固定化混合菌修复冻融土壤PAHs污染的研究

从石油污染冻融土壤中筛选出1株细菌(Pseudomonas sp.)和1株真菌(Mortierella alpina),以玉米芯为载体对混合菌进行固定化,研究低温冻融环境下,固定化混合菌对菲(Phe)和苯并[b]荧恩(BbF)污染土壤的生物强化修复作用。通过高效液相色谱法(HPLC)分析Phe和BbF的降解动态,用Michaelis-Menton与Monod动力学方程将结果进行拟合,采用高通测序分析修复过程中微生物群落的变化。结果表明,处理前,冻融土壤中Phe、BbF的浓度分别为(105.4±4.8)、(6.12±1.1)mg·kg~(-1),60 d修复试验后,固定化混合菌可降解土壤中(56.62±3.21)%的Phe和(38.21±1.82)%的BbF,固定化混合菌对冻融环境有较好的抗性,其降解能力优于游离菌。修复试验中,稳定前期降解速率均高于稳定期降解速率。固定化混合菌的投加,提高了Phe、BbF的降解速率,缩短了Phe、BbF降解的半衰期,反应速率分别提高至2.02、0.65 d-1,半衰期分别缩短至50.17 d和82.12 d;改变了土壤中微生物的群落结构及多样性,其中细菌的多样性和均匀度均降低,多环芳烃(PAHs)的降解与细菌的群落多样性和均匀度呈现负相关;细菌变形杆菌门(Proteobacteria)和真菌鞭毛菌门(Mortierellomycota)成为主要的优势菌门,相对丰富度分别为88.72%和81.15%;细菌假单胞菌(Pseudomonas sp. SDR4)和真菌高山被孢霉菌(Mortierella alpina. JDR7)相对丰度分别上升至80.03%和81.15%,形成了显著的降解真菌-细菌共生优势菌株体系,明显提高了低温土壤中的PAHs污染的修复效果。固定化混合菌可广泛应用于冻融环境下土壤PAHs污染的生物强化修复。     

粘土矿物固定化微生物对土壤中阿特拉津的降解研究

以粘土矿物为载体,采用吸附挂膜法对已筛选的阿特拉津降解菌株进行固定化,并应用固定化微生物降解土壤中的阿特拉津.结果表明,该菌株在粘土矿物上生长良好,根据菌种生理生化特性、环境扫描电镜图片以及16SrDNA基因的相似性分析初步鉴定该菌株为Ochrobactrum sp..接种降解菌能明显加快阿特拉津在土壤中的降解速率,粘土矿物固定化微生物的降解效果要明显优于游离菌,粘土矿物粒径越小,固定化微生物的降解效果越好,纳米粘土矿物同定化微生物的降解效果要好于原粘土矿物.用一级动力学方程描述阿特拉津在土壤中的降解过程,不同土壤中阿特拉津的降解速率不同.阿特拉津在红壤、砂姜黑土、黄褐土中的降解半衰期(t1/2)分别为36.9、49.1、55.0 d,投加纳米蒙脱石固定化降解菌后的半衰期则分别为16.3、25.3、21.7 d.     

4环HMW-PAHs降解菌的筛选、鉴定及降解特性

利用富集培养法从河北省典型煤矿区土壤中分离到1株4环高环芳烃(HMW-PAHs)降解菌,经形态特征观察和18S rRNA序列分析确定该菌株为镰刀菌属(Fusarium sp.),命名为Y15。通过室内摇瓶和土壤培养试验,研究了其对4环HMW-PAHs的降解性能。结果表明,室内摇瓶培养7 d后,Y15接种量为100 m L/L时,对初始浓度为10 mg/L的芘(Pyr)、苯并[a]蒽(BaA)、■(Chry)的降解效率分别为52.94%、32.14%、33.93%。其中,对Pyr的降解率随初始浓度的升高呈先升高后降低的趋势,在40 mg/L时降解率最高,为69.67%。Y15接种在PAHs污染的土壤中,经30 d培养试验,Y15对3种高环芳烃Pyr、Ba A、Chry的总降解率为13.15%。在3种PAHs中,Y15对Pry的降解率显著高于对Ba A、Chry的降解率(P0.05)。从土壤酶活性变化规律看,与添加灭活菌液的对照组相比,添加菌液处理的土壤多酚氧化酶和过氧化物酶活性明显降低。综上所述,该菌株是1株能以4环HMW-PAHs为唯一碳源且具有高效降解功能的潜在降解菌。     

紫外辐射强度对土壤中PAHs催化降解的影响

以土壤为介质,菲(Phe)、芘(Pyr)和苯并[a]芘(BaP)为目标污染物,研究了纳米TiO2和Fe2O3为催化剂下,紫外辐射强度对光催化降解多环芳烃及动力学参数的影响.结果表明,随着辐射强度的增加,光催化降解PAHs的速率常数增加,半衰期缩短.当辐射强度从527 μW·cm-2增加到1 071 μW·cm-2,纳米TiO2催化下,BaP光催化降解速率常数从0.0053 h-1增加到0.007 8 h-1,Pyr降解速率常数从0.001 7 h-1增加到0.0037h-1,Phe降解速率常数从0.003 9 h-1增加到0.0060h-1;Fe,2O,3催化下,BaP光催化降解速率常数从0.004 9 h-1增加到0.006 9 h-1,Pyr降解速率常数从0.001 6 h-1增加到0.003 6 h-1,Phe降解速率常数从0.003 8 h-1增加到0.005 3 h-1.随辐射强度的增加,Pyr的光催化降解的速率常数和半衰期变化最大.     

多环芳烃高效降解菌的筛选

以多环芳烃芘和苯并(a)芘为供试物,对多株土著菌和引进菌同时进行筛选试验.结果表明,引进菌经过驯化后对芘和苯并(a)芘都具有一定的降解能力,降解率在30%～80%,通过SPSS数理统计分析软件对数据进行处理后得出,引进细菌B61、B67、M-B和引进真菌Y219、Y220、M-Y作为固定化包埋的菌种;土著菌对芘和苯并(a)芘的降解率可达40%～95%,经过筛选后确定,土著细菌B02、B07、B09和土著真菌F02、F05、F06作为固定化包埋的菌种.通过试验对上述各菌进行了生长曲线的测定,细菌和酵母菌的对数生长期是5～20 h,真菌的对数生长期是10～55 h,这为固定化微生物提供了一定的前提条件.     

多环芳烃高效降解菌的筛选

以多环芳烃芘和苯并(a)芘为供试物,对多株土著菌和引进菌同时进行筛选试验。结果表明,引进菌经过驯化后对芘和苯并(a)芘都具有一定的降解能力,降解率在30%~80%,通过SPSS数理统计分析软件对数据进行处理后得出,引进细菌B61、B67、M-B和引进真菌Y219、Y220、M-Y作为固定化包埋的菌种;土著菌对芘和苯并(a)芘的降解率可达40%~95%,经过筛选后确定,土著细菌B02、B07、B09和土著真菌F02、F05、F06作为固定化包埋的菌种。通过试验对上述各菌进行了生长曲线的测定,细菌和酵母菌的对数生长期是5~20 h,真菌的对数生长期是10~55 h,这为固定化微生物提供了一定的前提条件。     

多环芳烃高效降解菌的筛选

以多环芳烃芘和苯并(a)芘为供试物,对多株土著菌和引进菌同时进行筛选试验。结果表明,引进菌经过驯化后对芘和苯并(a)芘都具有一定的降解能力,降解率在30%~80%,通过SPSS数理统计分析软件对数据进行处理后得出,引进细菌B61、B67、M-B和引进真菌Y219、Y220、M-Y作为固定化包埋的菌种;土著菌对芘和苯并(a)芘的降解率可达40%~95%,经过筛选后确定,土著细菌B02、B07、B09和土著真菌F02、F05、F06作为固定化包埋的菌种。通过试验对上述各菌进行了生长曲线的测定,细菌和酵母菌的对数生长期是5~20 h,真菌的对数生长期是10~55 h,这为固定化微生物提供了一定的前提条件。     

丝瓜络固定生物氧化锰吸附重金属离子

为了考察丝瓜络固定生物氧化锰对不同重金属离子的吸附特性,本研究将锰氧化芽孢杆菌Bacillus cereus CP133固定于经过NaOH预处理的丝瓜络表面并合成生物氧化锰,制备复合生物吸附剂LIBMOs;通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外变换光谱(FTIR)分析LIBMOs的表面性质;考察LIBMOs对重金属离Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)的吸附特性。结果表明,NaOH预处理改善了丝瓜络的表面性质,提高了亲水性,使其能够高效地固定Bacillus cereus CP133和生物氧化锰微粒。NaOH预处理丝瓜络固定生物氧化锰的比例明显高于未经处理的天然丝瓜络,14 d后生物氧化锰固定化比例分别为79.66%和49.39%;采用Langmuir和Freundlich模型对LIBMOs吸附重金属离子的等温吸附实验数据进行拟合的结果表明,Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附行为同时符合Langmuir和Freundlich模型(R2 0.95),但Langmuir模型能更好地拟合LIBMOs对4种重金属离子的吸附行为(R2 0.98)。LIBMOs对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)和Zn~(2+)理论饱和吸附量(LIBMOs 2.0 g?L~(-1), pH 6.0和25℃时)分别为0.81、0.68、0.51 mmol?g-1和0.41 mmol?g-1。采用准一级动力学模型和准二级动力学模型对吸附动力学实验数据进行拟合,4种重金属离子的吸附动力学过程更符合准一级动力学模型(R20.95)。以上结果表明,用丝瓜络制备的LIBMOs可作为处理重金属废水的吸附剂。     

CMC-硅藻土复合固定硝化细菌降解养殖水体中的氨氮

以羧甲基纤维素钠(carboxy methyl cellulose sodium,CMC)和硅藻土为载体材料,采用包埋法固定硝化菌制备固定化微生物小球降解养殖水体中的氨氮,探索固定化微生物小球的最佳制备条件和小球降解氨氮的最佳使用量,并考察温度、p H值对固定化微生物小球和游离菌降解氨氮的影响。结果表明,固定化微生物小球的最佳制备条件为CMC含量2.5%、硅藻土含量3.0%、硝化菌含量2.5%、交联剂硫酸铝[Al2(SO4)3]溶液的浓度为1.5%、交联时间4 h,最佳使用量为每150 m L模拟养殖水投入3 g,小球在30℃、p H值为8时对氨氮的降解率最高。通过不同温度、p H值下固定化微生物小球和游离菌降解氨氮情况的比较,发现在弱酸弱碱环境下固定化微生物小球比游离菌有更好的效果,在较高或较低的温度下对氨氮的降解效率也高于游离菌。     

番茄秸秆固定化芽孢杆菌M1对3环PAHs污染老化土壤修复效果

为探讨固定化微生物对煤矿区3环PAHs污染老化土壤的修复效果,以番茄秸秆为固定化载体材料,通过“吸附-包埋-交联法”形成了固定化芽孢杆菌微球,并采用土培试验对煤矿区土壤3环PAHs去除进行研究。结果表明,游离芽孢杆菌M1对煤矿区污染老化土壤单体芴（Flu）、菲（Phe）和蒽（Anth）的去除随接菌量的增加先升高后降低。在接菌量为1%、10%、20%（体积质量比）的游离芽孢杆菌处理中,10%处理（B2M1）对土壤Phe的去除率最高,为21.35%。不同接菌量的固定化芽孢杆菌M1微球处理对3种PAHs的去除率显著高于微球基质处理,其中,接菌量20%的固定化芽孢杆菌处理（X3M1）对土壤Flu的去除率最高,达95.25%,比不含M1菌株的番茄秸秆微球基质处理（X3）提高了12.03个百分点。对比分析扣除微球基质后的固定化M1与添加同等菌量的游离M1去除结果看出,经固定化后的菌株M1比游离菌M1显著促进了对煤矿区污染老化土壤3环PAHs的去除,不同接菌量对单体Flu和Anth去除率为72.17%~75.52%和8.97%~28.88%,分别比游离菌增加了64.10~72.31个百分点和8.13~15.24个百分点,单体Phe 1%接菌量处理比游离菌提高了5.07个百分点。从土壤酶活性看,土壤过氧化氢酶活性在固定化M1三种剂量处理下均显著高于微球基质和游离菌M1处理,随剂量增加依次是游离菌处理的1.16、1.23倍和1.20倍,是微球基质处理的1.28、1.19倍和1.16倍,与3环PAHs的去除率规律相一致,而固定化M1处理多酚氧化酶、过氧化物酶和纤维素酶活性相对于游离菌处理有不同程度的降低。综上,固定化芽孢杆菌M1对土壤3环PAHs去除具有显著促进作用,为煤矿区PAHs污染老化土壤原位修复的应用提供了重要技术参数与支撑。     

不同环数多环芳烃对土壤白符跳（Folsomia candida）的毒性差异

为了解不同环数多环芳烃（PAHs）对无脊椎动物的毒性效应以及对比不同类型土壤中PAHs毒性差异,通过滤纸接触实验、土壤和食物暴露实验,对比分析了三环、四环和五环3种多环芳烃菲（Phe）、芘（Pyr）、苯并芘（BaP）对模式生物白符跳（Folsomia candida）的急性、慢性毒性效应及差异。研究结果表明：滤纸实验中跳虫在不同浓度Phe和Pyr溶液浸透的滤纸上暴露3 d和7 d后死亡现象均比BaP明显。土壤暴露实验中Phe在江西红壤（以下简称红壤）和黑龙江黑土（以下简称黑土）土壤中对跳虫生存和繁殖的影响均大于BaP。基于可提取PAHs实测值推导的繁殖率的EC₅₀（半数效应浓度）,Phe在红壤和黑土中的毒性阈值分别是BaP的5倍和10倍; Pyr在红壤和黑土中的毒性阈值均为BaP的10倍。食物暴露实验中Phe、Pyr和BaP处理下跳虫成虫均无明显死亡,Phe、Pyr对跳虫繁殖的28 d-EC₅₀分别为278 mg·kg^-1（186~336 mg·kg^-1）和363 mg·kg^-1（298~427 mg·kg^-1）。以上结果表明,Phe、Pyr会对跳虫的生存和繁殖产生较大影响,而BaP相对Phe和Pyr,对跳虫的影响较小。受试暴露浓度下,不同类型土壤中PAHs对跳虫的毒性大小具有显著差异,红壤中PAHs对跳虫的生态毒性和黑土相比最大差别超过3倍,表明不同理化性质对PAHs生态毒性具有显著影响,因此在后续评估PAHs生态毒性效应时要充分考虑土壤理化性质对其毒性的影响。     

望城饮用水源地周边土壤多环芳烃的污染特征和风险评价

以长沙市望城区集中式饮用水源地一级和二级保护区周边0～20 cm土壤为研究对象,于2018年采用网格布点法在一级和二级保护区分别布设3个(1#～3#)和12个(4#～15#)采样点,其中11#～15#采样点于2014年布设,探究土壤中苊(Ace)、苊烯(Acy)、蒽(Ant)、菲(Phe)、芴(Flu)、苯并[a]蒽(BaA)、芘(Pyr)、屈(Chr)、荧蒽(Fla)、苯并[a]芘(BaP)、苯并[b]荧蒽(BbF)、苯并[k]荧蒽(BkF)、二苯并[a,h]蒽(DBA)、苯并[g,h,i]苝(BghiP)、茚并[1,2,3–c,d]芘(IcdP)共15种多环芳烃(PAHs)的污染水平及来源,运用毒性当量浓度值及终生癌症风险增量模型对土壤中PAHs进行风险评价。结果表明:水源地保护区土壤中15种PAHs总含量为75.22～5 617.86 ng/g,均值为670.96 ng/g,其中7种致癌PAHs(BaA、Chr、BbF、BkF、BaP、DBA、IcdP)的含量为12.13～2 989.26 ng/g,均值为319.80 ng/g;2#和4#土壤样品中多环芳烃均为中度污染,12#土壤样品中多环芳烃为重度污染,其他点位土壤均处于轻度污染或未受污染;荧蒽、芘、菲是水源地保护区土壤中的主要污染因子;除一级保护区土壤中芴含量稍高于二级保护区外,水源地一级保护区土壤中其余14种PAHs单体含量均低于二级保护区;除12#点位样品外,其他点位样品土壤中3环和4环PAHs占比均大于60%;采用特征比值法分析污染物来源,显示水源地一级保护区土壤中PAHs主要来源于石油源和燃烧源的混合污染,主要受区域内交通因素与上游工业、生活废弃物中PAHs迁移与沉降影响,二级保护区土壤中PAHs主要来源于石油源和生物质、煤燃烧的混合污染,可能与区域内人为活动和交通因素有关;健康风险评价结果表明,水源地一级和二级保护区土壤中PAHs的总致癌风险值均在10~(–6)～10~(–4),存在潜在健康风险。     

固定化微生物技术对土壤中农药降解的研究进展

论述了固定化微生物载体的分类与选择、固定化微生物、固定化微生物技术在农药污染土壤中的修复机制,讨论了目前固定化微生物技术在农药污染土壤中的应用,并探讨了固定化微生物技术降解土壤中农药的可行性与发展前景。     

生物修复对石油污染土壤微生物活性的影响

以陕北地区石油污染土壤为研究对象,利用微生物修复法对油污土壤进行了修复处理,对修复过程中不同组分烃浓度的变化、土壤四种酶活(多酚氧化酶、过氧化氢酶、脱氢酶、脂肪酶)、微生物对不同组分烃的代谢活性等生物因素进行了测定,并利用SPSS软件对不同组分烃的浓度变化及土壤生物性因素进行相关性分析。研究结果表明,微生物修复技术可有效去除土壤中不同组分烃,修复进行11周,土壤中烷烃、多环芳烃去除率分别为46.8%和39.9%。修复处理可提高土壤过氧化氢酶、脂肪酶活性,以及土壤微生物对烷烃、多环芳烃的代谢能力,土壤多酚氧化酶和脱氢酶活性呈先升后降的趋势。相关性分析结果表明,烷烃的降解与微生物对烷烃的代谢活性、土壤脱氢酶和过氧化氢酶活性相关,多环芳烃的生物降解与脱氢酶和过氧化氢酶活性相关;微生物修复作用可提高土壤中不同组分烃与微生物活性之间的相关关系。     

纳米Fe3O4协同微生物对除草剂2,4-D的降解

 【目的】采用纳米Fe3O4协同微生物降解水溶液中2,4-D,提高2,4-D的降解效率,为有机氯农药污染环境的生物修复提供理论基础。【方法】利用纳米Fe3O4的还原作用脱去2,4-D环上的氯原子,使其毒性降低或消除;再利用微生物的共代谢作用,引入降解菌,协同降解2,4-D。通过分析纳米Fe3O4与微生物之间的相互关系,揭示纳米Fe3O4与微生物降解的协同作用机理。【结果】纳米Fe3O4对2,4-D有还原降解作用,投加纳米Fe3O4体系中2,4-D浓度降低、氯离子浓度升高,纳米Fe3O4对2,4-D的降解是一个还原脱氯过程;微生物能以2,4-D为C源,投加降解菌体系中2,4-D浓度降低、微生物生长的OD600值增大,2,4-D为微生物生长提供营养;纳米Fe3O4/微生物联合体系能明显加快2,4-D的降解,7 d时2,4-D的残留率降至35.7%,远低于纳米Fe3O4或微生物单独降解体系中2,4-D的残留率。采用微生物对中间产物2,4-DCP进行降解,反应5 d时,2,4-DCP 的残留率为50.1%,相应地,降解菌生长的OD600值为3.29。【结论】纳米Fe3O4/微生物联合体系对2,4-D的降解效率显著高于单一纳米Fe3O4或微生物体系;纳米Fe3O4能够刺激微生物的生长,2,4-D还原降解的中间产物2,4-DCP比2,4-D更易于被微生物降解。     

单壁碳纳米管对紫花苜蓿根际土壤中PAHs降解及微生物群落的影响

为探究单壁碳纳米管（SWCNTs）对紫花苜蓿根际土壤中多环芳烃（PAHs）降解及微生物群落的影响,以高浓度PAHs污染土壤为供试土壤种植紫花苜蓿,并添加不同含量的SWCNTs,通过室内盆栽试验,分析了根际土壤中PAHs的降解效应及微生物群落响应。结果表明：添加0.5 g·kg^-1和5 g·kg^-1 SWCNTs使土壤中PAHs的去除率分别显著降低了3.43%和6.98%（P<0.05）,SWCNTs对PAHs降解的抑制作用主要来源于5环和6环高分子量PAHs。添加SWCNTs对紫花苜蓿生长并未产生毒害作用,当SWCNTs的添加量为5 g·kg^-1时,紫花苜蓿根长、地上部鲜质量和根鲜质量与对照（不添加SWCNTs）相比分别显著增加了21.44%、49.13%和100.00%（P<0.05）。qPCR和高通量测序结果表明,添加SWCNTs对土壤细菌生物量、丰富度和多样性无显著影响,但显著改变了土壤细菌群落组成。较高添加量的SWCNTs（5 g·kg^-1）显著降低了污染土壤中PAHs潜在降解菌属Phenylobacterium、Reyranella、Brevundimonas和Pseudorhodoferax的相对丰度。研究表明,添加SWCNTs抑制了根际土壤中PAHs的去除,尤其是5环和6环PAHs,同时改变了土壤中微生物群落,并且抑制了与PAHs降解相关的微生物。     

微生物固定化生物炭对水体铵态氮去除效果的研究

为探究微生物固定化生物炭对水体铵态氮(NH_4~+-N)去除效果的影响,以花生壳生物炭(BC)为载体,通过吸附和包埋两种方法将脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、假单胞菌(Pseudomonas)和拉乌尔菌(Raoultella)固定在生物炭上,然后将该微生物固定化生物炭投加到NH_4~+-N模拟废水中,结合表面微观结构表征,研究其对水体NH_4~+-N的去除性能。结果表明:吸附和包埋法均能将微生物固定到生物炭表面,并在生物炭表面呈饼状、杆状和粒状分布。吸附法固定脱氮副球菌和假单胞菌,分别缩小生物炭比表面积和孔容积5.5%～17.2%和5.4%～25.8%。吸附法固定拉乌尔菌,分别增大生物炭比表面积和微孔容积45%和43%,缩小介孔和大孔容积。包埋法引入—CH_2、C—H和C=O键等新的官能团,但由于带入包埋材料,使固定微生物生物炭比表面积减少87.3%～96.3%,孔容急剧缩小,其中介孔缩小84.1%～98.2%,微孔几乎全部被封堵。因此,吸附法制得的固定化微生物生物炭对水体NH_4~+-N去除速率较包埋法高1.16～3.44倍。研究表明,吸附法和包埋法均能将微生物固定在生物炭表面,包埋法对生物炭的孔隙结构和表面官能团影响更大,吸附法对水中NH_4~+-N的去除效率更高。