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Effects of exogenous acylated homoserine lactones on biofilms in biofilters for gaseous toluene treatment

Frontiers of Environmental Science & Engineering 2023年第2期17卷 29-38页

作者： Zhuqiu Sun Bairen Yang marvin yeung Jinying Xi Environmental Simulation and Pollution Control State Key Joint Laboratory School of EnvironmentTsinghua UniversityBeijing 100084China School of Environmental Science and Engineering Yancheng Institute of TechnologyYancheng 224051China

Biofilters are typical biofilm reactors, and they usually have poor biofilm formation resulting in limited reactor performance. Exogenous acylated homoserine lactones (AHLs) can enhance biofilm formation in many bioreactors based on quorum sensing regulation. However, their effect on biofilm in biofilters utilized for volatile organic compound (VOC) removal is unknown and needs to be investigated. In this study, the effects of the exogenous AHLs on biofilters for gaseous toluene removal were investigated. Analysis of biofilms in biofilters showed that the addition of exogenous AHLs considerably enhanced biofilm growth;the average biofilm concentration increased by 18%. Furthermore, the average biofilm coverage proportions in biofilters with and without exogenous AHLs were 17 % and 13 %, respectively, demonstrating the positive effect of exogenous AHLs on biofilm coverage. In particular, exogenous AHLs promoted the production of extracellular polymeric substances and the microbial adhesive strength of the biofilm. In addition, the exogenous AHLs showed no significant effect on the gaseous toluene removal efficiency of the biofilter. These results show that exogenous AHLs can enhance biofilm formation and can guide the application of exogenous AHLs in VOC biofilters.

关键词： Quorum sensing AHLs Biofilter Biofilm formation

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Impacts of electrochemical disinfection on the viability and structure of the microbiome in secondary effluent water

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Frontiers of Environmental Science & Engineering 2024年第5期18卷 73-83页

作者： marvin yeung Lan Tian Yuhong Liu Hairong Wang Jinying Xi Environmental Simulation and Pollution Control State Key Joint Laboratory School of EnvironmentTsinghua UniversityBeijing100084China Graduate School at Shenzhen Tsinghua UniversityShenzhen518055China

Electrochemical disinfection(ECD)is a promising disinfection technique for wastewater reclamation;however,the impacts of ECD on the microbiome in secondary effluent wastewater remain *** this study,Propidium monoazide-qPCR(PMA-qPCR)and the plate count method were used to evaluate the inactivation performance,and the PMA-16S rRNA gene sequences of living cells were targeted to study the microbiome.A discrepancy was found between PMA-qPCR and the plate count method in the evaluation of cell count,with increases of 1.5 to 2.2 orders of magnitude in the disinfection rate after 150 s of ***,the cell count recovered and occasionally exceeded original levels within 3 d after *** was suppressed after ECD,but the microbiome after 150 s disinfection retained a higher level of evenness and stability in the community with a median Shannon index(>3.7).Pathogenic bacteria remained high in relative abundance even after 150 s of 25 V disinfection,but the biofilm-forming population was effectively suppressed by *** co-occurrence network revealed a centralized and fragile network as disinfection persisted,demonstrating the destabilizing effects of ECD on the *** pathways for cell membrane synthesis and organic compound degradation were enriched after *** reaction of the microbiome after ECD was similar to other disinfection techniques in terms of community structure.

关键词： Electrochemical disinfection Secondary effluent Microbiome

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电化学生物过滤系统对VOCs的去除性能与机理研究

电化学生物过滤系统对VOCs的去除性能与机理研究

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作者：杨锐鸿（marvin Yui Hung yeung）清华大学

学位级别：硕士

生物滤塔是一种高效的挥发性有机物（VOCs）处理技术,但对于难溶于水、难生物降解的VOCs去除率低,且存在生物量累积堵塞填料层的问题。以往研究表明,电化学技术在难生物降解污染物去除及微生物增殖抑制方面均有一定潜力。本研究建立了... 详细信息

生物滤塔是一种高效的挥发性有机物（VOCs）处理技术,但对于难溶于水、难生物降解的VOCs去除率低,且存在生物量累积堵塞填料层的问题。以往研究表明,电化学技术在难生物降解污染物去除及微生物增殖抑制方面均有一定潜力。本研究建立了一套电化学强化的生物滤塔系统（Electrochemical Biofilter,EBF）,研究了电流强度、营养盐成分及VOCs种类对EBF系统运行性能及微生物群落结构和代谢特性的影响,同时通过检测模拟EBF系统运行条件下的氧化性物质,探讨了EBF的强化机理。关于电流强度对EBF性能影响的研究表明,50 mA电流强度对甲苯去除的提升最为明显,平均去除率达到66.5%,无电流时的甲苯去除率仅为58.5%。同时,50mA条件下,滤塔生物量累积速率较无电流时降低48%,塔中微生物对碳源的代谢活性也明显升高。微生物群落结构研究结果表明,通电后Rhodococcus菌属丰度降低,但去除性能提高。推测电化学反应不通过影响微生物群落结构而直接参与了甲苯降解。关于营养盐对EBF系统性能影响的研究表明,使用氯化铵作为氮源时EBF对甲苯去除的强化效果最为明显,50mA电流条件下EBF的甲苯去除能力比单一生物滤塔增加9.6%,生物量增殖的抑制率为62%,同时微生物碳源代谢活性显著提高。微生物群落结构研究表明,通电后在以铵盐作为氮源的EBF中硝化细菌Nitrosomonas丰度有所下降,降低了VOCs降解菌竞争氮源的压力。EBF处理四种单一VOCs气体的结果表明,通电后EBF对正己烷,苯乙烯,二氯甲烷及二异丁烯的去除能力相对增长约30.7%,48.7%,35.7&及-10.6%,生物量增长抑制率为31.9%、62.2%、21.2%和-2.1%。考察了电化学模拟系统中的氧化物及超氧化物歧化酶。结果表明,在50 mA电流强度下,在氯化铵电解环境中余氯浓度于20 min达到0.24 mg/m,于硫酸铵和硝酸钠中浓度低于0.05 mg/m。羟基自由基及过氧化氢在三种盐中使用1700mA电流环境中浓度各高于1.5 mg/L和2 mg/L。超氧化物歧化酶抑制率在50 mA的各样本中均高于0.6%。微生物群落研究结果表明,EBF去除甲苯时在门的分类水平上大致有4个优势菌门,分别为Proteobacteria,Actinobacteria,Firmicutes及Bacteroidetes。其中Proteobacteria丰度在加电后下降,而Firmicutes及Bacteroidetes丰度在加电后上升。属水平结果表明,Rhodococcus菌属受通电影响较明显,通电后丰度下降;Halomonas、Nitrobacter及B-42菌属通电后丰度相对较稳定,通电前后,受通电的影响较小。

关键词：挥发性有机物电化学生物滤塔微生物群落

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