嗜酸微生物与生物冶金技术

生物圈中广泛分布着自然酸性环境和人造酸性环境,为嗜酸微生物(最适生长p H3)提供了生存场所。嗜酸微生物在铁和硫等重要元素的地球化学循环等方面起着重要作用,可应用于冶金领域,具有流程短、成本低、环境友好等优势,目前已经成功地应用于铜、金、铀等金属的提取,成为世界矿物加工的前沿技术。该技术在国外已经实现工业化生产,中国也在逐步推广应用,但仍然存在浸出率和浸出效率低等问题。本文主要介绍嗜酸微生物和生物冶金技术的研究进展,为加强基础理论和应用技术研究提供启示。     

国内外三次采油发展现状和前景

随着社会发展和石油资源的密切关系,以及石油开采技术的进步,三次采油已经越来越受到重视,是油气田开发领域内的一项重大技术突破。根据化学驱、热力驱、微生物驱和气驱四大三采技术,分析国内外三次采油的发展历程、现状和前景。目前,国内三采技术还不成熟,要坚持泡沫驱、微生物驱以及 CO2驱等的室内研究和先导性试验,理论结合实践,稳步前进。     

再谈古生物学向地球生物学的发展:服务领域的拓展与创新

地球科学前沿研究为社会服务是一个永恒的主题,这在当前全球化背景下尤其迫切.古生物学作为一个受人瞩目的精品学科,在向地球生物学发展过程中,其服务领域正不断地拓展和创新.系统地总结了当前地球生物学在全球变化和油气资源两大领域的应用与拓展,以及在关键带和深地两大领域的创新性发展.在全球变化领域,藻类、古菌、细菌等地质微生物的脂类不仅能够用于估算古温度,还可以记录干旱等极端古气候事件,从而实现古温度与古降水信号的分离.地球生物学已经从探索生物对环境的响应深入到生物对环境的作用.地球生物学也在评价烃源岩、储层等常规油气资源领域得到广泛的应用,但当前其更重要的应用表现在页岩气等非常规油气资源领域,包括地质微生物形成页岩中的纳米孔隙,形成易于压裂的长石、石英等矿物.在关键带研究领域,地球生物学可以解剖碳循环与水循环之间的内在联系.聚焦于地质微生物功能群的关键带地质微生物调查,不仅可以查明污染物的分布和污染程度,还可以为环境修复提供技术方法.而在深地研究领域,为拓展对地下空间的利用,需要充分利用地下工程对地下微生物开展调查和研究,以查明地下环境中有害或者有益的微生物功能群分布及其地质作用.      

微生物地质工程技术及其应用

微生物地质工程技术是将微生物参与的生化过程加以控制和利用,来解决工程地质问题的一类新型岩土体水—力学特性改性技术。研究表明该技术具有低成本、环境友好、低能耗和过程可控的优点,是工程地质界近些年的一个热门研究内容,也是现代工程地质学科的重要发展方向。文章基于当前该技术取得的研究进展,系统总结了能被加以控制和高效利用的三种代表性微生物地质工程技术（微生物成矿作用、微生物膜作用及微生物产气作用）的原理及其应用领域。着重对研究最多、应用前景最广的微生物成矿作用改性岩土体力学特性、渗透特性、抗侵蚀性等工程性质及机理进行了阐述,并深入探讨了影响微生物成矿作用改性效果的关键因素（细菌种类、菌液浓度、环境温度、pH值、胶结液、土体性质及灌浆工艺）。此外,文章还详细论述了微生物成矿作用在地基处理、岛礁建设、防风固沙、水土保持、抗裂防渗、文物保护、地灾防治等领域的应用现状,并探讨了该技术当前面临的主要挑战及未来的重点研究方向。     

工艺矿物学近十年的主要进展

我国的工艺矿物学在过去十年中的重大进展主要表现在以下几方面:(1)矿物加工和冶金工艺矿物学的发展与应用;初步建立了矿物-生物浸矿机制和各类微生物冶金的制约因素,为生物选矿和冶金过程中工艺矿物学奠定了新的理论基础.(2)新的分析技术的发展及其应用使工艺矿物学开始从定性走向定量;探测和揭示了微生物在分子水平上与矿物表面相互作用和能量转换.这些研究将有助子了解微生物矿产开采和微生物选矿和冶金的控制因素的机制,为建立一个新的选冶工艺矿物学打下了深厚基础.(3)将矿物的晶体化学,矿物物理学,量子矿物学与工艺矿物学紧密结合,使这门应用学科不仅在选、冶、加工工艺等提取其中的某种有用元素,而且也促进了新兴的矿物材料和技术的发展.总之,在未来新的分析技术发展中,将被更广泛地用于研究矿物质,矿物-水界面和矿物-微生物界面,这不仅在新型的工艺矿物学发展中取得了好的成果,而且在环境矿物学,也有广泛的应用前景.     

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.     

2001-2010年生物地球化学研究进展与展望

阐述了21世纪第一个十年生物地球化学领域的重要研究进展和未来可能的重点发展方向。在近代陆-海系统碳循环的库和通量上已经取得了重要进展,并发现了一些参与氮、硫循环新的微生物功能群。阐述了显生宙生物大灭绝期间碳循环异常的特点及其可能的原因,但对氮、硫循环的了解比较薄弱。地球早期的碳、硫循环与生命起源、大气和海洋水化学条件的关系已经取得重要认识。生物地球化学过程可以通过生态毒理,以及大气成分和海洋水化学条件的改变影响生命系统。微生物地球化学功能的微区、原位、痕量示踪等技术得到快速发展。未来将加强地质历史时期碳、氮、硫循环的定量分析以及空间变化的研究,各种元素循环之间的相互关系及其界面过程、极端环境的生物地球化学过程将进一步受到重视。生命科学领域重要技术的引入将提升生物地球化学过程的研究。     

大洋锰结核氨浸渣脱硫剂的制备与再生性能

随着陆地矿产资源的日渐匮乏,开发利用以锰结核为代表的海洋矿产资源已经成为21世纪举世瞩目的战略课题。目前大洋锰结核冶炼工艺尚处于试验阶段,主要有湿法、火法-湿法联合流程和微生物萃取法等(孙传尧,2003)。而无论何种冶炼工艺,都将产生大量固体废渣,其中,锰结     

海洋微生物气溶胶的丰度、群落结构及影响机制

微生物气溶胶在微生物传播和生态系统多样性维护上发挥着核心作用,并且可成为有效的冰核(IN)和云凝结核(CCN)对气候产生显著影响。海洋是大气中微生物的重要源和汇,然而,关于海洋微生物气溶胶丰度和多样性分布的信息知之甚少。系统梳理了已研究报道的海洋微生物气溶胶的丰度、粒径分布和群落结构,以及影响其分布的各种环境和气象因素;列出了微生物气溶胶的常用测定方法及发展态势;最后指出该研究领域亟待解决的问题和未来方向,包括建立标准的海洋微生物气溶胶采集和处理技术,增加开阔大洋的航次观测资料,采用先进的分子生物学技术与传统分析手段结合等。为后续海洋微生物气溶胶的深入研究,揭示其来源、活性、气候和生态效应提供了全面重要的信息。     

环境介质中高氯酸盐污染及微生物修复技术研究进展

高氯酸盐(ClO4-)是一种有毒的无机阴离子,其环境污染问题引起了广泛关注,控制与修复高氯酸盐污染环境成为新的研究热点,其中微生物修复技术最具应用前景。国外已开展环境中高氯酸盐污染现状的调查工作,利用微生物修复技术去除高氯酸盐取得了一定的成果,但我国的相关研究较少。文章综述了近年来国内外高氯酸盐的污染现状及微生物修复高氯酸盐的最新研究进展。由于高氯酸盐的高水溶性和低吸附性,当前研究最多的是高氯酸盐水体污染,这些水体通过饮用水(源水)或食物链直接或间接地对人类健康造成影响。在微生物修复方面,从有机电子供体,无机电子供体(H2、Fe0等),电子受体(O2、NO3-、SO24-)及微生物的生长环境因素(pH值、温度、氧化还原电位、盐度)等方面总结了各因素对微生物修复技术去除高氯酸盐效果的影响,以期为我国开展微生物处理技术在高氯酸盐污染修复领域的实践应用提供参考。     

微生物地质技术及其应用前景

在分析和总结微生物地质技术研究现状和应用前景的基础上,分析和探讨微生物的特性及其作用机理,为我国矿床研究、低品位和难选矿石的选治及其它研究领域提供了一种生物学方法。     

微生物灌浆加固土体研究进展

水泥和化学浆材是土体加固中最为常用的胶凝材料,但由于存在着高能耗、高污染排放和高成本等缺点而限制了它们的应用。微生物灌浆加固技术是最近发展起来的一种新型的土体加固方法,通过向松散砂土中灌注菌液以及营养盐,利用微生物矿化作用在砂颗粒间快速析出方解石凝胶,改善土体的物理力学性质。系统总结了国内外关于微生物灌浆加固土体的室内及现场试验研究,同时对固化土体的工程特性、原位无损测试方法以及灌浆效果的影响因素等进行了论述。研究表明,微生物灌浆技术具有施工扰动小、灌浆压力低、环境友好等优势,并可显著提高土体的强度、刚度及抗液化性能,在土体加固领域有着非常广阔的应用前景,但关于微生物固化土体的耐久性以及灌浆的经济性等问题仍需进行深入的探讨与研究。     

畜禽养殖业养殖废物堆肥化处理技术的研究

随着我国畜禽养殖业的快速发展,畜禽养殖废物尤其是畜禽粪便产生的环境问题越来越显现出来。本文针对传统堆肥处理技术中存在的问题,从畜禽粪便堆肥中筛选出能加快堆肥升温和促进纤维素等大分子有机物分解的高效微生物菌株;研究在添加外源高效微生物的情况下,不同条件对堆肥的影响,优化和确定较佳的堆肥工艺,为畜禽粪便的无害化资源利用、商品化及产业化开发提供理论和技术支撑。     

极端环境下的微生物及其生物地球化学作用

极端微生物是地球生物圈的重要组成部分。极端微生物的地球化学定位在微生物学与地球化学以及一些相关学科的交叉点上,最近10年已经发展成为地质生物学研究的热门领域。对极端微生物的研究不仅有助于回答生命起源、生命极限、生命本质甚至其他生命形式等生命科学问题,而且其生物地球化学作用在地球系统科学研究中具有重大科学研究价值,对揭示生物圈与地圈协同演化的奥秘、认识生命与环境相互作用规律及地球的化学演化提供重要证据。总结了嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜压菌、嗜盐菌以及抗辐射菌的主要类群,论述了极端微生物适应环境的机制,探讨了极端微生物的生物地球化学意义。作者预测未来将会在生物标志化合物研究、同位素地球化学分析和分子生物学综合研究的基础上协同推进极端微生物地球化学学科的发展。     

水文地球化学研究现状与进展

1938年,“水文地球化学”术语提出,至今水文地球化学作为一门独立的学科得到长足的发展,其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学及同位素方法的深入研究,以及人类开发资源和保护生态的需要,水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域,并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。     

菌液注射方式对微生物固化砂土动力特性影响试验研究

微生物固化技术是近年来岩土工程领域兴起的一种新型环保地基处理技术,该技术通过向待固化土体内注入细菌,利用细菌水解尿素,并在引入钙源的条件下,诱导产生碳酸钙晶体以胶结松散土颗粒。在微生物固化过程中,碳酸钙晶体分布的均匀性是目前该技术研究的热点之一。文中尝试通过在纯菌液中引入0.05 mol/L氯化钙溶液(称为混合菌液)对细菌分布进行人为干预,并基于动三轴试验及扫描电镜测试,对比分析了纯/混菌液、混合菌液及传统纯菌液等注射方式对微生物固化砂土动力特性的影响。试验结果表明:纯/混菌液注射方式能有效提高微生物固化砂土中碳酸钙晶体分布的均匀性,从而获得碳酸钙含量较高、动弹性模量较大及耗能能力较强的微生物固化砂土。     

长石微生物风化作用的研究现状与展望

矿物—微生物相互作用是地球表生环境下重要的地质作用类型,由于硅酸盐矿物的微生物风化影响着地球物质循环及地貌的形成和演变,尤其受到地质地球化学领域的关注。作为地球表层分布最广的硅酸盐矿物类型,长石在风化分解过程中,微生物通常会以流体模式、生物膜及真菌菌丝等方式与矿物表面发生作用。而长石在微生物作用下的分解机制主要包括质子交换和配体络合作用。微生物生理活动、微生物及代谢产物种类、生长条件,以及长石的种类、结构、成分及表面特征等均会影响其风化速率和风化程度。由于长石在硅酸盐矿物中的代表性,因此对长石—微生物作用模式、机理、影响因素等方面的研究,可以大大促进硅酸盐的微生物地质学的发展。     

地质微生物学中几项最新研究进展

地质微生物学是地质学和微生物学之间的交叉学科,在过去的十几年中已取得了突飞猛进的发展。该研究领域涉及全球许多种极端环境,例如从地下深部结晶岩、古沉积岩、到现代超盐度湖泊、干旱的沙漠和热液喷口系统等。因为地质微生物学进展的综述可能要用一本专著方可阐述清楚,作者在此仅对地质微生物学几个活跃的前缘研究领域进行了综述,包括大陆深部、盐碱环境、干旱沙漠等极端环境中的微生物生态,白云石的微生物成因,古代沉积岩中的微生物古DNA及其环境意义以及海洋地质微生物学等几个方面。这些研究证明了将地质过程和微生物作用联系起来的重要性。     

吃管法管道更换技术特点与现状分析

非开挖技术经过多年的发展日益蓬勃,在隧道开挖、管道铺设、管道修复与更换等各种领域扮演着越来越重要的角色。在管道更换领域,常见的非开挖技术是爆管法,通过气动锤、液压胀管器等等扩孔爆管装置将原管道爆裂,同时通过项进装置将新管道顶入。吃管法则是与爆管法不同的更换工艺。本文将以常见的吃管法施工设备为切入点,介绍吃管法工艺,了解其设备工艺、技术特点以及发展现状。     

脂类单体碳同位素在湖沼古环境和古生态重建中的研究进展

地质载体中保存的脂类来源于生物细胞膜、叶片蜡质层等,能够指示特定的生物分类学类群或微生物功能群,也能够记录生物生长或早期成岩过程中的生态环境信息,已经成为第四纪古环境和古生态研究的重要手段。除了化合物含量和分子组成,脂类的碳同位素组成也蕴含着重要的生态或环境信息。对于光能自养生物,这些信息来自光合作用和脂类的生物合成过程;对于异养生物,信息则来自摄食的底物和脂类的生物合成过程。总结了近些年来湖沼沉积中脂类单体碳同位素的研究进展,从长链正构烷烃、脂肪酸、陆源五环三萜等高等植物脂类和磷脂脂肪酸、藿类、四醚膜脂等微生物脂类等2个领域进行了系统阐述。在今后的发展中,需要重视实验技术,开发适合小样品量的分析方法,建立直接测试藿类和四醚类等分子量相对大的脂类碳同位素组成的新技术,加强单体放射性碳同位素的应用;可以考虑多种脂类碳同位素的联合、同一脂类单体碳同位素和单体氢同位素的联合;建议加强脂类单体碳同位素在生物地球化学过程,特别是微生物地球化学过程对过去全球变化的响应研究。