膜生物反应器处理垃圾渗滤液的效能及有机污染物的分子量分布

应用一种新型气升式重力出流膜生物反应器(MBR)处理垃圾渗滤液. 试验结果表明: 当5天生化需氧量(BOD5)负荷小于1.71 kg/m³× d时, BOD₅去除率大于99%, 出水BOD₅小于35 mg/L; 当氨氮(NH₄⁺-N)负荷为0.16~0.24 kg/m³× d, 且溶解氧(DO)控制在2.3~2.8 mg/L时, 出水NH₄⁺-N小于15 mg/L; 但溶解性化学需氧量(SCOD)的去除率相对较低(70%~96%). 为了深入探讨垃圾渗滤液中有机污染物在MBR处理过程中的变化, 利用凝胶渗透层析(GPC)分析处理过程中有机污染物分子量的变化. 研究结果表明, 垃圾渗滤液中的有机物主要分布在两个分子量范围: 大分子组分的峰值分子量(M_Wp)在11480~13182 Da之间, 小分子组分的M_Wp则在158~275 Da之间. 大分子组分很难被微生物降解, 但能被微滤膜截留; 小分子组分中的大多数有机物能被微生物降解, 但剩余的小分子物质能够透过微滤膜, 使得MBR处理出水中的SCOD较高.     

固定化耐冷菌用于内循环复合生物反应器处理生活污水及其微生物学研究

为确保寒冷地区污水生物处理系统的有效运行, 分离出了6株高效冷适应微生物, 并鉴定分别隶属于动胶菌属、气单胞菌属、黄杆菌属、微球菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属. 混合耐冷菌在低温条件下COD去除效率比中温菌高出63.67%, 以软性聚氨酯泡沫为载体固定高活性耐冷菌, 用于内循环复合生物反应器(ICCBR). 以生活污水为研究对象, 通过12个月的试验室小试, 考察了ICCBR对生活污水的处理效能, 生态因子的影响, 污泥的理化特性, 及系统内的微生物生态. 结果表明: ICCBR系统在冬季4~10℃条件下的COD平均去除率为85.79%, 全年COD平均去除率为86.66%, 系统出水COD低于60 mg·L^-1, 达到污水一级B排放标准. 季节性的温度变化使得系统内的生物种类和数量发生变化, 原后生动物的数量从夏季的110000±30000微生物·mL^-1污泥减少到冬季的35000±20000微生物·mL^-1污泥, 生物膜重量也呈现出先增长后略有降低的趋势.     

城市生活污水处理厂升级改造中生物除磷脱氮工艺的分析探讨

文章通过对城市二级污水处理厂生物除磷脱氮工艺的实验研究,在原有好氧工艺的基础上进行好氧、缺氧、厌氧处理的实验,掌握生物处理工艺除磷脱氮的参数和效果,为污水厂除磷脱氮的改造及运行奠定基础.     

磁性竹荪生物炭材料对水中铀的高效去除与机理

核工业发展所消耗的核燃料会不可避免地将大量含铀(U(VI))废水排放到自然界,给生态和环境带来一定的威胁,因而去除水环境中的U(VI)成为一项迫切的任务.本研究通过水热法制备了磁性竹荪生物炭材料(magnetic-dictyophora indusiata derived biochar, M-DI)并将其用于水溶液中U(VI)的高效去除.利用光谱分析表征其微观结构,证明了目标材料的成功制备和其良好的理化性质.通过宏观试验探究了反应时间、温度、pH、离子强度等因素对M-DI复合材料去除U(VI)的影响,并综合讨论其去除机理.结果表明, M-DI复合材料对U(VI)的吸附过程在30 min内达到平衡,吸附行为符合Langmuir模型,最大吸附量达到122.8 mg g^-1,去除机理为受静电作用影响的内层表面配位作用,且在吸附完成后在外加磁场作用下易进行固液分离. M-DI复合材料对U(VI)优异的去除效果显示了其在放射性核废水净化方面的巨大潜力.     

鼓泡式光生物制氢反应器中光合细菌的生长及产氢

提出了一种新型的鼓泡式光生物制氢反应器,并将Rhodopseudomonas palustris CQK-01光合产氢菌在光生物制氢反应器中进行序批式培养,以葡萄糖为碳源底物,以590nm单波长光为光源,研究了不同鼓泡条件下光合细菌的生长、产氢及底物降解特性.实验结果表明,在光生物制氢反应器中适当鼓入氩气气泡可以有效降低反应器内液相氢浓度,减少产物反馈抑制作用,促进产氢性能的提高,并且不同鼓泡频率对光合细菌的生长和产氢有较大影响.实验中间隔3h鼓泡时光合细菌产氢性能最佳,反应器最大产氢量33.25mmol,光能转化效率为18.46%,产氢得率为1.79mol(H2)/mol(glucose),平均底物消耗速率为0.28mmolL-1h-1和平均产氢速率为0.50mmolL-1h-1.     

城市生活污水处理厂升级改造中生物除磷脱氮工艺的分析探讨

文章通过对城市二级污水处理厂生物除磷脱氮工艺的实验研究,在原有好氧工艺的基础上进行好氧、缺氧、厌氧处理的实验,掌握生物处理工艺除磷脱氮的参数和效果,为污水厂除磷脱氮的改造及运行奠定基础。     

不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒与人皮肤角质形成细胞系(HaCaT)的生物效应

系统地研究了纯硅纳米颗粒(SiNP)、磷酸化硅纳米颗粒(PO4NP)和氨基化硅纳米颗粒(NH2NP)与人皮肤角质形成细胞系(HaCaT)的生物效应. 考查了3种不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒对HaCaT细胞的细胞黏附效率、细胞增殖及细胞周期的影响, 以及HaCaT细胞对SiNP, PO₄NP和NH₂NP的吞噬情况. 结果表明: SiNP, PO₄NP以及NH₂NP 3种颗粒对HaCaT细胞的影响均存在浓度依赖关系, 当3种不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒在细胞培养液中的终浓度低于0.2 μg/μL时, 与HaCaT细胞具有良好的生物相容性, 但是随着纳米颗粒在细胞培养液中终浓度的增大, PO₄NP, SiNP和NH₂NP对HaCaT细胞的影响也逐渐增大, 其中PO₄NP所产生的影响随浓度增大的趋势最慢, SiNP次之, NH₂NP最快; 同时, HaCaT细胞对纳米颗粒的吞噬量和吞噬速度也因其表面修饰的不同而存在差异, 在同样的作用浓度和作用时间下, NH₂NP进入到细胞的量最多、速度最快, SiNP次之, PO₄NP则最少、最慢. 这些研究结果的获得为指导硅纳米颗粒在生物医学研究中的安全应用以及硅纳米颗粒的后续修饰提供了理论依据, 有利于进一步拓展硅纳米颗粒在生物医学领域中的应用.     

通向闭路水循环的未来市政污水处理新模式

由于自然水资源不足及人口和经济的迅速发展,中国目前正面临着日益严重的水资源短缺危机.在此背景下,市政污水应被重视为一种新兴的淡水资源而非传统意义上的废水.目前,我国市政污水处理普遍采用以活性污泥法为核心的生物处理工艺,然而该工艺面临能耗高、剩余污泥产量大、资源回收率低、温室气体排放多等挑战.污水排放标准日益提高,使污水处理工艺升级改造成为必然.目前,现有工艺的升级改造主要采用在原有生物处理工段基础上叠加深度处理单元,延长了工艺流程,不仅增加了处理系统的复杂性和运行难度,还提高了运行费用、能源消耗和占地面积.未来的市政污水处理应走向何方?本文分析认为,基于厌氧膜生物反应器和反渗透的耦合处理工艺,可将市政污水用于生产高质再生水进行回用,为通向闭路水循环的未来市政污水处理提供了可借鉴的新模式.该工艺不仅可大幅提高污水处理的能源效率,简化工艺流程,降低剩余污泥产量,减少占地面积;同时回用高质再生水,有效缓解城市水资源短缺的压力.吸附法因其经济、高效、快速的优势备受关注,可通过开发具有优良性能的氨氮吸附剂,确保出水中氨氮达高质再生水要求,为耦合工艺的应用提供保障.     

土壤-植物体系中硒生物有效性评价研究进展

硒是哺乳动物必需的微量营养元素.鉴于其缺乏和毒害剂量间范围狭窄,在作物硒生物强化及硒污染土壤修复过程中需对土壤硒的生物有效性进行准确评价.但由于土壤是一个多相非均质的复杂体系,土壤类型较多且土壤性质差异很大,迄今国内外尚没有一个普遍适用的土壤有效硒测定及其有效性的评价方法.因此,本文综述了国内外常用的测定土壤有效硒含量的化学浸提法（包括单一浸提及连续浸提法）和新兴的梯度薄膜扩散技术（DGT法）的优缺点及适用性,提出0.1 mol/L KH₂PO₄-K₂HPO₄浸提法作为土壤有效硒测定方法;讨论了运用化学浸提法测定结果、基于此计算获得的特征参数(土壤结合强度（IR值）和移动系数（MF值）)、植物硒含量表征土壤硒生物有效性的可行性,旨在为土壤-植物体系中硒生物有效性的评价提供依据.     

土壤-植物体系中硒生物有效性评价研究进展

硒是哺乳动物必需的微量营养元素.鉴于其缺乏和毒害剂量间范围狭窄,在作物硒生物强化及硒污染土壤修复过程中需对土壤硒的生物有效性进行准确评价.但由于土壤是一个多相非均质的复杂体系,土壤类型较多且土壤性质差异很大,迄今国内外尚没有一个普遍适用的土壤有效硒测定及其有效性的评价方法.因此,本文综述了国内外常用的测定土壤有效硒含量的化学浸提法（包括单一浸提及连续浸提法）和新兴的梯度薄膜扩散技术（DGT法）的优缺点及适用性,提出0.1 mol/L KH₂PO₄-K₂HPO₄浸提法作为土壤有效硒测定方法;讨论了运用化学浸提法测定结果、基于此计算获得的特征参数(土壤结合强度（IR值）和移动系数（MF值）)、植物硒含量表征土壤硒生物有效性的可行性,旨在为土壤-植物体系中硒生物有效性的评价提供依据.     

嗜水气单胞菌hfq2基因对生物被膜形成的影响

Hfq蛋白是一种进化上保守的sRNA分子伴侣蛋白,在转录后水平调控RNA翻译,涉及细菌重要生理功能的调节.嗜水气单胞菌ATCC 7966基因组中含有两个hfq基因拷贝(AHA_0924与AHA_3797),目前对AHA_3797(简称hfq2)基因功能的研究比较少.本研究首先利用同源重组技术敲除该基因,发现hfq2缺失后形成生物膜的能力显著降低(P0.001),进一步通过SWATH(sequential window acquisition of all theoretical spectra)定量蛋白质组学技术比较野生型与Δhfq2在生物膜状态下的蛋白表达差异,共鉴定出1538个蛋白,其中131个蛋白表达上调, 140个蛋白表达下调.生物信息学分析表明,生物被膜状态下Δhfq2导致细菌铁离子转运相关蛋白表达上调,趋化作用相关蛋白则大幅度下调.进一步利用Western Blotting对部分差异蛋白的表达进行了验证.最后通过铁离子螯合剂添加试验证实, Hfq2蛋白可以通过影响铁离子动态平衡过程来影响细菌生物被膜的形成.了解Hfq2蛋白在细菌生物被膜形成过程的调控机理,对病原菌的防治以及新型抑菌策略的研发具有重要的科学意义.     

豆科植物的生物多样性和生态适应性

豆科植物在提供人类植物蛋白、保持食物的均衡营养中发挥了重要作用,是全球最具经济重要性的植物大科之一。本文着重讨论了豆科(Leguminosae)植物,尤其是蝶形花亚科(Papilionoideae)植物在不同环境中的农艺性状、固氮和生化成分的多样性和生态适应性。虽然有些特点如硬实、固氮和抗营养化合物等在农艺学、光合产物积累和种子的加工和食用方面是不利的,但这些特征对物种资源本身的生存和繁衍有非常重要的作用。这使得这些物种在生态系统中具有大量而广泛的分布,以及很强的适应性。因此,发现和利用豆科植物在逆境条件下的耐性和抗性,探讨其适应性机理,对于保持生物多样性和对环境的耐性具有重要和现实意义。     

PLGA/明胶电纺膜的制备及其矿化研究

利用静电纺丝技术制备了聚乳酸乙醇酸(PLGA)/明胶(Gt)的复合超细纤维, 考察了明胶加入对纤维形貌及膜力学性能的影响. 采用10倍模拟体液(10SBF)法在电纺膜上沉积磷酸钙. 钙磷沉积物以扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)进行检测. 结果表明, PLGA/Gt电纺纤维直径远小于PLGA单纺纤维, 且明胶的加入增加了湿态膜的韧性. 浸泡于10SBF后, PLGA/Gt纤维膜上产生了两种不同Ca/P比的磷酸钙类矿物. 相对于PLGA单纺膜, 钙磷矿物在复合膜上成核及生长较快, 且蜂窝状无机物沿PLGA/Gt纤维表面生长, 4 h后蜂窝状无机物已经完全将纤维包裹.     

基于自组装膜的多壁碳纳米管模板化沉积

在同一基底上构建甲基与氨基表面自组装膜模板, 将模板浸入多壁碳纳米管N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散液中, 由于氨基与甲基表面自组装膜分别对分散液中碳纳米管有吸附和排斥作用, 多壁碳纳米管选择性地沉积到模板的氨基表面自组装膜区域, 实现了碳纳米管的模板化可控沉积, 对常温下构建基于碳纳米管的纳米结构与器件具有重要的意义.     

变形菌视紫质—海洋光能生物利用的新途径

海洋环境基因组研究的突破揭示出海洋细菌中存在可利用光能的视紫质――变形菌视紫质(PR). 基因及其蛋白序列分析和激光诱导光解实验等证明PR属于质子泵型视紫质, PR将光能转化成细胞膜内外质子梯度化学势能, 并用于合成ATP. PR的发现揭示了海洋中存在与依赖于叶绿素进行光合作用完全不同的光能生物利用的新途径. 已有研究表明PR细菌是地球上最丰富的生物之一. 表层海水中PR细菌约占总细菌数量的13%, 而每个细胞中PR的平均分子数约为2.5×10⁴个. 显然, PR在海洋能量代谢以及碳循环中的作用不可忽视. 基于对国外研究的认识和我们对中国海PR研究的结果, 提出了海洋生态系统中的包括光合色素途径和非光合色素途径的能流和碳循环模型.     

Gd膜在Ni(110)上生长的同步辐射研究

应用同步辐射 (h ν =100 eV)和XPS研究了稀土金属Gd室温下在清洁的Ni(110 )表面上的生长过程 .发现了随着Gd膜厚度的增加 ,Gd(4f)谱带由位于 8 5eV的单峰向位于 8 5和 10 8eV的双峰结构转变 .Gd(4d)峰亦有类似的结果 .该表面在 6 0 0K高温退火引起了Gd 4f和 4d双峰中的高结合能峰的强烈衰减和消失 .对室温下Gd在Ni(110 )面上的生长模式及在高覆盖度时生成的Gd 4f和 4d高结合能峰的本质进行了讨论.     

Gd膜在Ni(110)上生长的同步辐射研究

应用同步辐射 (hν =10 0eV)和XPS研究了稀土金属Gd室温下在清洁的Ni(110 )表面上的生长过程 .发现了随着Gd膜厚度的增加 ,Gd(4f)谱带由位于 8 5eV的单峰向位于 8 5和 10 8eV的双峰结构转变 .Gd(4d)峰亦有类似的结果 .该表面在 6 0 0K高温退火引起了Gd 4f和 4d双峰中的高结合能峰的强烈衰减和消失 .对室温下Gd在Ni(110 )面上的生长模式及在高覆盖度时生成的Gd 4f和 4d高结合能峰的本质进行了讨论 .     

4-戊氧基肉桂酸在HOPG表面的自组装及光诱导结构转变的STM研究

利用扫描隧道显微镜(STM) 研究了4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子在高定向裂解石墨(HOPG)表面的光诱导结构转变. 光反应前, 4-戊氧基肉桂酸(AOCA)分子间在氢键作用下, 在石墨表面形成稳定的有序自组装单分子层. 光反应后变为无序的结构, 这是由于二聚后的分子立体性较强, 原来形成的二维有序结构被破坏. STM揭示了自组装层变化的分子结构细节.     

6063铝合金铈锰转化膜的研究

以Ce(NO₃)₃ 和KMnO₄为主盐, NaF 为促进剂, 在6063铝合金上制备Ce-Mn转化膜. 分别采用扫描电子显微镜(SEM), 显微能谱分析仪(EDS)和X-射线光电子能谱仪(XPS), 研究 Ce-Mn转化膜的形貌, 成分和元素价态. 结果显示Ce-Mn转化膜在6063铝合金表面生成, 膜主要由铈(三价和四价)和锰(四价)的氧化物和氢氧化物组成. 室温时在3.5% NaCl水溶液中, 采用动电位极化曲线(Tafel)和交流阻抗(EIS)研究Ce-Mn转化膜的耐腐蚀能力, 结果表明经Ce-Mn转化液处理后, 铝合金的腐蚀电流密度从1.929 ΩA/cm²下降到0.0916 ΩA/cm², 铝合金表面膜电阻从10 k•cm²增加到200 k•cm², Ce-Mn转化膜具有很好的耐腐蚀能力, 达到Cr(+3)转化膜的水平.     

图案化金属铜膜的SIAD法自组装制备

利用新发展的小入射角沉积(SIAD)技术在玻璃衬底上自组装制备了图案化金属铜膜.利用金相显微镜(MM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)/选区电子衍射(SAED)/能量弥散X射线光谱仪(EDX)以及X射线衍射仪(XRD)等技术对所制备的图案化金属铜膜进行了表征.通过分析对比SIAD和垂直入射沉积(NID)铜沉积物的形貌和结构差异,揭示了图案化金属铜膜的形成机理.