自然生物膜对水体中罗丹明B的净化与响应

以RhB(RhodamineB,罗丹明B)为模型染料,研究了自然生物膜对RhB的去除,并分别使用Biolog和PLFA(磷脂脂肪酸)为技术手段和指标,探究RhB的存在对自然生物膜微生物群落结构和微生物碳源利用多样性的影响.结果表明,第1天自然生物膜对水体中RhB的去除率为29.2%,之后几天的平均去除率降至3.9%左右;在测试期内RhB的总去除率达到68.6%.PLFA测定结果表明,RhB使自然生物膜中的PLFA总量减少了52.23%,其中细菌、真菌和放线菌的数量分别减少了75.81%、67.03%和100%.Biolog测定结果表明,低质量浓度的RhB降低了自然生物膜中微生物群落对碳源的利用能力,改变了生物膜微生物群落对31种碳源的利用情况,但RhB并没有对自然生物膜的微生物结构造成完全的破坏.综上,自然生物膜作为一种自然水体中自生的微生物聚集体具有显著的生态学意义,其对低质量浓度的RhB具有一定的净化作用,但是RhB的存在也会对自然生物膜的结构和功能产生影响.

磷在“沉积物-自然生物膜-上覆水”三相体系中的迁移转化

地表水体中沉积物表面通常会附着一层自然生物膜,对上覆水-沉积物界面化学物质的迁移转化有着重要的影响.以往研究往往会忽略这一生物层面,因而,开展磷在"沉积物-自然生物膜-上覆水"三相界面之间的迁移转化研究具有重要的实际意义.以软性填料表面形成的自然生物膜模拟沉积物表层以及悬浮颗粒物表层的自然生物膜,开展磷在沉积物-自然生物膜-上覆水之间的迁移转化过程研究.结果表明:有无曝气情况下,自然生物膜界面的存在均能够显著降低上覆水中总磷、溶解态总磷、溶解态无机磷的含量,明显抑制沉积物中可交换态磷向上覆水释放.研究证明自然生物膜在水体磷的迁移转化中起着不可忽视的作用,在研究沉积物-上覆水界面之间磷的迁移转化行为时,要充分考虑自然生物膜界面的存在.

植物-自然生物膜浮床在水体修复中的应用

植物浮床技术、自然生物膜修复技术是水体原位修复的有效措施,在此基础上发展起来的植物-自然生物膜复合生态浮床技术是当前研究的热点之一。该文综述了植物浮床技术、自然生物膜修复技术的原理和研究现状;阐述了植物-自然生物膜复合生态浮床技术中复合浮床的制备、自然生物膜的固定化技术路线以及植物和自然生物膜协同修复机理;植物自然生物膜复合生态技术是一种具有很好应用前景的原位修复技术。

自然生物膜对面源污水中氮磷去除的研究进展

面源污染负荷在一些区域已经成为地表水体的第一大污染源,如何有效削减污染水体中氮磷污染负荷已成为重要科学问题之一。自然生物膜是生长在淹水固体表面的微生物群落及其与周边非生物物质交织在一起的聚集体,广泛分布于水土界面环境中,具有很强的环境适应性,能有效去除水相中的污染物,因此,近些年被广泛应用于污水净化。综述了自然生物膜去除氮(反硝化、吸收、氨挥发和吹脱)和磷(吸收降解、吸附、共沉淀)的机制,并探讨了其影响因素;总结了近年发展迅速的新型功能材料耦合自然生物膜提升氮磷去除效率的主要进展。最后,展望了将自然生物膜与不同类型生态工程相结合并应用于大尺度污染水体净化与生态修复的前景。该综述可为自然生物膜及其类似微生物聚集体净化污水以及自然生物膜群落结构优化和功能化研究方面提供理论参考。

高浓度氮磷对自然生物膜群落功能和结构的影响

自然生物膜在生态工程污染物的去除中发挥十分重要作用,但是很少有关于高浓度氮磷水体与自然生物膜之间关系的研究。使用Biolog和磷脂脂肪酸技术来研究生物膜对高浓度氮和磷的反应,主要从生物膜微生物群落组成和微生物利用碳源利用的多样性角度进行探究。结果表明,对于不同富营养化状态,生物膜在微生物群落结构组成和功能多样性方面的反应不同。添加高浓度氮磷侵扰27 d后,仅影响了生物膜局部微生物群落结构,其中细菌中的G-为优势菌群,对于局部群落结构组变化影响较大。添加高浓度氮磷侵扰38 d后,随着氮磷浓度的增加,生物膜微生物对碳源利用能力提高。处理组碳源利用的微生物易于与对照组区分,但是处理组间对碳源利用能力相似。碳源的优先利用顺序依次为氨基酸、羧酸、糖类、多聚物、酚酸和胺类。其中对羧酸和多聚物的利用不同导致对照组与处理组对碳源利用能力的差异。

不同金属离子对稻田自然生物膜磷酸酶活性的影响

以稻田自然生物膜为研究对象,研究不同浓度金属离子对生物膜酸性和碱性磷酸单酯酶(ACPase和ALPase)活性与酶反应动力学参数的影响。发现K^+和Na^+在0~1.0 mmol/L浓度下均对ACPase和ALPase无明显影响,Ca^(2+)和Mg^(2+)对ACPase和ALPase活性均有激活效应,可使磷酸酶活性最大提高14.1%和46.7%;Zn^(2+)、Cu^(2+)、Mn^(2+)、Al^(3+)和Ag^+对ACPase和ALPase活性均有抑制作用。Co^(2+)在低浓度时对ACPase和ALPase活性有一定的激活作用,高浓度时变为抑制作用;Cr^(6+)在0.1 mmol/L时对ACPase活性有促进作用,而在离子浓度0.25~1 mmol/L的范围内,均对ACPase活性产生抑制作用。通过酶反应动力学分析发现,Mg^(2+)的加入使ACPase与底物的亲和力与催化效率增强,Cu^(2+)对ACPase和ALPase的抑制作用主要是非竞争性抑制作用,Zn^(2+)虽然提高ACPase与底物的亲和力,但是降低了ALPase与底物的亲和力与催化效率。金属离子对酶活性的影响因金属离子种类、浓度和磷酸酶类型而异,主要通过与酶活性位点或底物结合,改变酶的活性、对底物的亲和力,以及影响酶基因的表达等实现的。研究结果将为评估自然生物膜在稻田磷的生物地球化学循环中的作用,以及稻田受重金属污染的可能风险提供理论依据。

自然生物膜对水体中磷浓度的影响研究

以BG11营养液为水源,弹性填料为人工基质培养自然生物膜,设计对比实验,研究生物膜对沉积物磷释放的影响及生物膜作用于该过程的主要机制。随着培养时间的延长,水体中各形态磷浓度均有不同程度的上升,并呈现明显的垂直分布特征;生物膜干重呈对数上升(R2=0.9544),且与水体中的总磷浓度呈负指数相关(R2=0.7192);生物膜中磷的解析实验中,溶液中正磷酸盐浓度随时间变化呈对数上升(R2=0.8769)。自然生物膜对水体中的磷有较强的吸附能力和去除效果,且主要作用机制是吸附,磷的迁移转化及最终归宿都要受到生物膜的影响。

光照下自然水体生物膜产生 H2O2及其对十二烷基苯磺酸钠降解的影响

通过模拟实验研究了不同活性的自然水体生物膜在光照条件下生成过氧化氢(H2O2)的反应.并研究了光照对自然水体生物膜体系中十二烷基苯磺酸钠(SDBS)降解的影响,结合无生物膜H2O2溶液中SDBS的降解实验,验证了H2O2对SDBS降解的作用.结果表明,具有生物活性的生物膜可以生成H2O2,而无活性和光合作用受到抑制的生物膜则不能生成H2O2;光照条件下,生物膜体系中SDBS的降解量明显高于无光照条件下的;光照和Fe2+对H2O2降解SDBS有促进作用.

重金属在自然水体生物膜上的竞争吸附

研究了用长春南湖培养的生物膜吸附重金属过程中镉、钴、铅、镍和铜5种重金属两两共存及5种金属共存时金属间相互影响的情况. 结果表明, 自然水体生物膜对镉、钴、铅、镍和铜吸附时, 金属两两之间相互干扰, 使生物膜对重金属的吸附量有所降低, 其中镍和钴之间的相互作用最显著. 在5种金属共存时, 金属之间影响增大, 但小于两两金属干扰强度的叠加; 而且生物膜对金属的选择性吸附顺序与金属单独存在时生物膜对它们的吸附顺序一致.

自然水体生物膜上铁氧化物含量对生物膜吸附镉特性的影响

利用长春南湖水培养生物膜,研究自然水体生物膜上铁氧化物的含量变化对生物膜吸附镉动力学、热力学的影响.结果表明,在自然水体生物膜吸附镉的过程中,生物膜对镉的吸附随生物膜上铁氧化物的含量呈规律性变化.

自然水体生物膜对苯酚及对硝基苯酚的热力学吸附

利用长春南湖水体培养生物膜,研究自然水体生物膜对苯酚及对硝基苯酚的吸附特性及pH值对生物膜吸附苯酚及对硝基苯酚的影响.结果表明,Freudlich方程、Langmuir方程均能较好地描述生物膜对苯酚及对硝基苯酚的吸附.生物膜吸附苯酚、对硝基苯酚的过程中表现出对酸、碱的缓冲能力,具有两性表面特性.生物膜对苯酚的吸附在pH=5-9范围内,随pH值的升高而增加,生物膜对对硝基苯酚的吸附随pH值的升高而减小.溶液中pH值的变化,改变了酚类化合物的存在形态,从而影响生物膜对酚类的吸附.

镉在自然水体生物膜生长过程中的积累

利用长春市内南湖水和伊通河段河水于实验室内培养生物膜 ,通过水中掺杂镉 ,研究镉在生物膜上积累的动力学过程。结果表明 ,当镉的初始浓度为 0 0 0 5mg/L时 ,镉在生物膜上的累积量呈规律性增长 ,并与膜上铁、锰氧化物的含量呈显著的相关性。

自然水体生物膜上有机质的表征

用测定化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)表征自然水体生物膜上有机质含量,利用方差分析对COD和TOC之间的关系进行了探讨.结果表明,时间因素对于生物膜上COD/TOC值影响不显著,深度因素在一定范围内对其影响亦不显著,因而认为,在一定范围内COD/TOC值恒定,均可以用COD和TOC表征自然水体生物膜上有机质的含量.

自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物的萃取分离

采用选择性萃取分离技术对自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物进行萃取分离研究,考察该技术的适用性.参考人工培养生物膜的萃取方法,分别用NH2OH·HCl和Na2S2O4为萃取剂选择性萃取生物膜上的锰氧化物和铁、锰氧化物.实验中分别依次只改变萃取剂浓度、萃取液酸度或萃取时间,保持其它两个因素不变,分别考察这三个因素对萃取效果的影响,从中选出对铁、锰氧化物萃取率高而对有机质影响小的条件为最佳条件.用选定的最佳条件对不同时间和地点采集的生物膜进行萃取,发现对目的组分的萃取率可达70.8%～94.6%,而对非目的组分的影响很小(3.3%～11.0%),满足萃取分离的要求.这说明选择性萃取技术可以广泛应用于自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物的萃取分离.

自然水体生物膜形态对其生成H_2O_2与降解十二烷基苯磺酸钠的影响

分别在光照和无光条件下,通过模拟实验考察不同活性(有活性和无活性)和不同形态(聚集态和分散态)的自然水体生物膜生成H2O2并降解十二烷基苯磺酸钠(DBS)的规律和机理.结果表明:具有生物活性的自然水体生物膜在光照和无光条件下均能生成一定量的H2O2;生物膜的形态影响H2O2生成和DBS降解,其中聚集态生物膜H2O2生成量相对较多,DBS降解较少;光照促进生物膜生成H2O2,进而促进DBS降解.

聚丙烯酸对自然水体生物膜吸附镉的影响

选择聚丙烯酸(PAA)为水中溶解态高分子天然有机质的代表,研究了PAA对自然水体生物膜吸附重金属Cd的影响,包括不同浓度的PAA对吸附的影响,PAA对特定pH下吸附等温线的影响以及不同pH下按不同顺序添加PAA时对吸附的影响.研究结果表明,PAA的存在一般会降低生物膜对Cd的吸附,其影响程度与PAA的浓度、溶液pH、吸附顺序及生物膜厚度等有关.PAA与Cd的浓度比越高,其对吸附的影响越显著.吸附溶液pH越高,PAA的影响越显著.吸附顺序对吸附的影响在pH较低时不明显,当pH较高时,先加PAA后加Cd及两者同时吸附时对吸附的降低作用接近且较大,先加Cd后加PAA时对吸附的降低作用相对较小.生物膜较薄时PAA的影响更显著.PAA对生物膜吸附Cd的影响主要由PAA与生物膜之间对Cd的竞争以及三元表面配合物的生成与吸附2种因素共同决定.高pH会促进PAA与Cd的配合而不利于带负电的配合物在生物膜上的吸附.

自然水体生物膜体系中过氧化氢浓度的影响因素

以过氧化氢（H2O2）为自然水体生物膜产生的活性氧（ROS）的代表,通过模拟实验,研究了水-自然水体生物膜体系中光/暗变化、生物膜的避光预处理与数量、有机配体和p H值对体系中H2O2浓度的影响.结果表明,光照可快速增加体系中H2O2浓度,光照转为无光时体系H2O2浓度下降（约为光照时的2/3）;避光预处理会显著降低体系中H2O2的产生速率和浓度;生物膜数量的增减会导致体系H2O2浓度的相应增减;有机配体的存在会使体系内H2O2浓度下降（约1/2~1/3）;p H=7和5的体系中H2O2的浓度高于p H=9的体系（高出约1.5倍）.上述各因素主要通过影响生物膜生产H2O2、H2O2自然分解和生物膜去除H2O23种作用来影响体系H2O2浓度.

周丛生物在土水界面碳氮磷元素迁移转化中的作用

生长在淹水固体表面和土水界面之间的周丛生物由微藻、真菌、细菌等微生物群落和胞外聚合物等物质组成,它们能够相互作用形成更复杂的微生物聚集体,具有生态稳定性,直接影响土-水界面之间的物质循环、能量流动和信息交换。以“periphyton”“periphytic biofilm”“周丛生物”和“周丛藻类”等作为主题检索词,在Web of Science(WOS)数据库和中国知网平台(CNKI)检索2019-2023年相关文献,并通过VOSviewer软件进行共现分析。结果表明,目前关于周丛生物的研究主要集中在其对河流、湖泊、稻田等浅水生态系统中氮磷迁移转化的影响及其调控机制等方面,对碳循环的影响研究相对较少。重点总结了周丛生物对碳氮磷生源要素迁移转化的作用及其机制,并在此基础上提出结合同位素分析等手段研究周丛生物对碳固定和矿化等方面的研究展望。

自然水体生物膜及其对常规重金属吸附的基本特性研究

论述了海藻生物膜生物吸附重金属的研究,阐明生物吸附金属离子技术的特性。同时探讨了重金属 吸附的机理和特性,阐明了其吸附过程符合动力学方程、符合log Ce=logk+(n-1)10gt,其中k,n为常数。

自然水体中生物膜对苯胺的吸附作用研究

研究了自然水体生物膜吸附苯胺的特性,以及溶液pH、生物膜用量、溶液初始浓度对吸附效果的影响.实验结果表明:当pH值为8,生物膜的量为2.0g时生物膜吸附苯胺的效果最好.Langmuir方程,Freundlic方程均表明:天然生物膜对苯胺具有一定的吸附能力.