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环境科学 2018年第3期39卷 1188-1194页

作者：菅之舆常洋洋王立新梁金松柏耀辉内蒙古大学生态与环境学院呼和浩特010021 中国科学院生态环境研究中心中国科学院饮用水科学与技术重点实验室北京100085

在饮用水处理过程中,高锰酸钾与铁锰氧化物预氧化作为化学预氧化的典型工艺,能有效去除饮用水中有机物的污染,并控制消毒副产物(DBPs)的产生.但研究发现,这两种预氧化都会生成具有遗传毒性效应的Mn2+.为解决该问题,研究构想在化学预氧... 详细信息

在饮用水处理过程中,高锰酸钾与铁锰氧化物预氧化作为化学预氧化的典型工艺,能有效去除饮用水中有机物的污染,并控制消毒副产物(DBPs)的产生.但研究发现,这两种预氧化都会生成具有遗传毒性效应的Mn2+.为解决该问题,研究构想在化学预氧化后耦合生物锰氧化技术,通过生物作用将Mn2+转化为具有较强氧化吸附能力的生物锰氧化物,从而对水质进一步净化.在以天然有机物酪氨酸(Tyr)和人工合成有机物2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸(BP-4)为基质的模拟污染源水中,试验结果验证了上述构想.高锰酸钾或铁锰氧化物预氧化能够去除Tyr,但无法去除BP-4,并会产生Mn2+;在以锰氧化细菌Pseudomonas sp.QJX-1构建的生物体系中,Pseudomonas sp.QJX-1能利用Tyr进行生长并产生锰氧化,生成的生物锰氧化物能有效去除BP-4;在最优试验条件下,特定强度的高锰酸钾预氧化耦合生物锰氧化试验中Tyr、BP-4及Mn2+去除率分别为100%、50%和98.9%.

关键词：饮用水处理化学预氧化生物锰氧化 Pseudomonas sp.QJX-1 酪氨酸 BP-4

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化学预氧化耦合生物锰氧化强化水厂净水效能

化学预氧化耦合生物锰氧化强化水厂净水效能

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作者：菅之舆内蒙古大学

学位级别：硕士

饮用水水源受到越来越多的营养元素(N、P)及有机物污染,随之而来的水体富营养化造成藻类的大量繁殖,严重威胁饮用水安全。面对短期内饮用水水源水质无法得到明显改善的现状,饮用水厂的提升改造势在必行。在饮用水厂实际改造中,化学预氧... 详细信息

饮用水水源受到越来越多的营养元素(N、P)及有机物污染,随之而来的水体富营养化造成藻类的大量繁殖,严重威胁饮用水安全。面对短期内饮用水水源水质无法得到明显改善的现状,饮用水厂的提升改造势在必行。在饮用水厂实际改造中,化学预氧化与砂滤池的改造常常采取单一工序的优化升级,而忽略了前后两种工艺组合可能带来的联合优势。因此,本论文设计了一种化学预氧化耦合生物锰氧化工艺,将砂滤池微生物作用同前期预氧化相结合,去除源水中天然有机物与微量有机物污染物并将藻类灭活,且具有预防前期预氧化造成Mn污染的效果。本研究主要围绕化学预氧化耦合生物锰氧化工艺的可行性及净水效能进行了深入研究。在以微污染源水为处理水源的试验中,试验结果表明高锰酸钾与铁锰氧化物预氧化能有效去除天然有机物酪氨酸(Tyr)但都不能去除人工合成有机物2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(BP-4),而两种预氧化方式都会产生Mn对水体造成二次污染。锰氧化细菌Pseudomonas sp.QJX-1能够利用前期预氧化剩余的Tyr进行生长繁殖,进而利用Mn形成对BP-4起到去除效果的生物锰氧化物(BMO)。试验进一步探究化学预氧化耦合生物锰氧化工艺对高藻水源水的处理效果,结果表明高锰酸钾预氧化能够对高藻水中的铜绿微囊藻细胞进行有效灭活,但会产生藻胞内物质(藻毒素等)外泄并残留Mn对水体造成二次污染。锰氧化细菌Pseudomonas sp.QJX-1依然能够利用前期预氧化剩余的Tyr、Mn进行生物锰氧化形成BMO,但BMO对微囊藻毒素(MC-LR)无明显的去除效果。为验证实际操作的可行性,研究以巢湖源水为试验用水验证化学预氧化耦合生物锰氧化工艺的可行性及净水效能,并探究了实际水厂砂滤池中是否存在生物锰氧化。结果表明,化学预氧化耦合生物锰氧化对实际源水具有良好的净水效果,既能有效去除前期预氧化残留的Mn,还能大幅降低待处理水中有机物浓度。其中研究结果还表明实际水厂砂滤池具有生物锰氧化能力。由此可见,高锰酸钾耦合生物锰氧化工艺是一种可行的饮用水深度净化方法。

关键词：饮用水化学预氧化生物锰氧化 Pseudomonas sp.QJX-1 生物强化滤池

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纳米气泡对枝孢菌锰氧化过程的影响及其机理

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中国环境科学 2023年第11期43卷 6141-6148页

作者：朱丽娜刘蕴思李攀同济大学环境科学与工程学院上海200092 中国科学院生态环境研究中心北京100085

以锰氧化枝孢菌Cladosporium sp.XM01作为研究对象,通过检测不同浓度纳米气泡水配制的培养基中枝孢菌的锰去除速率和表观形态,探究纳米气泡对单菌种锰氧化枝孢菌锰氧化过程的影响,并通过枝孢菌在不同浓度的纳米气泡培养下基因表达结果... 详细信息

以锰氧化枝孢菌Cladosporium sp.XM01作为研究对象,通过检测不同浓度纳米气泡水配制的培养基中枝孢菌的锰去除速率和表观形态,探究纳米气泡对单菌种锰氧化枝孢菌锰氧化过程的影响,并通过枝孢菌在不同浓度的纳米气泡培养下基因表达结果探究其机理.结果表明,由于纳米气泡的缓释性和富氧作用,7.49×10^(6)particles/mL的低浓度纳米气泡能促进枝孢菌的锰氧化过程;而浓度为7.49×10^(7)particles/mL的高浓度纳米气泡则可能因高氧压力抑制枝孢菌的锰氧化过程.因此,可利用低浓度纳米气泡高效获取生物锰氧化物.这一发现在提高制备生物锰氧化物的效率和经济性的同时拓展了纳米气泡和生物锰氧化在环境领域的应用范围.

关键词：纳米气泡生物锰氧化枝孢菌基因表达经济性机理

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Mn、S电子供体对异养反硝化过程的影响及作用机制

Mn、S电子供体对异养反硝化过程的影响及作用机制

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作者：高钰河北大学

学位级别：硕士

水体的硝酸盐污染治理问题是国内外环境领域的研究热点,异养反硝化在污水硝酸盐处理中被广泛应用。然而,国内污水处理厂存在低碳氮比污水无法满足微生物异养反硝化所需能源的问题,低碳氮比污水的硝酸盐去除通常需要额外添加有机碳源。... 详细信息

水体的硝酸盐污染治理问题是国内外环境领域的研究热点,异养反硝化在污水硝酸盐处理中被广泛应用。然而,国内污水处理厂存在低碳氮比污水无法满足微生物异养反硝化所需能源的问题,低碳氮比污水的硝酸盐去除通常需要额外添加有机碳源。本研究针对低碳氮比硝酸盐污染水体脱氮效率低问题,建立了厌氧环境下以锰(Mn)、硫(S)作为电子供体的异养反硝化体系,研究了是否添加额外的有机碳源、电子供体配比、时间、温度对反硝化性能的影响,探讨了以Mn、S作为电子供体的异养反硝化体系通过减少氨的异化硝酸盐还原(DNRA)加速硝酸盐去除的反硝化过程,揭示了微生物Anaerolineae和Actinobacteria介导DNRA及Gammaproteobacteria介导生物锰氧化和硫自养反硝化加速硝酸盐去除的脱氮机制,本研究为锰自养/硫自养/异养耦合反硝化有效处理硝酸盐污染提供了新思路。主要结果如下:(1)研究了是否额外添加有机碳源、温度、时间、电子供体配比对反硝化性能的影响规律。Mn、S作为电子供体加速硝酸盐的去除,同时减少了亚硝酸盐的积累。无额外添加有机碳源下,35℃下Mn浓度为40 mg/L、S浓度为10 mg/L时达到最大硝酸盐去除速率。额外添加有机碳源下,30℃下Mn浓度为30 mg/L、S浓度为20 mg/L的时达到最大硝酸盐去除速率。额外添加有机碳源减少了亚硝酸盐氮(NO-N)和氨氮(NH-N)的累积,减少DNRA从而获得更快的硝酸盐去除速率。(2)通过SEM、XPS表征及微生物群落结构分析探究了以Mn、S为电子供体的异养反硝化脱氮作用机制。SEM分析结果表明添加Mn电子供体下出现了二氧化锰的球形和蜂窝状多孔结构,证明生物锰氧化物(Bio-Mn Ox)的生成,添加S电子供体下出现了硫自养反硝化体系中的杆形、球形及螺旋状结构。XPS结果表明在653.6 e V出现了二氧化锰典型特征峰,进一步证明形成了生物锰氧化物(Bio-Mn Ox)。16S r RNA分析结果发现与生物锰氧化和硫自养反硝化过程相关的主要菌纲Gammaproteobacteria,反硝化过程相关的主要菌纲Alphaproteobacteria、Bacteroidia,与氨的异化硝酸盐还原相关的主要菌纲Anaerolineae和Actinobacteria。

关键词：生物锰氧化硫自养反硝化微生物群落结构

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典型微量污染物促进锰氧化菌株锰氧化的机理研究

典型微量污染物促进锰氧化菌株锰氧化的机理研究

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作者：程悦哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

环境中普遍存在的锰氧化物(三价和四价)具有较强的氧化性和吸附性,是物质转化和元素地球化学循环的重要影响因素,主要来源于微生物的锰氧化过程。环境中微量污染物种类日益增多,鉴于许多研究报道微量污染物对环境微生物群落和功能有复... 详细信息

环境中普遍存在的锰氧化物(三价和四价)具有较强的氧化性和吸附性,是物质转化和元素地球化学循环的重要影响因素,主要来源于微生物的锰氧化过程。环境中微量污染物种类日益增多,鉴于许多研究报道微量污染物对环境微生物群落和功能有复杂的影响,因此有必要探究典型微量污染物对环境中锰氧化过程的影响,以此考察微量污染物的部分环境效应。本课题选取适应性强且锰氧化稳定的Pseudoxanthomonas mexicana S5-3?5X菌株,考察了19种微量污染物在不同浓度下对锰氧化菌株的Mn(II)氧化活性的影响。研究发现120 nm粒径25-100 mg/L的聚苯乙烯纳米塑料、30-270μg/L的糖尿病药物(SIT)、抗结核病药物(CPL)、喹诺酮类药物(ENR,LEV)、大环内酯类药物(EM)、四环素类药物(TC)、磺胺类药物(SMX)、β-内酰胺类药物(AMP)、氨基糖苷类药物(SPE,SM,GM)、咪唑类药物(IMI、LE)对菌株的锰氧化过程均有促进效果。可见,不同类型微量污染物可能普遍促进微生物的锰氧化活性。进一步通过转录组学探究了2种典型抗生素促进锰氧化菌株的Mn(II)氧化活性的机理。转录组分析发现与对照组相比,90μg/L磺胺甲恶唑(SMX)、10μg/L左氧氟沙星(LEV)分别有34和156个基因差异表达,分析结果表明LEV与SMX促进菌株的锰氧化活性机理不尽相同,锰氧化过程与细胞运动、碳代谢、电子传递、铁代谢过程可能协同响应抗生素的胁迫。考虑到抗生素介导菌株超氧自由基大量产生的时间与锰氧化发生时间并不完全一致,并且加入SOD抑制超氧间接氧化Mn(II)的过程之后锰氧化活性仍然表现为LEV>SMX>空白组,因此结合转录组分析认为抗生素LEV、SMX可能通过促进锰氧化蛋白Mop A的合成促进锰氧化。本课题的研究揭示了以抗生素为代表的微量污染物在低浓度(μg/L)下普遍可以促进锰氧化菌株的Mn(Ⅱ)氧化过程的作用规律,初步分析了抗生素促进Mn(Ⅱ)氧化的作用机理。该研究发现有助于加深对环境中微量污染物和锰氧化功能菌相互作用的认识。

关键词：微量污染物锰氧化菌生物锰氧化锰氧化活性

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Pseudomonas sp.QJX-1的锰氧化特性研究

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环境科学 2014年第2期35卷 740-745页

作者：周娜娜柏耀辉梁金松罗金明刘锐平胡承志袁林江西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

从锰矿土壤样品中分离、纯化出1株高效锰氧化细菌(QJX-1),经16S rDNA序列鉴定为Pseudomonas sp.QJX-1.研究表明,Pseudomonas sp.QJX-1含有锰氧化的必需成分多铜氧化酶基因CumA,当初始Mn2+为5.05 mg·L-1,菌密度D600为0.020时,该菌可在4... 详细信息

从锰矿土壤样品中分离、纯化出1株高效锰氧化细菌(QJX-1),经16S rDNA序列鉴定为Pseudomonas sp.QJX-1.研究表明,Pseudomonas sp.QJX-1含有锰氧化的必需成分多铜氧化酶基因CumA,当初始Mn2+为5.05 mg·L-1,菌密度D600为0.020时,该菌可在48 h内将Mn2+转化,且转化率高达99.4%.在寡营养条件下该菌锰氧化速率较富营养条件下有显著提高;添加石英砂滤料促使生物膜的快速形成,进而促进Mn2+的生物转化.根据研究结果推测地下水处理过程中生物锰氧化速率较快.

关键词： Pseudomonas sp QJX-1 生物锰氧化寡营养石英砂生物膜

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