低浓度铀污染地下水的生物还原矿化修复研究进展

随着核能资源的开发利用,低浓度铀污染地下水引起的环境问题日益突显,如何高效低耗地处理低浓度铀污染地下水成为当今的研究热点。生物还原和生物矿化是修复低浓度铀污染地下水的2种有效方法,而相关研究主要集中在单一机制上,生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的研究还缺少系统报道。文章简述了生物还原和生物矿化的机制、参与微生物以及反应产物的稳定性,论述了生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的优势、作用机制,同时从微生物和环境因子2个方面总结了耦合机制修复低浓度铀污染地下水的影响因素,提出生物还原耦合生物矿化修复低浓度铀污染地下水的强化方法,并对该技术的应用前景进行了展望。

土著菌群介导下多机制协同治理铀污染水体

为提高铀污染地表水的修复效率,本实验以甘油磷酸钠为外加磷源,研究了土著菌群介导下铀污染地表水的微生物协同修复机制。结果表明,仅用60 h,铀的去除率即可达到96.3%,且随着时间的延长铀的去除率增高、解吸率降低。固铀过程可分为2个阶段:第1阶段,可溶性U(Ⅵ)附着在细胞表面,为U(Ⅵ)矿化物的形成提供初始成核位点;第2阶段,U(Ⅵ)-磷酸盐矿物在细胞内外以变钾铀云母K(UO_(2))(PO_(4))·3H_(2)O的形式出现,U(Ⅵ)也被还原成U(Ⅳ),固铀产物为结晶态的UO_(2),稳定性明显提高。该菌群的组成为unclassified_f_Enterobacteriaceae(53.15%)、lysinibacillus(42.05%)、dysgonomonas(2.79%)、citrobacter(1.13%)、petrimonas(0.88%)。本研究对于促进U(Ⅵ)的固定化与产物的稳定性具有重要意义,对于铀废水的原位修复更具有实际意义。

两株好氧氨氧化菌(AOB)的分离纯化及菌属鉴定

在生物脱氮过程中,好氧氨氧化细菌（ AOB）发挥重要作用.本研究通过梯度稀释培养、平板划线分离进行AOB分离纯化,获得两株氨氧化能力较强的AOB菌株A2和A7,它们能将培养液中的大部分氨氮氧化.对A2和A7菌株进行革兰氏染色,并通过光学显微镜及扫描电镜观察细胞形态,发现A2和A7均为革兰氏阴性菌,细胞呈杆状,长为1~1.5μm,宽约0.5μm.生理生化实验表明,A2和A7属于自养微生物,不能利用有机碳源.系统发育分析表明,A2和A7均为亚硝化单胞菌（ Nitrosomonas）.

铀胁迫对香根草生理生化指标的影响

采用水培方式研究了不同质量浓度(0、0.1 mg/L、1 mg/L、5mg/L、10 mg/L、20 mg/L)铀胁迫下香根草光合色素质量比、可溶性蛋白质质量比、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT)活性、非酶物质(非蛋白巯基NPT、谷胱甘肽GSH和植物络合素PCs)含量的变化。结果表明,铀质量浓度为0.1 mg/L和1 mg/L时,可促进香根草光合色素和可溶性蛋白质质量比的增加,但随铀质量浓度增加,光合色素和可溶性蛋白质质量比逐渐下降。铀胁迫诱导香根草体内MDA含量、POD活性和CAT活性呈明显升高的趋势,SOD活性则表现为逐渐下降的趋势。不同质量浓度铀胁迫对香根草根部NPT、GSH和PCs含量无明显影响,铀质量浓度为0.1 mg/L时香根草根部NPT、GSH和PCs含量略有增加;随铀胁迫质量浓度增加,叶片内GSH含量逐渐下降,NPT和PCs含量则逐渐升高。

基于短程硝化工艺的垃圾渗滤液脱氮处理研究进展

垃圾填埋时间达5 a以上便产生"中老龄"垃圾渗滤液,由于该类废水氨氮浓度较高,无机离子浓度高,C/N较低,是目前普遍认为的难降解废水。总结了该类垃圾渗滤液的水质特点,介绍了短程硝化-反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化新型生物脱氮工艺的原理与优势,即可以在提高脱氮效率的同时显著降低运行成本。此外,对新型生物脱氮工艺应用于垃圾渗滤液脱氮处理的国内外现状进行了总结。目前,国内将其应用于"中老龄"垃圾渗滤液处理方面的研究较少,具有很大的潜力,在对处理效果、最佳运行条件和反应机理等方面都有待深入研究。

细胞融合技术及其在构建水处理工程菌中的应用

为探讨细胞融合技术在构建水处理工程菌中的应用,从细胞融合的原理与发展史、常用细胞融合方法及细胞融合的最新进展等方面对细胞融合技术进行了介绍。比较分析了常用的病毒法、化学试剂法、电融合、激光融合、灭活原生质体融合等方法的原理、优缺点,介绍了最新发展起来的基于微流控芯片、高通量细胞融合芯片以及离子束的细胞融合技术。通过对原生质体融合技术在含氯、聚乙烯醇(PVA)、重金属等其他废水的处理研究实例探讨,展示了细胞融合技术在构建水处理工程菌中的应用前景,并对融合菌应用中存在的问题进行了分析,为利用细胞融合技术构建水处理工程菌提出了发展方向。

人工菌群修复铀污染地下水的模拟

基于功能互补原则,采用“自下而上”的配菌法,将硝酸盐还原菌(NRB)、硫酸盐还原菌(SRB)及异化铁还原菌(FeRB)等比例混合,构建人工菌群并探讨其修复铀(U)污染地下水的效果与作用机制。模拟实验结果表明:在pH=7.2、25℃、U(Ⅵ)初始浓度为20.0 mg/L的铀污染地下水中,人工菌群对溶液中U(Ⅵ)的去除率比单菌提高了20%~35%。人工菌群的固铀过程分为三阶段:首先微生物将溶液中的U(Ⅵ)吸附固定于菌体表面,同时NRB将NO_(3)还原,为U(Ⅵ)的还原创造有利条件;然后SRB、FeRB同步还原U(Ⅵ)、SO^(2)_(4);最后FeRB等微生物促进非结晶态U(Ⅳ)转化为UO_(2),提高了还原产物的稳定性。

奇球菌抗辐射机制及其在放射性污染修复中的应用

阐述迄今发现的抗辐射能力最强的微生物之一——奇球菌的特性;从其独特的细胞壁和染色体结构,对自由基的清除,DNA的高效损伤修复机制几方面论述奇球菌的抗辐射机制;介绍奇球菌在放射性污染修复中的应用实例。

水体硒污染:现状及生物处理研究进展

硒元素是动植物必需的微量元素,对人体健康也有十分重要作用,广泛应用于玻璃、电子及医疗等领域,但硒浓度过高时也产生相应的环境问题。综述了国内外水体硒污染来源及现状,并介绍了含硒水体的相关水质特征和标准;对国内外含硒废水生物处理工艺技术进行总结,介绍硒还原菌的研究进展,分析讨论生物法处理含硒废水过程中pH、碳源、共存污染物等环境因素的影响,并对未来微生物还原硒的过程和产物稳定性进行了展望,以期回收利用硒资源。

宏基因组解析不同温度饥饿胁迫下污泥中胞外耐药基因的动态特征

活性污泥是细胞外耐药基因(eARGs)重要储存库之一,本文采用宏基因组技术探究了不同温度(12,20和30℃)饥饿胁迫(即无营养基质)下活性污泥中eARGs的动态特征.结果表明,30d饥饿促使eARGs的相对与绝对丰度分别削减3.5%~26.0%、66.1%~81.4%,且eARGs的丰度在12℃饥饿后明显高于20和30℃饥饿.12℃饥饿能够维持大部分胞外可移动遗传元件(eMGEs)的稳定性,而20和30℃饥饿导致eMGEs的相对丰度分别降低41.4%~54.4%、48.7%~67.4%.eARGs优势寄主(Mycobacterium和Nitrospira)的丰度在不同温度饥饿后保持稳定.与20和30℃饥饿相比,12℃饥饿下活细胞比例较高,且胞外DNA吸附/降解率较低,有利于维持eARGs的稳定性.研究结果阐明了不同温度饥饿胁迫对活性污泥中eARGs归趋的影响,可为控制实际污水处理厂中eARGs的散播提供科学依据.

土著菌群还原矿化修复铀污染地下水

本实验研究了β-甘油磷酸钠刺激下土著菌群对中性含铀模拟地下水的处理效果及机理。结果表明,β-甘油磷酸钠可同时激活生物还原和生物矿化菌群,其对铀的去除率达98%以上,微生物表面均匀沉积CaU(PO_(4))_(2)和Mg(UO_(2))_(2)(PO_(4))_(2)·10H2_(O)等鳞片状矿物。土著菌群还原矿化铀的机理为:反应前期生物还原和生物矿化同时参与了铀的固定,且以生物矿化作用为主,Dysgonomonas,Propionispora,Macellibacteroides,unclassified_Rhizobiaceae和unclassified_Rhodocyclacea可能参与了溶液中U(Ⅵ)的还原,Acinetobacter促进生物矿化的发生;随后在Methyloversatilis和unclassified_Enterobacteriaceae的作用下,部分矿化生成的U(Ⅵ)沉淀被微生物逐渐还原成U(Ⅳ)沉淀。本实验为今后微生物治理铀污染地下水的长效性能强化策略研究提供了新的理论支撑。

柚子皮生物炭负载Mg/Al-LDH对废水中U(Ⅵ)的吸附性能研究

采用液相共沉淀法制备了柚子皮生物炭负载镁铝层状双氢氧化物复合材料BC@Mg/Al-LDH,并将其用于废水中U(Ⅵ)的去除。探究了pH、温度、吸附时间、初始质量浓度、干扰离子对BC@Mg/Al-LDH吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明,在U(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L、pH=5、温度为303 K、吸附时间为5 min时,BC@Mg/Al-LDH对U(Ⅵ)的吸附量达到96 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型。FT-IR和XPS分析发现主要吸附机理为表面羟基络合和层间碳酸盐共沉淀。干扰离子试验表明,Ca^(2+)、Fe^(3+)、Mg^(2+)、Cu^(2+)等对吸附效果无影响。BC@Mg/Al-LDH经5次再生循环利用后吸附率仍可接近80%。

污泥基生物炭处理重金属废水研究进展

简述了污泥基生物炭制备方法和吸附重金属的影响因素以及主要机理,包括物理吸附、静电吸附、离子交换、络合作用以及化学沉淀;介绍了污泥基生物炭改性方法以提高吸附重金属效果;最后对污泥基生物炭的应用进行了展望。

生物炭负载微生物处理含镉废水的效能与机理

以花生壳生物炭为载体,通过包埋法将耐镉(Cd)细菌固定在生物炭上,制备固定化生物炭小球(IBP)用于吸附水中的Cd^(2+),结合表征分析探究其对Cd^(2+)的吸附性能和机理。研究结果表明,在Cd^(2+)初始质量浓度为100 mg/L,IBP投加质量浓度为3 g/L,初始pH为6,温度为30℃,吸附时间为7 h条件下,IBP对Cd^(2+)吸附率为96.0%。微生物灭活和未灭活的对比实验表明未灭活的IBP对Cd^(2+)的吸附效果更佳。吸附等温线和吸附动力学拟合结果表明,IBP对Cd^(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程与Langmuir吸附等温线,吸附机理以化学吸附为主。SEM-EDS、FTIR、XPS等表征手段证实了Cd^(2+)与羟基、羧基等含氧官能团发生络合反应,与碳酸根、磷酸根形成沉淀,与H+发生离子交换反应而被去除。

污泥基生物炭负载纳米零价铁除U(Ⅵ)性能及机理

为了考察污泥基生物炭负载纳米零价铁(n ZVI/SB)对铀(U(Ⅵ))的去除性能与机理,该文研究了环境条件对nZVI/SB除铀的影响,发现在初始pH为5、投加量0.2 g/L、温度313 K、吸附时间4 h条件下,n ZVI/SB对U(Ⅵ)的吸附量最大(231.80 mg/g)。nZVI/SB对U(Ⅵ)的吸附过程与行为符合准二级动力学与Langmuir吸附等温线模型。通过扫描电镜、能谱分析、X衍射分析仪和X射线光电子能谱等手段对nZVI/SB去除U(Ⅵ)的机理进行分析,发现铀去除方式包括吸附和还原共同作用。经过5次循环实验后,nZVI/SB对U(Ⅵ)去除率保持在90%以上,表明nZVI/SB复合材料用于含U(Ⅵ)废水处理具有良好的重复使用性能。

改性微晶纤维素水凝胶对水中U(Ⅵ)的吸附性能研究

采用化学沉积法制备了微晶纤维素负载二氧化锰水凝胶(MCC@MnO_(2)/SA),用于吸附水中U(Ⅵ)。通过SEM-EDS、FTIR、XPS对水凝胶进行表征,并考察了不同pH值、接触时间、温度、U(Ⅵ)初始浓度条件下MCC@MnO_(2)/SA对U(Ⅵ)的吸附影响。结果表明,在U(Ⅵ)初始浓度为10 mg/L、pH值为4、温度为303 K,吸附6 h时,MCC@MnO_(2)/SA对U(Ⅵ)的最大吸附量达234.11 mg/g,比改性前提高了11%左右。吸附过程符合拟二级动力学,其等温吸附模型更契合Langmuir,主要为单分子层化学吸附,吸附是自发吸热过程;主要吸附机理是化学吸附和共价金属离子与表面电子结合产生的价力,MnO_(2)提供了更多官能团。该水凝胶经5次循环后去除率仍保持78%以上,具有再生利用性。

生活污水处理厂微生物群落结构解析

以某城市生活污水处理厂为研究对象,通过高通量测序技术解析功能单元（氧化沟）内微生物群落结构。试验时,该污水处理厂出水水质满足一级B排放标准（GB 18918—2002）。高通量测序获得有效序列28 561条,经分析得到文库覆盖率为0.90,微生物α指数,即ACE、Chao1、Shannon和Simpson指数分别为20 653.8、12 148.4、6.6和0.005。在属（genus）水平,丰度在1%以上的优势微生物共有19种,其中1%-2%的菌属有Pseudomonas、Phycisphaera、Methylocystis、Gemmata、Gp7、Singulisphaera、Isosphaera、Parachlamydia、Haliea和TM7 genera incertaesedis,所占比例分别为1.91%、1.91%、1.90%、1.75%、1.64%、1.55%、1.47%、1.33%、1.2%和1.17%,这部分比例之和为15.83%。丰度在2%以上的优势菌属有Zavarzinella、Gp4、Planctomyces、Aciditerrimonas、Blastopirellula、Pasteuria、Neochlamydia、Gemmatimonas和Simkania,所占比例分别为10.02%、4.66%、4.44%、2.66%、2.56%、2.33%、2.31%、2.25%和2.23%,这部分共计33.46%。所占比例高于0.01%的菌属共有355类,表明该城市污水处理厂含有丰富的微生物资源,它们是污水处理的微生物基础。

腐殖酸吸附水中铀的特性与机理

通过序批式试验研究了腐殖酸(Humic Acid,HA)对铀的吸附行为及时间、吸附剂用量、铀的初始质量浓度、pH值、温度和共存离子等试验条件对吸附的影响,分析了其热力学和动力学过程,用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)手段分析了相关吸附机理。结果表明,吸附过程在60min后达到动态平衡,吸附率最高达99%以上。当pH值在5左右时,HA投加量越大,吸附效率越高。体系中HCO3-、H2PO4-的存在对HA吸附U(Ⅵ)有促进作用,而柠檬酸根离子、EDTA2-及Cr6+、Mn2+使HA对U(Ⅵ)的吸附率降低,影响程度与其离子浓度正相关。准二级吸附动力学方程可以较好地描述HA吸附U(Ⅵ)的动力学规律,R2=0.9951。当温度为25℃时,U(Ⅵ)质量浓度与吸附量之间的关系符合Langmuir经验公式,饱和吸附容量为170.94 mg/g。HA吸附U(Ⅵ)前后的IR光谱分析表明,HA主要含有—OH、—COOH、—NH2、—C—N、苯环等结构,推断与U(Ⅵ)相互作用的主要基团为—OH、—C=O、—C—N—、—NH2。

高锰酸钾改性生物炭对U(Ⅵ)的吸附特性

选用农林剩余物加工制得生物炭,用强氧化剂（KMnO4、H2O2、HNO3）对生物炭进行化学改性,选择最佳改性方法。通过吸附试验得出用0.01 mol/L KMnO4改性的生物炭除铀效果最佳。采用KMnO4改性的生物炭对废水中的铀进行吸附,考察吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度等因素对U（Ⅵ）去除效果的影响。结果表明,当吸附剂投加量为0.3 g/L、U（Ⅵ）质量浓度为10mg/L、溶液pH=6、温度为25℃、吸附时间为120 min时,改性生物炭对U（Ⅵ）的去除效果最佳,吸附量达到32.57 mg/g,比未改性前提高了67.9%。对改性前后的生物炭进行了SEM、XRD、FTIR表征及表面含氧官能团测定、吸附动力学分析。结果表明,改性生物炭对U（Ⅵ）的吸附过程符合准二级动力学方程及Langmuir等温吸附模型（决定系数R2〉0.99）。这表明对溶液中铀的去除可能是化学沉淀作用的结果,改性后含氧官能团增加,对溶液中铀的去除也可能存在官能团络合作用与表面吸附,使吸附剂化学吸附能力增强,除铀能力提高。

奥奈达希瓦氏菌MR-1还原U(VI)的特性及影响因素

探讨了在腐殖质模式物蒽醌-2-磺酸钠(AQS)存在条件下,奥奈达希瓦氏菌MR-1的还原U(VI)特性.结果表明,在厌氧环境下奥奈达希瓦氏菌以AQS为电子穿梭载体,利用电子供体高效还原U(VI).当菌体投加量为1.2×109个时,其还原铀的效率达95.09%;AQS的浓度低于0.5mmol/L时有利于MR-1菌厌氧还原U(VI),AQS浓度的升高U(VI)的还原明显受到抑制.当U(VI)初始浓度为30.0mg/L时,分别以甲酸盐、乙酸盐和乳酸盐为电子供体,经过7d后其还原率分别达到95.37%、92.41%和95.65%.金属离子(Cu2+、Mn2+、Ca2+)、有毒有机物等对U(VI)还原产生影响.当Ca2+的浓度为2.0mmol/L时,对U(VI)的还原有微弱的促进作用,而当Cu2+和Mn2+浓度为2.0mmol/L时,则存在较强的抑制作用.奥奈达希瓦氏菌也能利用环境中甲苯、三氯乙酸、顺丁烯二酸等有毒物质高效还原U(VI),同时使有毒物质得到降解.扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)分析结果表明,奥奈达希瓦氏菌菌体中沉积了铀元素.