新型脱氮工艺及其可控因素的分析

简要的回顾了传统的生物脱氮工艺。介绍了基于亚硝化及其厌氧氨氧化的新型微生物脱氮工艺SHARON工艺、ANAMMOX工艺、SHARON和ANAMMOX组合工艺、CANON工艺,并对过程的原理及其影响因素进行了探讨，为高浓度的氨氮废水提供了可操作性发展前景。     

经济高效的污水生物脱氮除磷新技术研究

控制污水中氮和磷的排放,对于防治水体富营养化是十分重要的。针对常规生物脱氮除磷技术和工艺中存在的问题,研究开发出从不同类型污水中去除氮和磷的生物膜与活性污泥结合工艺、亚硝酸型脱氮技术、新型膜生物反应器和立体循环一体化氧化沟等。这些技术和工艺发挥了不同微生物苗群的优势,使其分别处于各自最佳状态,可提高处理效率、简化操作、降低处理费用。     

微生物燃料电池与常规污水处理技术结合的研究进展

通过总结近年来微生物燃料电池(MFC)与常规污水处理技术的结合案例,发现与MFC结合的污水处理技术主要集中在物理化学法、生物法及高级氧化法三类。与物理化学法的结合侧重于利用MFC的产电特性,如电吸附法和电渗析法;与生物法的结合分为好氧和厌氧法两种方式,主要利用MFC的多重系统特性,大大提升除污性能:与高级氧化法的结合体现在光催化法、电化学法和电Fenton法三方面,其中,与电benton法的结合是研究的热点。将MFC与常规污水处理技术从产能和净化的双重角度进行结合,既为节能型污水处理技术的发展奠定基础,同时也扩大了MFC的应用范围,为今后MFC与其他技术的结合研究提供了借鉴和依据。     

漫透射光谱电化学研究活菌细胞色素c蛋白介导的胞外电子传递过程

微生物膜蛋白(细胞色素c)介导的微生物胞外电子传递过程,是元素生物地球化学循环、微生物修复、微生物燃料电池等领域的研究热点与重要科学问题.阐明细胞色素c的氧化还原变化规律是从分子层面解析该过程的基础.然而,由于技术手段限制,活菌细胞色素c氧化态和还原态的含量及其电位难以同时测定,其氧化还原状态的变化规律仍知之甚少.本文构建了漫透射光谱电化学联用装置,原位测试了活菌细胞色素c及电子受体的氧化态和还原态含量变化,并同时在线监测了反应体系的氧化还原电位值,从而实现了实测电位与各反应物计算电位之间相互关系的系统研究.结合动力学与热力学的分析,定量阐明了细胞色素c所处的氧化还原状态因电子受体的电位不同而发生变化的规律;解释了不同电子受体存在时,细胞色素c所处的平衡状态截然不同的原因.该技术手段在活菌层面实现了细胞色素c蛋白的动力学与热力学分析,可为胞外电子传递微观机制的研究提供新的方法与理论基础.     

烟气同时脱硫脱氮的高活性吸收剂的表征及脱除机理研究

以飞灰、工业用石灰、少量锰盐添加剂为原料制备了具有同时脱硫脱氮性能的“富氧型”高活性吸收剂, 在烟气循环流化床(CFB)上对“富氧型”吸收剂的脱硫脱氮性能进行了试验, 试验结果表明, “富氧型”吸收剂能够实现高达94.5%的脱硫效率和64.2%的脱氮效率. 利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对飞灰、工业用石灰、普通高活性吸收剂、“富氧型”高活性吸收剂和反应后的“富氧型”高活性吸收剂进行了表面微区分析, 结果表明, 普通高活性吸收剂和“富氧型”高活性吸收剂颗粒表面可以观察到白色薄层状物质; 钙元素在二者表面的平均含量高于吸收剂主体的钙含量; 反应后的“富氧型”高活性吸收剂颗粒表面具有多孔特性; 氧化性添加剂主体元素锰在“富氧型”高活性吸收剂表面分布均匀; 脱硫脱氮反应后的吸收剂中出现了硫元素的峰. 化学分析方法对吸收剂的脱硫脱氮产物进行的成分分析表明, 反应后的吸收剂中除了硫物种外还有大量氮物种. 由X射线能谱分析和化学分析结果表明, CFB内的主要脱除过程为化学吸收, 脱硫产物主要为硫酸盐; NO首先被快速氧化为NO₂, 进而发生化学吸收反应, 脱氮产物主要为亚硝酸盐.     

植物次生代谢研究

次生代谢是植物重要的生命活动,与植物的生长发育及其对环境的适应密切相关。同时次生代谢产物也是重要的药物和化工原料来源。次生代谢过程及代谢物的积累受到自身和环境中各种生物和非生物因素的调控。随着基因组和代谢组等组学技术的产生和发展,植物次生代谢研究获得了前所未有的机会。通过对代谢过程的深入了解,利用系统生物学方法开展预见性代谢工程将会成为未来的研究趋势。     

环境微生物的分子生物学研究方法

本文介绍了在环境微生物生态研究中的分子生物学方法如分子杂交，聚合链式扩增技术PC震，rRNA基因同源分析法，新型凝胶电泳技术，生物醌谱图法等和应用。这些技术的使用将大大扩展微生物生态学研究的空间，并使得在分子水平研究生态问题的机制成为可能。     

地面机械脱附减阻仿生研究进展

机械仿生的理论研究具有重要的科学意义，仿生机械的研发在工程技术领域中有重要的应用价值。自然界的生物，在优胜劣汰的进化过程中，为了生存，必须造就适应环境、延续生命的本领。本文从地面机械脱附减阻的研究现状着手，结合吉林大学多年来在这一领域系列性的研究成果，介绍了土壤动物脱附减阻的基本原理，进而阐述了形态仿生、柔性仿生、电渗仿生、构形仿生，以及多元耦合（协同）仿生的原理与技术。最后介绍了工程仿生的应用研究，并指出这些理论具有广阔的发展前景。     

电化学红外光谱解析五氯酚的阴极微生物还原脱氯机制

通过构建基于恒电位(0,-200,-500,-800 mV vs. SCE)的生物电化学系统,考查了污染土壤五氯酚(pentachlorophenol, PCP)脱氯效率、阴极生物膜的电子吸收能力以及电活性物质种类;借助原位电化学红外光谱和二维相关光谱手段解析了参与PCP阴极还原脱氯的氧化还原活性基团及可能的电子传递途径;通过16S r RNA基因测序技术分析了微生物群落结构对不同恒电位的响应变化.结果表明:(1)-500 mV电位刺激下的PCP微生物还原脱氯效率分别是0和-200 m V电位下的5倍以及-800 mV的1.8倍,最高生物电流(约45μA)也高于其他电位处理(0～35μA),说明-500 mV电位刺激下的阴极生物膜电子吸收能力和PCP还原脱氯效率明显优于其他电位处理;(2)-500 mV电位下的CV曲线中氧化还原峰位于-250和-450 mV(vs. SCE),该物质可能是参与PCP还原脱氯的主要电化学活性物质;(3)-200,-500和-800 mV电位下形成的电活性生物膜参与PCP还原脱氯,对阴极电子传递响应最迅速的主要氧化还原活性成分分别是氨基III、细胞色素和腐殖酸,-500 mV电位下细胞色素可能介导了更高效的电子传递,从而导致PCP的微生物还原脱氯效率明显优于其他电位处理;(4)不同电位下微生物群落结构差异显著,-500 mV电位下的优势微生物为丛毛单胞菌(Comamonadaceae),可能是驱动PCP阴极还原脱氯的重要功能微生物.该研究初步解析了参与PCP阴极还原脱氯的优势微生物及重要氧化还原活性成分,为PCP的高效降解及污染环境的治理提供了理论支撑.     

污染胁迫下的蛋白质组学研究

近年来,以双向电泳技术、生物质谱和生物信息学为核心的蛋白质组学技术飞速发展,其大规模高通量的特点,使得这项技术逐渐在环境科学领域,尤其是对污染胁迫下差异蛋白表达和污染物特异性的生物标志物的筛选研究中得到了广泛的应用。本文简要介绍了蛋白质组学的基本概念和技术方法,对蛋白质组学在微生物、植物和动物对于无机污染物和有机污染物胁迫的响应机制和分子生物标志物探究等方面的研究进展进行了概述,并对蛋白质组学技术今后在生态环境领域的需求、应用与发展进行了展望。     

突出煤样与非突出煤样低温氮吸附实验研究

为研究煤样吸附能力和煤与瓦斯动力现象的关系,针对突出煤与非突出煤的吸附能力差异问题,应用物理化学吸附仪对6组突出与非突出煤进行低温氮吸附实验,得到低温氮吸附等温线,运用BET吸附理论对实验数据进行分析。实验及分析结果表明:突出煤吸附量、拐点斜率、脱附滞后量大于非突出煤,突出煤吸附等温线变化趋势为单调递增,非突出煤样局部范围内出现下降趋势;突出煤样C值较非突出煤样C值低,突出煤样孔隙中的吸附质更容易脱附。以此为依据来判断煤是否具有突出性,可为预防煤与瓦斯突出事故提供技术方法。     

蛋白质组学在药物及疾病标志物研究中的应用进展

蛋白质组学提供了整体水平研究蛋白质的表达、翻译后修饰,以及蛋白质的功能的思路,由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的全面认识,逐渐被广泛应用于药物及生物标志物研究中.本文介绍了蛋白质组学的经典技术路线和新策略,并综述了其在药物及疾病标志物研究中应用进展.     

生物科技领域国际进展与趋势分析

2016—2017年,世界主要经济体加强在生物资源、合成生物学、微生物组研发、生物基产品与产业等方面的重要战略规划和政策布局,积极促进生物产业新发展,培育生物经济新动能。全球生物科技领域蓬勃发展,生物资源挖掘利用研究更加深入,创新性方法技术突破不断进步,人工设计操作生物体能力增强,生物催化转化能力持续提升。合成生物学、基因组编辑技术、计算机辅助设计、人工智能和仿生制造等前沿交叉技术创新不断涌现,新技术的发展将在未来几年内极大地推动生物科技领域的快速进步。     

生物多样性学发展中几个基本问题的探讨

近10年来,生物多样性科学的理论和方法取得了显著进展,高度交叉学科-“生物多样性学”孕育而生。但是,诸如生物多样性的生态系统功能、生物多样性与生态系统过程、生物多样性的测度、生物多样性的维持格局与丧失机制等一直是研究的热点和难点,仍在讨论和争论中发展。本文从生物多样性学的理念出发,对生物多样性研究中几个基本问题进行探讨,分析了生物多样性学框架的科学范畴。指出构建以生物多样性保育为核心目标的生物多样性学科体系和框架是生物多样性研究发展的必要。生物多样性学应始终重视实验研究和理论演绎,并不断重视哲学和思维过程。     

加弧辉光离子渗镀技术新进展

本文介绍了加弧辉光离子渗镀技术的基本原理,几年来在基础研究和应用研究方面取得的新进展,以及本技术的延伸与扩展。研究表明该技术可以在普通碳钢、钛合金表面形成各种金属及合金的渗层、镀层、渗镀结合层,也可在其表面合成金属氮碳化合物薄膜,达到提高表面耐磨、抗蚀、抗高温氧化性能的目的。     

土壤氮矿化动力学模型研究进展

氮矿化是氮素生物地球化学循环的重要过程,其定量研究与模拟是氮循环相关研究的重要方面,目前已经有多种模拟土壤氮素矿化过程的模型,然而其适用条件、模型参数和模拟效果均存在差异。本文梳理了国内外土壤有机氮矿化模拟的研究成果,分析比较了包括用于模拟矿化速率的简单功能模型和考虑了土壤温度、湿度及p H等环境因素的环境效应模型。研究分析结果表明:单组分一阶指数模型只考虑单一组成的氮库,无法全面描述氮素矿化,且模拟与验证结果在不同模拟时期存在较大偏差;双组分模型和混合模型对氮素矿化的模拟效果相对较好;矿化环境效应模型克服了以上两种模型未详细考虑环境因素和有机氮种类的缺点,但考虑的因素较多,且参数选取较为复杂,难以推广和应用。在今后的工作中,结合我国特殊水文条件、气候条件和土壤环境,土壤氮素矿化的模型研究应集中在多因素影响的复合模型,做好进一步的验证与研究,并实现氮矿化研究的定量化、规范化、标准化。     

沉积物微生物燃料电池中的微生物电子传递过程

沉积物燃料电池(sediment microbial fuel cell, SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为可用的电能,同时加速沉积物中污染物的去除.近20年来, SMFC引起了越来越多的不同学科研究者的关注,国内外已有多例成功的实际应用的报道.由于能源和环境发展在我国的战略地位,我国学者发表SMFC相关的论文数量已超越美国成为世界最多的国家.在SMFC中,电极表面微生物的能量和物质代谢网络是实现其产电和降解功能的关键,但目前尚缺乏对SMFC中微生物过程的系统总结和分析.本文以电极表面微生物电子传递过程为核心,依次对SMFC中的阳极电子供体、微生物群落、功能基因、阴极电子受体和微生物群落等方面进行综述,并对SMFC进一步在实际环境和科学研究中的应用进行了展望和讨论,以期从微生物学的角度为SMFCs的发展和应用提供参考.     

细胞凋亡研究进展

细胞凋亡（apoptosis）是机体正常细胞在受到生理和病理性刺激后出现的一种自发的死亡过程,是一个主动、高度有序、基因控制及一系列酶参与的过程.细胞凋亡在保证多细胞生物健康生存过程中扮演着关键角色,对个体的正常发育具有重要作用.它在多细胞生物的组织分化、器官发育、机体稳态的维持中有着重要的意义.机体在产生新生细胞的同时,衰老和突变的细胞通过凋亡机制而被清除,使器官和组织得以正常地发育和代谢.细胞凋亡发生异常会导致疾病的发生,如肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染和神经退化性疾病等.由于细胞凋亡的重要意义,它在生物进化过程中不但得到了保留,而且从简单的多细胞生物线虫,到高度进化的人类,细胞凋亡机制随着生物的进化得到了发展和完善.本文概述了细胞凋亡的特征、分子机制、信号途径、检测方法及生物学意义.     

我国污染土壤生物修复技术研究现状及发展展望

以文献统计的方式对2006~2015年国内学者在中国知网和Web of science中发表的相关文献进行统计分析,综述了我国污染土壤生物修复技术的10年研究进展。结果显示:近10年我国土壤生物修复技术的研究热度不断上升,主要研究对象为重金属污染土壤和有机物污染土壤,总体分为机理研究和试验研究,且后者居多。在此基础上,本文简要介绍了当前主要研究的植物修复技术、微生物修复技术、动物修复技术、生物材料修复技术、生物组合修复技术及物理、化学、生物联合修复技术6种生物修复技术的原理、优缺点及研究现状等内容,并指出了未来生物修复技术在修复原理、针对性、经济性、风险、强化措施、应用范围等方面的发展方向。     

水中Cr(Ⅵ)在改性生物质吸附剂表面还原转化的电子供体

为揭示生物吸附过程中Cr(Ⅵ)的还原转化机理,以改性玉米秸秆(corn stalk based anion exchanger, CS-AE)为模型吸附剂,通过XPS、13C-NMR和FT-IR等手段表征吸附Cr(Ⅵ)前后的材料表面组成和结构,并结合对吸附溶液中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)等产物分析,探讨Cr(Ⅵ)还原的电子供体及可能反应路径.通过批吸附实验证实了CS-AE吸附去除Cr(Ⅵ)过程中存在Cr(Ⅵ)还原转化现象,在实验条件下10%～35%被吸附Cr(Ⅵ)还原转化为Cr(Ⅲ),且大部分( 65%)Cr(Ⅲ)产物被固定在CS-AE表面.XPS表征中Cr 2p3/2谱图分析证明了Cr(Ⅲ)的大量存在,且N 1s、C 1s和O 1s谱图分析发现CS-AE与Cr(Ⅵ)反应后表面含氮物质特别是季铵基相对含量降低.13C-NMR和FT-IR表征也进一步地说明了吸附Cr(Ⅵ)后CS-AE表面季铵基减少,羧基结构有所增加,表明了季铵基是Cr(Ⅵ)还原转化的主要电子供体基团.吸附反应后溶液中TOC、TN和NO3--N含量随Cr(Ⅵ)初始浓度增加而增加,与Cr(Ⅲ)生成量呈正相关关系,可以确认CS-AE表面季铵基被Cr(Ⅵ)氧化,主要反应路径为季铵基经过碳-氮键氧化断裂,形成有机胺进入溶液,且部分有机胺被Cr(Ⅵ)进一步氧化为硝酸盐.