以污泥提取液为生长介质的纤细角毛藻培养与CO2生物固定

污水污泥(MSS)中含有大量的氮磷营养盐,以其替代传统培养基作为微藻的营养来源,将显著降低微藻吸收固定CO2的成本,增强微藻在工业碳减排中的应用潜力。本研究以污水污泥提取液与海水的混合液作为纤细角毛藻(Chaetoceros gracilis)的生长介质,同时通入高浓度(5%～20%)CO2,在优化培养条件的基础上,将微藻接种到螺旋管式光生物反应器中进行动态试验,并逐日测定相应的藻生物量和固碳能力。结果表明,在污泥提取液和海水的混合体系中,纤细角毛藻的最适生长条件为:通入10%CO2气体,污泥提取液和海水按照1∶29比例混合,温度为30℃,光照强度为6 000lx。当保持10%CO2的通入速度为20mL·min-1时,生物反应器的适宜运行条件为:藻接种量1×106cells·mL-1,循环流量1 200mL·h-1。在上述优化条件下,最大藻生物量产率(0.36g·L-1·d-1)和最高固碳速率(0.67g·L-1·d-1)出现在循环培养第5d;此外,培养液中氮、磷营养盐的利用程度较高,NO3--N、NH4+-N、NO2--N、PO43--P的去除率分别达到96.9%、93.3%、78.0%和88.5%。     

电渗析-厌氧膜生物反应器处理含甘油高盐废水

利用电渗析(ED)-厌氧膜生物反应器(AnMBR)处理含甘油高盐废水,电渗析过程脱盐率达99%以上,平均能耗为616kJ/L,电流效率91.4%。AnMBR处理含甘油废水过程中COD去除率达95%,膜在COD去除中发挥了重要作用,其COD截留率为41%~81%。期间发生膜污染现象,跨膜压差快速上升并最终稳定在0.040~0.043MPa。AnMBR沼气中甲烷比例为78.3%,甘油比产甲烷速率0.252LCH4/g甘油。甘油在厌氧条件下首先转变成丙酸,然后再被分解。研究证明,在厌氧处理甘油的过程中有机负荷不宜过大,否则会造成严重的挥发性脂肪酸(VFA)积累,尤其是丙酸的积累。此外,CaCl2浓度与甘油转化关系的实验结果表明:厌氧菌群受到4%以下盐度冲击时能在6d内恢复活性,受到6%以上盐度冲击将导致活性恢复缓慢。因此,厌氧反应器进水盐度需控制在4%以内。研究还发现VFA中丙酸所占比例随着盐度升高逐渐下降,说明高盐度会使厌氧菌活性受到抑制,影响甘油降解。     

天然气水合物的上界面——硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面

定义了海域天然气水合物成矿带的上界面。指出在地球深部存在最原始的、从根本上不依靠光合作用来生存的生命系统。根据对ODP岩心样品中微生物数量的统计,海底以下沉积层中的生物数量可能占据全球原核生物总量的70%,其生物总碳量和地球表面所有植物的碳总量相当。地球内部如此巨大的生物总量应该在地壳中的气体分布等方面起着重要作用。甲烷在地壳层中广泛存在,并主要是微生物成因的。微生物产甲烷的途径主要有两个,一是二氧化碳还原,另一个是醋酸盐发酵。相应地,参与产甲烷的微生物菌群主要是产甲烷菌和食醋酸菌。甲烷在沉积层中的厌氧氧化是一个不争的事实。该过程发生在海底以下一个非常局限的区带,称为硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带。通常,这个区带很窄,仅为一个面,因此,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带又称硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面。这是一个基本的生物地球化学界面,在功能上它起到屏蔽甲烷向海底和大气逸散的作用,是一个巨大的甲烷汇。甲烷的厌氧氧化同样是一个由微生物介导的过程,参与此过程的微生物主要是食甲烷古菌和硫酸盐还原菌。硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面在海洋沉积层中一般深可达海底以下上百米,浅可至海底。此界面为天然气水合物的上界面,该界面以上没有甲烷...     

自组装膜进样质谱系统及其在砂质沉积物异化硝酸盐还原研究中的应用

沉积物中的异化硝酸盐还原过程对于海洋氮循环起着至关重要的作用。基于15N标记的培养技术是目前测定沉积物异化硝酸盐还原的主要手段。准确快速测定15N标记的产物(29N2、 30N2)是量化异化硝酸盐还原各个过程速率的关键。本研究自行组装膜进样质谱系统用于29N2和30N2的测定,对其测量条件进行了优化。结果表明,进样蠕动泵进样流速0.80 mL/min,进样时间3~3.5 min,恒温槽温度20~25℃,同时铜还原炉温度在300~600℃的条件下,^29N2/^28N2和^30N2/^28N2的测试精密度分别可以控制在0.1%和1%以内,比较适合29N2和30N2的测定。利用自组装的膜进样质谱系统结合15N标记的培养技术研究了青岛石老人沙滩沉积物中的异化硝酸盐还原过程。石老人沙滩沉积物不存在将硝酸盐完全还原为氮气好氧的反硝化。厌氧铵氧化、厌氧反硝化和异化硝酸盐还原为铵(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium,DNRA)的潜在速率(以湿沉积物N计)分别为(0.05±0.01) nmol/(cm^3·h),(2.32±0.21) nmol/(cm^3·h)和(1.02±0.15) nmol/(cm^3·h)。厌氧反硝化是硝酸盐异化还原主要的贡献者,其比例接近70%,其次是DNRA,比例可达30%,而厌氧铵氧化的贡献最低,仅为1%。在N2产生过程中,主要贡献者是反硝化,厌氧铵氧化的贡献仅为2%。     

盐度对上流式厌氧污泥反应器脱氮性能的影响

采用模拟废水研究了1.5%盐度对厌氧反硝化上流式厌氧污泥反应器(DN-UASB)脱氮效能及工艺稳定性的影响。实验结果表明,当进水NO~-_3-N浓度为1 000 mg/L,C/N为4.5时,1.5%盐度下DN-UASB反应器最高氮去除速率(NRR)可达35.52 kg/(m~3·d),最高COD去除速率(CRR)可达127.8 kg/(m~3·d),高于无盐下DN-UASB反应器最高NRR与CRR(分别为28.61和94.5 kg/(m~3·d))。1.5%盐度可提高DN-UASB脱氮效能,且无明显NO~-_2-N积累。1.5%盐度、无盐条件下DN-UASB反应器C/N均随氮容积负荷(NLR)提升而降低,高负荷工况下1.5%盐度环境下C/N降幅达21.4%,高于无盐环境下的C/N降幅(4.7%)。1.5%盐度、无盐环境下,高负荷工况出水TN、COD浓度均较常负荷工况呈现明显波动。1.5%盐度可减缓出水水质波动,使出水水质更稳定,出水TN的变异系数比和极差系数比较无盐条件分别降低40.1%与32.8%,出水COD的变异系数比和极差系数比较无盐条件分别降低58.7%与44.3%,更有利于反应器稳定运行。     

一株海洋芽孢杆菌B09的筛选及其发酵条件优化研究

从海水养殖环境中筛选出一株具有较强抗菌活性的芽孢杆菌B09,并对其进行抗菌活性研究和发酵条件优化。结果显示B09对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、鳗弧菌等致病菌有较强抑制作用,其最佳发酵条件如下:KB培养基(蛋白胨20g,甘油10mL,K2HPO41.5g,MgSO4.7H2O1.5g,水1000mL),发酵温度32℃,发酵起始pH为7,发酵时间48h,250mL的三角瓶装量100mL,接种量1%。     

产壳聚糖酶菌株发酵条件优化及壳聚糖酶的分离纯化研究

从土壤中筛选得到一株产壳聚糖酶菌株P003,对其进行了发酵条件优化.结果表明其最适发酵培养条件为:(NH4)2SO42.0%,粉末壳聚糖1.0%,葡萄糖0.1%,K2HPO40.07%,KH2PO40.03%,NaCl 0.5%,MgSO4·7H2O 0.05%,酵母提取物0.3%,调pH至5.0;2.0%接种量,500 mL三角瓶装液量为150 mL,32℃下150 r/min摇床培养96 h,在此条件下菌株发酵液的壳聚糖酶活力达108 u/mL.采用硫酸铵分级盐析、离子交换层析和凝胶过滤层析等方法,从菌株的发酵液中分离出了分子质量为30.5 ku的壳聚糖酶.     

不同适温海洋富油微藻在富碳培养条件下的油脂积累特性研究

本实验分别针对3株低温藻株:微拟球藻Nannochloropsis sp.ZL-12、四爿藻Tetraselmis chui ZL-33和小球藻Chlorellasp.ZL-45,3株中温藻株:球等鞭金藻Isochrysis galbana CCMM5001、等鞭金藻Isochrysis sp.CCMM5002和微拟球藻Nannochloropsis sp.CCMM7001,3株高温藻株:微拟球藻Nannochloropsis sp.JN1、绿色巴夫藻Pavlova viridis JN2和海洋小球藻Chlorellasp.JN3,研究了在通入0.03%(空气)、5%、10%3个CO2浓度梯度条件下的生长特性,同时考察了其总酯及中性脂的累积情况。结果显示,富碳培养有利于不同温度条件下9株藻株的生长,除微拟球藻Nannochloropsis sp.CCMM7001最适生长的CO2浓度为5%外,其余8株藻株最适生长的CO2浓度均为10%。在低温和高温条件下,6株海洋富油微藻在通入10%CO2时具有最大生物量产率,在中温条件下球等鞭金藻和等鞭金藻在通入10%CO2时获得最大生物量产率,而微拟球藻在通入5%时获得最大生物量产率,随着CO2浓度的增加,9株藻株的总脂含量和中性脂含量有明显提高。低温和中温藻株的总脂含量高于高温藻株的总脂含量,从中性脂的累积规律来看,9株藻株均在平台期的累积达到最大值,GC-MS分析结果表明,9株微藻适合制备生物柴油的C14~C18系脂肪酸相对含量在不同CO2条件下基本保持不变,维持在90%左右。实验结果显示,所研究的藻株作为富油高固碳优良藻株,具备用于海洋生物质能耦合CO2减排开发的潜力。     

混合发酵产甲壳素酶发酵条件优化及粗酶部分性质研究

利用甲壳素作为唯一碳源从土壤中筛得的真菌d,与细菌s混合发酵,对其最适产酶条件、所产甲壳素粗酶的制取以及粗酶性质进行初步研究。结果表明,混合发酵产酶的能力与单独发酵相比显著提高,混合发酵最适培养基组分为(×10~(-2) g/mL):尿素1.0,K_2HPO_4 0.07,KH_2PO_4 0.03,MgSO_4 0.05,酵母粉0.5,甲壳素1.0,pH 5.5,接种量2%(体积分数),32℃,130 r/min培养72 h,500 mL锥形瓶培养基装量为100 mL。经过优化,发酵液中甲壳素酶活力从0.73 U/mL提升到1.19 U/mL。通过对粗酶性质初步的研究,发现该酶有较好的稳定性。     

高盐条件下pH对同步短程硝化反硝化脱氮性能及微生物群落的影响

本研究采用复合序批式生物膜反应器(HSBBR)处理高盐废水,考察了进水pH对反应器性能和微生物群落结构的影响。进水pH值由7.8降至6.0和5.0以及由5.0恢复到7.8,对污染物去除效能和稳定性影响较小,COD、NH⁺₄-N和总无机氮的平均去除率保持在96%、99%和91%以上。进水pH改变对NO^-₂-N积累产生明显影响,pH为7.8条件下周期内NO^-₂-N最大积累量为7.07～8.15 mg·L^-1,明显高于pH值为6.0和5.0时的值(4.81和2.23 mg·L^-1)。进水pH由5.0提升至7.8悬浮污泥和生物膜的微生物多样性均降低。进水pH为5.0时,反应器内相对丰度前三位的菌属为反硝化菌Defluviicoccus(14.7%～27.3%)和Candidatus＿Competibacter(22.7%～26.0%)及聚磷菌Candidatus＿Accumulibacter(11.8%～17.8%);p...     

前言

天然气水合物,又称笼形晶合物(Clathrate) ,它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物,其天然气成分有如CH4 、C2 H6 、C3H8、C4 H10 等同系物以及CO2 、N2 、H2 S等。其中当甲烷分子含量超过99%时称为甲烷水合物(MethaneHydrate)。天然气水合物发现于1 9世纪初,当时,其生成与沉淀常给输气管道、气井和一些工厂设备带来许多麻烦。自2 0世纪60年代开始,原苏联、美国、荷兰、德国相继开展了天然气水合物的结构与热动力学研究。70年代初,原苏联学者论…     

以可生物降解聚合物为碳源去除海水闭合循环养殖系统中的硝酸盐

针对海水闭合循环养殖系统废水脱氮过程中低C/N的问题,采用室内试验装置,研究了以可生物降解聚合物材料(BDPs)PBS为碳源和生物膜载体的填料床反应器对含盐水体中硝酸盐的去除效果及其影响因素。结果表明,反应器能有效去除含盐水体中的硝酸盐,出水DOC浓度小,出水pH值随反硝化反应的进行有上升的趋势。温度和水力停留时间对反应器的脱氮效率影响较大,在温度为14~30℃范围内,温度为30℃时的反硝化速率比14℃时的2倍还要大,反硝化温度常数为0.039;水力停留时间对NO3?-N去除率起重要作用,NO3?-N去除率随水力停留时间的延长而提高。进水NO3?-N浓度对反应器的处理效率有一定影响,浓度过高会导致NO3?-N去除率下降。反应器对进水pH值和DO冲击负荷的适应能力很强,当进水pH值在5.0~9.0与进水DO在2.1~6.8 mg/L范围内变化时,反应器的NO3?-N去除率基本没有变化。     

用于海水脱硫恢复系统的电化学-化学复合氧化方法探讨

本文将聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)刷电极用于海水脱硫电化学辅助恢复系统,研究不同初始pH、不同刷电极组合方式、一次海水掺混量、停留时间和二次海水掺混量等参数,在电化学-化学复合氧化和单独化学曝气处理时对SO2-3氧化效率和排水pH值的影响。结果表明,PAN-CF刷电极对SO2-3具有显著的电催化活性,电化学氧化效率与初始pH(3~6)值无关,而化学氧化则在pH增加时氧化效率升高。在一次掺混比2∶1时,相比于单独化学氧化处理4 min的结果(SO2-3氧化效率仅为88%),采用电化学-化学复合氧化处理2min后SO2-3氧化效率已达91.2%,而后再化学曝气处理2min可使SO2-3氧化效率达到95%,海水的pH值提升到6.04。因此,复合氧化比单独化学曝气处理更易形成有利的二次掺混条件,使二次掺混比低至0.5∶1时,pH、溶解氧和SO2-3浓度就可达到排放标准。     

超临界CO2提取海鞘脂肪酸的研究

用超临界CO2从柄海鞘(Styela clava)干粉中提取多不饱和脂肪酸。通过正交实验对提取工艺进行研究,得其最佳提取条件为:萃取温度50℃,萃取压力20 MPa,萃取时间2 h,夹带剂乙酸乙酯体积(mL):柄海鞘干粉质量(g)为1∶2。按此工艺,脂肪酸得率为19.5%。利用气相色谱进行分析,其多不饱和脂肪酸含量为75.77%,二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)含量之和为19.47%。     

碳氮比对移动床生物膜反应器处理海水养殖废水性能的影响

本文研究碳氮(C/N)比变化对移动床生物膜反应器(MBBR)处理海水养殖废水性能的影响。结果表明,当C/N比从7∶1降至3∶1,出水COD浓度无明显变化,平均去除率保持在90%以上。C/N比的变化对脱氮过程有较大影响,当C/N比从7∶1降低至3∶1,NH⁺₄-N去除率由89.51%±1.24%增至92.70%±1.08%,NO^-₂-N浓度由(4.84±0.50)mg/L降至0 mg/L,NO^-₃-N浓度由(0.47±0.29)mg/L升至(8.12±0.25)mg/L。C/N比的降低提高了比氨氧化速率、比亚硝酸盐氧化速率和与硝化相关的微生物酶活性,但降低了比耗氧速率、比硝酸盐还原速率、比亚硝酸盐还原速率、脱氢酶活性和与反硝化相关的微生物酶活性。松散型胞外聚合物和紧密型胞外聚合物的多糖含量随C/N比的降低而降低,说明在低COD条件下,多糖能够被微生物利用。微生物群落的丰富度和多样性随C/N比的降低而降低,硝化菌属(Nitrosomonas和Nitrospira)和反硝化菌属(Azoarcus、Comamonas、Hyphomicrobium、Paracoccus、Thauera、Devosia、Pseudomonas和Rhodanobacter)的相对丰度发生改变,从而影响MBBR脱氮性能。     

基于空气阴极的微生物燃料电池处理含铬(Ⅵ)废水

本文构造碳布阳极、光谱纯(SPG)石墨板阴极的双室微生物燃料电池(MFC),向阴极曝气建立空气阴极体系,在此基础上考察其对含铬(Ⅵ)废水的去除效率及其产电性能。结果表明,铬(Ⅵ)初始浓度一定时,铬(Ⅵ)的去除效率和电池的最大输出功率都随着pH值的降低而升高,在pH=2时获得最佳的处理效果和产电性能,初始浓度为50mg/L的铬(Ⅵ)经过50h的处理后,去除率达到100%,同时获得的最大功率密度达568.43mW/m2;保持最佳的pH条件(pH=2),铬(Ⅵ)的初始浓度由10mg/L增加到100mg/L时,铬(Ⅵ)转化去除所需要的时间由10h上升到90h,最大功率密度也由156.06mW/m2增加到705.33mW/m2;通过氮气阴极与空气阴极的对比,空气阴极不仅能加快铬(Ⅵ)的去除效率(提高约20%)而且能增大系统的最大功率密度,从而提高MFC的产电性能。     

珠江口及其邻近海域沉积物甲烷-硫酸根界面分布深度及影响因素

利用化学和稳定同位素化学等方法分析研究区沉积物间隙水甲烷和硫酸根、pH和∑CO2以及δ^13C—CH4和δ^13C—ECO2的垂直剖面分布。结果显示,间隙水硫酸根浓度呈线性梯度减小,至沉积物甲烷-硫酸盐界面（sulfate-methane interface,SMI）附近,硫酸盐几乎全部消耗而甲烷浓度急剧增大;与此同时,间隙水pH和∑CO2在该深度位置明显升高。间隙水地球化学特征揭示了沉积物发生了AOM作用。在AOM过程中,由于^12CH4氧化速率较^13CH4快,故引起沉积物间隙水剩余甲烷的碳同位素偏重,而δ^13C—ZCO2值变为极负,珠江口QA11—2、QA12-9、QA12—14和GS-1四个站位SMI对应深度分别为12cm、38cm、50cm和204cm,而南海BD-7站位由间隙水硫酸根剖面变化推算约为600cm。从珠江河口到南海沉积物,由于受陆源输入的减少,表层沉积物有机质含量呈降低趋势。有机质输入量及其活性的高低是制约了沉积物SMI分布深浅的关键因素,这是由于高含量的活性有机质一方面可加速间隙水硫酸根通过有机质再矿化分解作用途径消耗;另一方面可引起向上扩散进入AOM反应带的甲烷通量增大,使得通过AOM作用的硫酸根消耗通量相应增大,其结果造成沉积物SMI的上移。根据沉积物C／N比值以及^13C剖面变化,推断AOM作用的可能发生机制是由于在沉积物表层再矿化作用过程中,因一部分活性有机质被大量消耗,导致进入沉积物硫酸根还原带底部的活性有机质数量相应减少,从而引起部分硫酸根转为与甲烷发生反应,并在微生物的作用下完成AOM过程。     

海洋弧菌QJH-12发酵产琼胶酶条件的优化

从中国南海海域分离到了一株具有较高琼胶降解活性的弧菌Vibrio sp.QJH-12,该菌株为革兰氏阴性菌,呈弯曲杆状,极生单根鞭毛,氧化酶阳性,过氧化氢酶阳性,O/129试验阳性。在琼胶平板上生长可软化琼胶,并在菌落周围产生凹陷。通过单因子实验和正交实验确定了培养基的最佳组成:琼胶2.0‰,柠檬酸三铵1.0‰,K2HPO41.0‰,NaCl1.0%。确定该菌株的最适发酵产酶条件:装液量为250mL的三角瓶中装入125mL的液体发酵培养基,培养基起始pH6.5,摇瓶转速150r/min,30℃发酵培养26h,发酵液的酶活力达到332U/mL。结果表明,该菌株从产酶活力和发酵特点等各方面具备工业化开发的潜力。     

褐藻胶裂解酶产生菌Vibro sp.QY102的发酵条件优化

对海洋来源的Vibro sp.QY102的产褐藻胶裂解酶的发酵条件进行研究。结果表明,该菌株最适液体培养基成分为(w/v):0.5%褐藻酸钠;0.4%蛋白胨;0.3%KH2PO4;0.7%K2HPO4.3H2O;2%NaCl;0.01%MgSO4.7H2O,pH=6.0。按3%的接种量接入培养基,30℃150 r/min振荡培养120 h,产酶达到10.2 U/mL,为优化前的4.5倍。Mg2 是该菌株产酶所必需的,这在其他褐藻胶裂解酶生产菌株中未见报道。该菌株产酶发酵条件的研究,为褐藻胶裂解酶的大规模制备及应用奠定了基础。     

拉恩氏菌Rahnella sp. PJT09发酵产胞外多糖的研究

研究拉恩氏菌(Rahnella sp. PJT09)胞外多糖的发酵条件,并进行多糖结构分析。通过单因素试验及正交试验确定拉恩氏菌Rahnella sp. PJT09发酵产糖的最适培养基组成为(g/L):蔗糖40,酵母膏3,NaCl 0.5,ZnCl20.3,K2HPO41;最佳发酵条件为每250 mL三角瓶装液量为100 mL,接种量为3%(体积分数),初始pH值为6.0,28℃,160 r/min培养54 h。在此条件下,Rahnella sp. PJT09多糖产量可达18.51 g/L。采用高效凝胶渗透色谱技术(HPGPC)测定了多糖的分子量,13C-NMR技术确定多糖的结构。研究表明,Rahnella sp. PJT09多糖为重均分子量320 kDa的-β2→6-D-果聚糖。