P)为0.005～0.059mg·L-1的条件下,人工富集微生物技术对TN,NH4+-N,NO2--N,TP,PO4--P的平均去除率最高分别达到22.68%,57.08%,88.83%,45.36%,29.58%,可见利用人工富集微生物技术能有效去除水源地中的氮磷营养盐,对富营养化水源地水体的水质有明显的改善作用。

人工湿地微生物燃料电池阳极预制及应用研究

人工湿地微生物燃料电池(CW-MFCs)能实现有机废水处理和电能回收,输出功率密度和污染物去除效率是衡量其性能的关键指标。目前,燃料电池阳极挂膜慢、启动周期长等问题制约了其输出功率和污染物去除效果。该研究包括两方面内容:其一是以阳极生物膜为研究对象,探究了生物膜预制对微生物燃料电池产电性能的影响;其二是预制生物阳极构建微生物燃料电池,耦合人工湿地原理,组建CW-MFCs系统,应用于餐厨垃圾压缩水处理。结果表明:在恒压电化学选择压力下,阳极电化学活性菌可加速富集。恒压0.2 V预制6 d的阳极在电化学阻抗谱测试、输出电压、最大功率密度方面均优于对照组,恒压预制6 d的阳极可实现MFCs的迅速启动,且该预制阳极对应的MFCs的峰值电压以及最大功率密度分别是对照组的1.21倍和1.25倍。基于预制阳极构建的CW-MFCs系统应用于餐厨垃圾压缩水处理,水力停留时间为48 h时,出水化学需氧量、氨氮以及悬浮物的去除率可分别达到64.4%、50.8%和86.4%,系统最大输出功率密度为48.40 mW/m^(2)。

人工湿地微生物燃料电池强化脱氮研究进展

综述了氮素的去除机理和转移规律,从反应器构型和流态上总结了各种配置方式的特点和优缺点。介绍了微生物、植物、基质和电极等要素对系统脱氮的影响,归纳了温度、季节、水力停留时间、pH、碳氮比、溶解氧等运行参数变化对系统的作用。为人工湿地微生物燃料电池技术未来的发展和应用提供理论支持和研究方向。

人工湿地-微生物燃料电池性能优化研究进展

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)在提高传统人工湿地污染物去除能力的同时,还具有绿色产电的优势。在介绍CW-MFC工作机理的基础上梳理了该技术自诞生以来在污水处理和发电性能优化方面的研究历程。着重论述了系统的构造因子(电极材料及配置、分隔层、基质、植物、微生物)和运行条件(污水性质、有机负荷、水力停留时间、溶解氧、温度)的选择,指出该系统需要提高其氧化还原梯度,营造适合产电微生物扩繁的环境。在污染物处理方面该系统表现出较大的潜力,但其处理机理及后续生态风险防控还需深入研究。在未来应用阶段,可通过电化学手段进一步提高污染物去除效果,同时,利用自产电开发监测水质状况的生物传感器有着巨大的发展前景。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统构造条件优化

该文以菖蒲为湿地植物构建垂直流人工湿地-微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC),并将其应用于农药阿特拉津的降解,且基于响应面法优化系统构造条件。结果表明,响应模型可靠,拟合度较好,对阿特拉津去除率影响电极板占比>电极板间距>外接电阻。CW-MFC最优构造条件为电极板占比0.33、电极板间距20.89 cm、外接电阻987.1Ω。最优构造条件下CW-MFC的COD、TN、TP及阿特拉津去除率为93.8%、62.9%、96.3%和94.7%;电压、电流密度、功率密度及库伦效率为248.77 mV、0.08 mA/m^(2)、22.9 mW/m^(2)和0.243%。

人工湿地-微生物燃料电池耦合系统对农药处理效能的研究

本文构建了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统处理以阿特拉津为代表的农药,以了解该系统的农药处理效能及处理机理.结果显示,该系统对阿特拉津具有较好的处理性能.当阿特拉津浓度小于4mg/L时,系统的处理性能稳定保持在85%以上;当阿特拉津浓度为4mg/L时,系统产电性能最优,此时,系统输出平均日电压,最大功率密度及电流密度分别为284.4mV、19.64mW/m^(3)及46.09mA/m^(3).农药对系统微生物多样性的影响显著,而对微生物基因功能的影响不显著,对系统菌属的影响小于电场.系统优势菌门有变形菌门,优势电化学活性菌门有拟杆菌门和厚壁菌门;而降解农药优势菌门有放线菌门,优势菌纲有Alphaproteobacteria与Actinobacteria,优势菌属有Christensenellaceae_R-7_group.

微生物燃料电池型人工湿地去除抗生素的效能研究

考察了微生物燃料电池型人工湿地(MFC-CW)系统对不同浓度抗生素的去除效果和产电特性,以及不同共基质浓度对去除抗生素和产电的影响.结果表明,系统对磺胺甲恶唑(SMX)和四环素(TC)的去除分别以微生物降解和吸附为主.四环素具有较强的极性,进入系统后能够立即被填料稳定吸附.磺胺甲恶唑易随水流动,更容易被微生物降解.进水抗生素浓度越高,出水浓度越高,系统开路电压越低.同时,进水共基质浓度也影响MFC-CW对抗生素的去除效率和产电能力.随着系统共基质浓度的增加,系统开路电压和系统内阻逐渐增大,而系统库伦效率逐渐下降.由此表明进水抗生素浓度和共基质浓度都应控制在一定范围内,才能使系统在产电、抗生素降解方面达到优化平衡.

人工湿地微生物燃料电池对典型PPCPs的去除研究

医药品和个人护理品(PPCPs)是一类生物蓄积性强且难降解的化学物质,并能够随着自然界的物质循环不断迁移和转化,侵入自然水体并对动物和人类健康造成潜在威胁。以布洛芬(IBP)和双氯芬酸(DCF)为典型的PPCPs,探究CW-MFC装置对PPCPs的去除效果,并以葡萄糖(Glu)、蔗糖(Suc)、醋酸钠(Sa)3种不同有机物作为碳源与PPCPs进行共代谢处理。结果表明:稳定运行的CWMFC装置对IBP和DCF的去除率分别为95.02%和86.41%。IBP的添加对污水处理效能没有明显影响,而DCF对系统的净化效果起到了一定阻碍作用。共基质种类的不同对IBP和DCF的去除有影响,Sa和Suc由于其被微生物利用的难易程度的不同,对PPCPs和COD的去除都有不利的影响,以Glu作为碳源时,污染物的去除效果最佳。

植物对人工湿地-微生物燃料电池耦合系统去污及产电性能的影响

介绍了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)的分类,湿地植物对去除污染物和产电性能的有利影响和不利影响,以及CW-MFC植物的选择,并提出了进一步研究的方向。

微生物燃料电池型人工湿地去除四环素机理研究

四环素是一种重要的抗生素,广泛存在于自然水体中,对环境造成潜在危害。本文采用人工湿地(Constructed Wetland, CW)和微生物燃料电池型人工湿地(Microbial fuel cell -Constructed Wetland,MFC-CW)两种方式对四环素进行去除,试验结果显示:当MFC-CW运行稳定后,测定其电压为561±10 mV,并且持续保持稳定状态。最大功率密度为0.0572 W/m 2,对应电流密度为0.2675 mA/m 2,MFC-CW内阻为395.3Ω。CW和MFC-CW对COD Cr 去除率为别为85.1%和90.41%,出水中四环素浓度为分别为0.87~3.92 μg/L和 0.31~0.91 μg/L, MFC- CW较CW而言具有更高的污染物去除效能。

人工电活性微生物菌群的设计与应用

包括产电菌群和噬电菌群的人工电活性微生物菌群(synthetic electroactive microbial consortia)通过菌种间的物质能量级联反应介导化学能与(光)电能间的相互转化,其可利用底物来源广泛、双向电子传递速率快、环境稳定性强,在清洁电能开发、废水处理、环境修复、生物固碳固氮以及生物燃料、无机纳米材料、高聚物等高值化学品合成等多个领域具有广泛的应用前景。针对人工电活性微生物菌群设计、构建与应用,本文总结电活性微生物菌群界面电子传递和种间电子传递机制,概括基于“劳力分工”原理设计构建人工电活性微生物菌群物质能量级联反应基本架构,总结菌群关系与菌群生态位优化等人工电活性微生物菌群工程化策略,分类列举人工电活性微生物菌群在利用廉价生物质产电、生物光伏固碳产电,光驱噬电生物菌群固氮等相关应用。最后对人工电活性微生物菌群未来研究方向进行了展望。