海水中钢铁锈层的微生物成因及其环境效应

研究了海水环境中钢铁腐蚀产物即锈层中的厌氧微生物群落和锈层矿物特征及其相关性。微生物富集培养和初步的分子生物学分析结果表明,海水钢铁锈层中至少生存有硫酸盐还原细菌和铁还原细菌两种厌氧细菌。使用扫描电子显微镜和电子能谱、X-射线衍射仪等对锈层样品进行了矿物学观察和分析。在外锈层和中间锈层,主要是α,β,γ-FeOOH等铁(水合)氧化物。铁水合硫酸盐即绿锈则主要出现在内锈层。初步讨论了厌氧细菌作用下的铁腐蚀矿物生成和转化过程,并提出钢铁锈层微生物和矿物在海洋环境的微生物修复中可能具有重要作用。     

新疆十红滩铀矿床中微生物类群特征及其成矿作用探讨

在国内首次利用生物学方法对新疆十红滩铀矿床中的微生物进行了分离和鉴定。结果表明,十红滩铀矿不同氧化程度岩石中主要微生物的分布特征不同,氧化-还原过渡带微生物的活动很活跃,存在大量的好氧和厌氧细菌,矿石带细菌种类较单一,以厌氧的硫酸盐还原菌为主。同时结合主要微生物类群对其参与铀的成矿和改变成矿环境等方面的作用进行了探讨。     

填埋场粘性土防渗层中强化微生物对垃圾污染物的净化作用

如何铺设价廉物关的防渗层,又不需对垃圾渗滤液进行处理,达到环保效果好、成本低的目的,是填埋场防渗衬垫铺设所追求的,但由于科学理论及技术条件的限制,这个目的一直没有达到。通过添加营养菌液强化厌氧微生物对污染物的净化作用,在实验室用土柱进行模拟实验及天然的土柱淋滤净化对比实验,研究了粘性土垫层土中添加营养菌液后,厌氧微生物对垃圾污染物的净化能力的变化,得出了加入厌氧微生物菌液后,可显著地提高微生物在土中对垃圾污染物的净化能力的结论。这为开发价廉物美的垃圾场防渗衬垫打开了思路,为有污染问题的垃圾场提供了一种用微生物治理的方法。     

以醋酸为共代谢基质时四氯乙烯的生物降解初步研究

四氯乙烯（PCE）是一种广泛用于干洗和脱脂的有机溶剂,是地下水中常见的污染物.在本实验中,将某肉联厂厌氧污泥接种到土壤中,进行微生物培养.当系统中的微生物活性较高时,以醋酸为共代谢基质,进行驯化实验,当系统中的微生物适应浓度为120μg/L的PCE之后,对PCE在厌氧条件下的降解情况进行研究.研究结果表明,将厌氧污泥接种到土壤中培养的微生物,在以醋酸为共代谢基质的条件下,可以使PCE很快转化为三氯乙烯（TCE）,并可以进一步转化为二氯乙烯（DCEs）.PCE在天然地下水中的半衰期为108d,本实验PCE降解的半衰期为2.95d,反应速率常数为0.2342d^-1.     

生物甲烷气实验的外加菌源(沼液)中厌氧菌群测定

考虑到煤本源微生物的分离、纯化及培养相对困难,且耗时较长,采用沼液作为外加菌源,并在进行生物甲烷气实验之前,对所采集沼液中的主要厌氧菌群进行微生物特征及数量的测定。结果表明沼液中的厌氧发酵菌(Anaerobicfermentative bacteria)、厌氧纤维素分解菌(Anaerobic cellulose-decomposing bacteria)、硫酸盐还原菌(Sulfate-reducingbacteria)和产甲烷菌(Methanogens)4类厌氧菌群,均具有杆状、球状及链状等多种形态;染色后发现其中革兰氏阴性菌占主要优势;经最大或然数(MPN)计数后表明,沼液中所含厌氧菌的数量足以进行后续的生物甲烷气的产出实验。     

填埋场粘性土防渗层中强化微生物对垃圾污染物的净化作用

如何铺设价廉物美的防渗层，又不需对垃圾渗滤液进行处理，达到环保效果好、成本低的目的，是填埋场防渗衬垫铺设所追求的，但由于科学理论及技术条件的限制，这个目的一直没有达到。通过添加营养菌液强化厌氧微生物对污染物的净化作用，在实验室用土柱进行模拟实验及天然的土柱淋滤净化对比实验，研究了粘性土垫层土中添加营养菌液后，厌氧微生物对垃圾污染物的净化能力的变化，得出了加入厌氧微生物菌液后，可显著地提高微生物在土中对垃圾污染物的净化能力的结论。这为开发价廉物美的垃圾场防渗衬垫打开了思路，为有污染问题的垃圾场提供了一种用微生物治理的方法。     

石膏在有机物厌氧分解中的固碳效应

本文以牛肉膏蛋白胨为厌氧微生物的营养源,研究了石膏对厌氧微生物生化系统中甲烷释放量和有机物矿化的影响.根据溶液中总有机碳(TOC)、总无机碳(TIC)、硫酸根、硫化物、pH值以及气体中CO2,CH4和H2S的释放量的观测,以及固体产物的扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)分析结果,探讨了石膏对抑制...     

四氯乙烯的生物吸附和厌氧生物降解研究

四氯乙烯(PCE)的广泛使用和不合理的处置已经使其成为地下水中普遍存在的有毒有害的有机污染物。PCE在厌氧条件下通过还原脱氯发生生物降解,按照非水溶性生物降解模型,有机物先吸附到厌氧活性污泥中,解吸后再进行生物降解。利用间歇试验进行厌养污泥对PCE的吸附降解实验研究。试验结果表明：厌氧污泥对PCE的吸附在0.5 h达到吸附平衡,在1.0 h达到解吸平衡。对实验结果的回归分析表明：PCE的吸附和解吸均符合Freundlich等温吸附方程。厌氧污泥在微生物的作用下将PCE还原脱氯为TCE和DCEs。     

江汉平原高砷地下水原位微生物的铁还原及其对砷释放的影响

微生物参与铁氧化物矿物的还原性溶解是高砷地下水形成的关键过程,其中具有砷还原功能的微生物如何参与含水层砷释放的生物地球化学过程亟待研究.利用从江汉平原典型高砷含水层中厌氧条件下分离出的四株细菌(Citrobacter sp.JH-1、Clostridium sp.JH-6、Exiguobacterium sp.JH-13、Paenibacillus sp.JH-33),通过室内厌氧模拟培养实验,查明其砷、铁还原能力,并通过分别与铁氧化物矿物及原位沉积物共同培养,探究原位含水层微生物参与的砷释放机理.结果表明:四株细菌均具有厌氧条件下砷、铁还原功能,Citrobacter sp.JH-1砷还原能力最强,96 h内还原的As(Ⅴ)浓度为2.22 μmol/L.其中Citrobacter sp.JH-1不仅可在厌氧和有氧条件下还原溶液中的As(Ⅴ),还可在厌氧条件下还原溶液中的Fe(Ⅲ)和无定型的水铁矿,在与含水层沉积物共培养12 d后,沉积物中铁与砷的释放量分别为510 mg/kg及1 150 μg/kg.江汉平原含水层中的原位微生物兼具砷/铁还原功能,在厌氧条件下可还原沉积物中的铁氧化物矿物并促进砷的释放,为深入揭示高砷地下水成因机理与地下水砷污染的防控提供重要科学依据.      

石墨对污泥中厌氧微生物代谢产物及其性能的影响

矿物材料对废水厌氧处理及厌氧污泥改性具有十分重要的作用,而微生物代谢产物是生物处理系统的重要组分,在提高污染物去除率和甲烷产量等方面也起到非常重要的作用。本研究对矿物材料石墨和厌氧微生物共存体系内溶解性微生物产物(soluble microbial product,SMP)和胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)进行了分析表征。结果表明,石墨对EPS和SMP的组成和含量影响显著,主要是由于石墨的吸附作用及其对石墨颗粒的环境毒性所致。红外光谱分析表明,添加石墨体系内SMP与EPS的基团种类并未发生明显改变,但含量有所改变。三维荧光分析结果显示,SMP的主要荧光类物质为色氨酸类似物和腐殖质(辅酶NADH),而EPS的主要荧光类物质为色氨酸类似物和腐殖酸,石墨能明显降低色氨酸类似物及腐殖酸类物质的产生。石墨会减弱微生物的相对疏水性,提高表面自由能,有利于微生物团聚体的形成。     

酸性矿山排水与垃圾渗滤液混合厌氧消化

酸性矿山排水一直是难以处理的矿山环境问题之一。课题组前期研究表明,硫酸盐矿物和铁氧化物矿物能够促进垃圾渗滤液中有机物的降解。而硫铁矿的酸性矿山排水中既含有大量的硫酸盐也还有较高浓度的铁离子,因此,我们进一步研究了将酸性矿山排水和垃圾渗滤液混合后进行厌氧处理的效果,并通过小瓶实验优化得到在m(COD)/m(SO2-4)为3的配比下,将酸性矿山排水与垃圾渗滤液进行混合调节后处理,调节废水中的COD、硫酸根以及其他金属离子都可以得到较好的去除效果。因此,本文采用工作体积为4 L的连续运行反应器,长期考察将酸性矿山排水和垃圾渗滤液混合后进行厌氧消化的效果。在连续运行实验中,参照小瓶实验结果,按照m(COD)/m(SO2-4)为3的配比,将酸性矿山排水与垃圾渗滤液混合,之后用NaO H溶液调节混合液的p H,得到p H为7.5左右的调节废水,调节废水中COD、硫酸盐浓度分别约为7 500 mg/L和2 500 mg/L。将调节废水加入反应器,鼓氩气,不接种其他微生物,维持厌氧运行,水力停留时间和温度分别为20 d和35℃。厌氧反应器稳定运行一年后,反应器出水中的COD和硫酸盐浓度分别约为800 mg/L和500 mg/L,调节废水中COD和硫酸根的去除率分别达到90%和80%,Fe、Mn、Ca、Zn等重金属离子的去除率均在80%~90%。微生物群落分析的结果表明,种群上占优势的微生物主要有硫酸盐还原菌、产酸菌、产甲烷菌与铁还原菌等厌氧微生物。硫酸盐还原菌是能够适应苛刻环境的微生物,在厌氧条件下,硫酸盐还原菌利用混合废水中的有机质还原硫酸盐生成单质硫和S2-,而生成的S2-可以用于还原三价铁离子,并同时与调节废水中的重金属离子生成金属硫化物沉淀,从而实现单质硫、硫离子和重金属离子的去除,亦解除了游离的S2-对微生物的毒性作用。此外,铁还原菌也能够将三价铁还原成Fe2+,Fe2+能提高硫酸盐还原菌、产酸菌等厌氧微生物的活性。本文的研究结果表明,将酸性矿山排水和垃圾渗滤液混合后进行厌氧消化,能够同时高效处理两种废水,达到以废治废目的,具有一定的实际应用价值。另一方面,由于垃圾渗滤液的可生化性较差,而本实验中调节废水的COD去除率高达90%,这说明垃圾渗滤液中的一些难降解物质也被分解转化,因此,酸性矿山排水与垃圾渗滤液混合厌氧消化过程中涉及的具体机制还需要进一步进行深入的研究。     

铁氧化物对有机质厌氧产甲烷过程的影响及其机制

甲烷(CH?)不仅是自然界产生的重要温室气体,也是人类已经推广利用的可再生能源之一.作为自然界广泛存在的矿物,铁氧化物同厌氧微生物的交互作用对产甲烷过程具有显著的影响.主要针对不同铁氧化物-厌氧微生物体系内的产甲烷效率,铁氧化物及微生物群落演化,铁氧化物的作用机制等进行总结分析.铁氧化物在微生物的作用下会发生溶解、还原并可能产生新的矿物.而铁氧化物的直接和间接影响微生物群组成,进而影响产甲烷过程,主要体现在4个方面:(1)铁氧化物溶解及生物还原产生的Fe~(3+)/Fe~(2+)影响微生物活性和体系氧化还原电位;(2)铁还原菌和产甲烷菌竞争产甲烷基质;(3)铁氧化物对产甲烷菌的直接抑制毒性;(4)具有导电性能的铁氧化物可以作为电子传递媒介促进铁还原菌或脂肪酸氧化菌与产甲烷菌之间的直接电子传递过程.最后,探讨了铁氧化物促进产甲烷过程尚需解决的主要问题及研究趋势,以期推动铁氧化物-厌氧微生物交互作用及其环境效应方面的研究工作.     

厌氧微生物作用下沉积物中砷的形态转化与环境行为研究

为了研究厌氧微生物作用下沉积物中砷的形态转化及固液界面的分配过程对砷的环境行为与归趋的影响,通过采集锦州湾清洁沉积物进行负载砷,利用微生物培养与非生物培养实验,对比研究厌氧微生物作用下砷铁硫共还原条件下污染体系中砷的环境行为与归趋。实验结果表明在培养的42 d周期内,液相的总砷量首先砷浓度保持降低趋势,而后再次升高。在培养第3~7 d时液相的As5+迅速被还原,约26%的溶解态砷从液相移除,97%以上的As5+被还原为As3+。同时微生物作用下固相中90%以上铁氧化物矿物逐渐转化为次生的亚铁矿物,固相中结晶态铁氧化物发生明显活化,而硫酸盐还原产物硫离子综合调控体系中游离的亚铁离子和As3+。因此,厌氧微生物还原条件下,砷,铁,硫同步发生还原,硫离子调控体系中砷和铁环境行为,硫化亚铁成为亚铁矿物的主要形态,硫化砷是砷的主要归趋。     

油藏环境石油烃厌氧生物降解产甲烷途径与生物标志物

油藏环境石油烃厌氧生物降解产甲烷过程是生物地球化学的基础问题之一;同时,由于油藏环境微生物在微生物采油、生物腐蚀及生物治理等方面具有重要的应用价值,已经受到国际同行高度关注.近10多年来,随着分子生物学技术、特别是新一代测序技术的发展,为深入认识这一特殊地质环境中烃厌氧生物降解过程提供了新的研究手段.本文以油藏环境石油烃厌氧生物降解途径和生物标志物为重点,综述了石油烃厌氧降解产甲烷机理方面的最新成果,以及宏基因组测序分析手段在油藏相关样品方面的应用及研究进展,讨论了油藏残余油生物气化开采的微生物基础,提出了该领域进一步研究的方向.     

海洋极端环境微生物活动与油气资源关系

为了弄清海洋极端环境下微生物参与油气资源形成和演化的潜在机制, 进行了现代海洋热泉和冷泉等环境中微生物类型分析和生物量估算, 探讨了极端微生物活动和油气资源的潜在关系.认为海洋极端环境下微生物类型主要为细菌和古细菌, 热泉微生物群落主要为异养发酵菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等; 冷泉微生物群落主要为ANME-2族的厌氧甲烷氧化古细菌、硫酸盐还原细菌和ANME-1族厌氧甲烷氧化古菌.这些极端微生物利用CH₄和H₂S等气体进行能量固定, 有较高的生物丰度和较低的分异度, 具有垂向和水平分带性, 并能营生一套独特的宏体生物.极端微生物活动直接和间接地参与了油气资源的形成和改造, 示踪海底油气资源的变迁.对于探索地球早期海洋微生物活动与油气资源形成, 寻找地史时期或华南地史早期烃源岩具有重要理论和实践指导意义.      

完整极性脂质化合物对海洋微生物活动的指示及应用局限性

回顾了近10年来完整极性脂质化合物(IPLs)在海洋微生物研究中的应用及存在的问题,并展望了IPLs应用的发展前景。作为新的热点之一,对海洋水体悬浮颗粒物中IPLs的研究,不仅推进了人们对水柱中IPLs分布和转化的了解,同时也深化了对古环境指标TEX86适用性的认识,有助于更好地开展古环境重建研究。色谱和质谱技术的发展,新型化合物的发现以及IPLs单体碳同位素分析的应用,使得IPLs在示踪海洋环境中真核生物与微生物共生作用、微生物介导的好氧和厌氧氨氧化以及甲烷厌氧氧化作用、微生物的代谢状态等方面也取得了重要研究进展。需要注意的是,由于不同的IPLs降解速率并不一致,其中部分古菌糖脂的降解周期可能远大于微生物群落的更新周期,因此可能并不适于表征活体生物量;同时,环境中氧气含量及有机质浓度也会对IPLs的降解速率造成影响;另外,在微生物不同的生长阶段,或者微生物由于生长环境条件变化产生生理响应时,IPLs组成也可能会发生变化。因此,应用IPLs指示微生物活动和反演古环境时应注意指标的适用性。     

褐铁矿和白云石对垃圾渗滤液厌氧消化增强作用的初步研究

垃圾渗滤液治理一直是城市生活垃圾卫生填埋场的难题。能否利用矿物-微生物交互作用提高垃圾渗滤液有机污染物厌氧转化的效率是值得研究的问题。本文设置4组厌氧生物反应器(分别为只添加褐铁矿或者白云石、同时添加褐铁矿和白云石以及不添加矿物的空白组),考察添加褐铁矿、白云石对垃圾渗滤液厌氧消化的影响。实验结果表明,厌氧生化反应12 d时,添加了褐铁矿和白云石的反应器中COD去除率均达到80%以上,而空白对照组COD去除率仅为50%;4组反应器中溶液pH值变化表明,矿物的存在提高了溶液的pH值0.5左右;4组反应器中氨氮含量变化不大,也没有表现出明显差异。研究认为褐铁矿或白云石矿物在垃圾渗滤液中有机物的厌氧消化过程中起到了重要促进作用。研究结果为提高垃圾渗滤液厌氧处理效率提供了一个可供参考的方法。     

不同基质共代谢降解地下水中四氯乙烯的研究

文中以甲醇、乙醇、甲酸盐、乙酸盐、乳酸盐和葡萄糖作为共代谢基质,利用某污水处理厂厌氧池中的污水(泥)作为接种物,对厌氧微生物进行培养和驯化,降解四氯乙烯(PCE)。实验结果表明,在厌氧污水(泥)和土壤混合环境下培养的微生物,以COD为培养指标,11d可培养成熟。6种基质均能使PCE还原脱氯降解成三氯乙烯(TCE)和1,1-二氯乙烯(1,1-DCE),PCE的降解均符合一级反应动力学方程,反应速率常数大小依次为K乙酸盐>K葡萄糖>K乳酸盐>K乙醇>K甲酸盐>K甲醇,其中乙酸盐是最有效的共代谢基质,其反应速率常数为0·6632d-1。     

污泥屏障渗透性及重金属阻截效果试验研究

目前,废弃物处置场渗滤液中的重金属污染物只能依靠极低渗透性的水力屏障来控制,还不存在利用化学场专门拦截重金属污染物的反应型屏障。在有机结合生活污泥的低渗透性与丰富的有机质和厌氧微生物特性的基础上,提出“污泥屏障”的构想。研究利用柔性壁渗透仪测量不同有效应力作用下生活污泥试样的渗透系数,并对渗出液的化学性质进行了监测,验证污泥屏障的可行性。试验结果表明：随着有效应力的增大,污泥试样干密度提高,渗透系数的对数值随孔隙比的减小线性降低。试样内部微生物厌氧呼吸形成的生物膜和无机物沉淀以及黏土颗粒双电层厚度的增大,也是污泥渗透系数降低的原因,污泥渗透系数仅为 数量级。另外,污泥强烈吸附能力及厌氧微生物呼吸作用形成的中-弱碱性还原环境,对渗透液中的Zn和Cd都起到了很好的拦截作用。     

河北省石家庄市南部污灌区厚层包气带污染物自然衰减的微生物作用潜力评价

本次研究的目的是利用传统的培养技术和现代的磷脂脂肪酸PLFA(Phosphor Lipid Fatty Acid)技术、Biolog技术、16 S rRNA基因变性梯度凝胶电泳DGGE(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)及测序技术,调查石家庄市南部污灌区厚近30 m包气带微生物含量、分布、活性和多样性,评价污灌区厚层包气带污染物自然衰减的微生物作用潜力。包气带沉积物样品通过岩芯钻探获得,用于物理、化学和微生物分析。结果显示,土壤层(5~20 cm)微生物含量高,活性高,代谢类型多,可培养的异养菌与自养菌、好氧异养菌、兼性厌氧异氧菌和专性厌氧异养菌共存;土壤层下伏包气带微生物含量较低,活性降低,代谢类型减少,可培养的细菌主要是好氧性异养菌、兼性厌氧异养菌和好氧自养菌,而且随岩性而变化,在砂层和重粘土层含量低,活性低,而在亚粘土层含量和活性大。研究结果指示土壤层具有很高的污染物生物自然衰减潜力,而且下伏包气带仍有这种潜力,特别是下部溶解有机碳DOC(Dissolved Organic Carbon)含量高的层位潜力更大。