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好氧颗粒污泥的培养及其胞外聚合物的分析与应用

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工程科学与技术 2024年

作者：郑逸涵杨英李卫华冯青原朱曼丽陈卉静杨婷婷安徽建筑大学环境与能源工程学院水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室

本文对快速培养性能稳定的好氧颗粒污泥（AGS）进行研究，记录接种活性絮状污泥（AS）培养成AGS的外观形貌变化过程，并从微观层面揭示AGS机械强度高、稳定性强原因。另外本文从力学层面研究AGS的胞外聚合物（EPS）对Cd2+的吸附机理，对... 详细信息

本文对快速培养性能稳定的好氧颗粒污泥（AGS）进行研究，记录接种活性絮状污泥（AS）培养成AGS的外观形貌变化过程，并从微观层面揭示AGS机械强度高、稳定性强原因。另外本文从力学层面研究AGS的胞外聚合物（EPS）对Cd2+的吸附机理，对AGS-EPS能否成为具有潜力的生物吸附剂进行验证，以凸显AGS在水处理领域的优势作用。培养过程中，第85天反应器内污泥形态稳定，污泥粒径由31.59 μm增至442.72 μm，污泥磷含量增长232.70%，从25.93 mg/g增长至86.27 mg/g。16s rRNA基因高通量测序结果表明，Chloroflexi可能是颗粒污泥的初始颗粒框架，而Proteobacteria是污泥颗粒化的核心菌门；聚糖菌Candidatus＿Competibacter和聚磷菌Candidatus＿Accumulibacter是污泥颗粒化的核心菌属。从AS到AGS的培养，EPS含量从79.18 mg/g VSS增至133.63 mg/g VSS，三维荧光光谱（3D-EEM）证实AGS-EPS含有更高水平的蛋白质，驯化过程细胞分泌的蛋白质分解溶解性降低，更加有利于生物膜中微生物细胞凝聚；傅里叶红外光谱（FTIR）和蛋白质二级结构研究表明两类EPS均含有醇酚、糖类中的-OH、-CH、C-O、C-C，糖醛酸中的羧酸盐基团，蛋白质中的N-H，烷烃类有机物，而AGS-EPS具有更丰富的多糖种类，稳定的细胞结构。颗粒化培养使AGS对Cd2+的吸附机理发生了变化，吸附动力学研究表明AS-EPS对于Cd2+的吸附，同时存在物理、化学吸附；AGS-EPS对于Cd2+的吸附适合用拟二级动力学模型来拟合，具有更强的生物化学属性。吸附热力学研究表明，两类EPS对于Cd2+的吸附实验适合用Langmuir模型来拟合，该吸附过程属于均相单分子层吸附，而AGS-EPS的理论最大吸附容量大于AS-EPS，分别为617.09 mg/g、542.90 mg/g。本次实验过程证明在高磷环境中增加COD含量能够提升污泥的除磷性能，对于污泥颗粒化的培养具有积极作用；颗粒化的培养使得污泥的物理、化学性质均得到了强化；颗粒污泥培养的副产物AGS-EPS具有更强的Cd2+吸附效果，其对Cd2+的吸收主要为生物化学作用，也说明了AGS在污废水处理领域具有更大的潜力。

关键词：好氧颗粒污泥胞外聚合物重金属微生物群落生物吸附剂

三种有机杀虫剂对蛋白核小球藻的联合毒性作用及机理

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环境化学 2024年

作者：代碧雅张瑾马添翼张静桂一心安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽省水污染控制与废水资源化重点实验室

有机合成杀虫剂有显著的杀虫除害效果，已广泛用于农业和家庭园艺等领域，但也给环境带来了污染，对其中的生物生存甚至人类健康构成了威胁.因此，以3种常见的有机合成杀虫剂：敌百虫(dipterex,DIP)、残杀威(propoxur,PRO)、杀线威(oxam... 详细信息

有机合成杀虫剂有显著的杀虫除害效果，已广泛用于农业和家庭园艺等领域，但也给环境带来了污染，对其中的生物生存甚至人类健康构成了威胁.因此，以3种常见的有机合成杀虫剂：敌百虫(dipterex,DIP)、残杀威(propoxur,PRO)、杀线威(oxamyl,OXA)作为研究对象，以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa,***)为指示生物，采用直接均分和均匀设计射线法分别设计了3个二元及1个三元混合物体系，应用时间毒性微板分析法(the time-dependent microplate toxicity analysis method,t-MTA)考察了3种杀虫剂及其混合物对C. pyrenoidosa在不同暴露时间(12、24、48、72、96 h)的毒性，并采用浓度加和(concentration addition, CA)以及与绝对残差(deviation from CA, dCA)模型结合的dCA三维曲面图定性定量分析各种混合物毒性相互作用规律；并应用丙酮萃取法和分光光度计等同步测定分析C. pyrenoidosa中的叶绿素(a和b)含量、蛋白质含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性和脂质过氧化物丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量.研究结果表明，杀虫剂对***的单一毒性具有浓度和时间依赖性，而二元(OXA-PRO、OXA-DIP和PRO-DIP)及三元(OXA-PRO-DIP)混合物体系的毒性具有时间和组分浓度比依赖性；3种杀虫剂在暴露时间96 h的毒性大小为：OXA>PRO>DIP；混合物体系的毒性相互作用主要以拮抗作用为主，且拮抗作用强度随着暴露时间的延长而增强；杀虫剂及其混合物造成藻细胞内过氧化物的过量累积，降低藻细胞的抗氧化能力，一方面破坏叶绿素的生理功能，抑制了叶绿素和蛋白质的合成；另一方面过氧化物的积累直接破坏细胞膜的完整性，使蛋白质溶出，最终均导致藻细胞的死亡.

关键词：有机杀虫剂蛋白核小球藻拮抗作用时间和浓度比依赖毒性作用机理

餐厨垃圾好氧发酵产物对复垦土壤结构和水力特性的影响

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安全与环境学报 2024年第8期24卷 3220-3226页

作者：王翔翔朱康健李梦莹林梦婉薛同站李卫华李佳鸿安徽建筑大学环境与能源工程学院合肥230261 安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室合肥230601

淮南矿区复垦土壤存在土壤板结、透水性和保水性差等问题,严重影响了农业生产;此外,大量餐厨垃圾得不到有效处理,造成了环境破坏和资源浪费。研究以淮南潘一矿区复垦土壤为研究对象,向复垦土壤添加不同质量分数的餐厨垃圾好氧发酵产物(F... 详细信息

淮南矿区复垦土壤存在土壤板结、透水性和保水性差等问题,严重影响了农业生产;此外,大量餐厨垃圾得不到有效处理,造成了环境破坏和资源浪费。研究以淮南潘一矿区复垦土壤为研究对象,向复垦土壤添加不同质量分数的餐厨垃圾好氧发酵产物(Fermentation Products of Kitchen Waste, FPKW),通过一维垂直入渗试验,测定各处理土壤体积质量、孔隙度、土壤入渗量、湿润锋及土壤水分特征曲线的变化,探究FPKW作为土壤改良剂,改良矿区复垦土壤结构组成以及土壤水力特性的可行性。研究结果显示,添加了不同质量分数的FPKW后,土壤体积质量降低2.26%~13.53%,土壤孔隙度增加16.16%~51.83%,土壤饱和含水量增加3.71%~3.76%,优化了土壤结构,提高了土壤的保水性;当FPKW添加的质量分数为5%时,土壤体积质量降低效果和孔隙度增大效果最佳,当质量分数为3%时入渗效果与饱和含水量最佳,因此在质量分数为5%时综合效果最佳。使用FPKW作为土壤改良剂,不仅能够有效改善矿区复垦土壤的结构和水力特性,还能促进餐厨垃圾的资源化利用,为矿区土壤的可持续管理和环境保护提供一个新的思路和方法。研究对于推动矿区土壤复垦和农业可持续发展具有重要意义。

关键词：环境工程学餐厨垃圾土壤结构土壤水力特性

Serratia sp.对铜绿微囊藻、斜生栅藻的溶藻效果

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广东海洋大学学报 2024年第1期44卷 76-83页

作者：洪桂云汪涛朱慧马少雄安徽建筑大学环境与能源工程学院/水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室安徽合肥230601

【目的】探讨一株溶藻菌S6(Serratia sp.)对富营养化水中优势蓝藻和绿藻的溶藻效果,为有害藻类的生物控制提供参考。【方法】从富营养化水体中分离到一株溶藻菌S6(Serratia sp.,GenBank登录号为KY462187),将不同浓度菌液分别加至铜绿微... 详细信息

【目的】探讨一株溶藻菌S6(Serratia sp.)对富营养化水中优势蓝藻和绿藻的溶藻效果,为有害藻类的生物控制提供参考。【方法】从富营养化水体中分离到一株溶藻菌S6(Serratia sp.,GenBank登录号为KY462187),将不同浓度菌液分别加至铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)以及两者以浓度比1∶1混合的藻液(下称“混合藻”)中,进行溶藻实验,测定14 d内实验体系中藻的生物量、叶绿素a、氨氮和总磷(TP)浓度,分析溶藻菌S6对不同藻类的溶藻效果以及对水体中氮磷的影响;运用光谱技术分析溶藻产物特性。【结果与结论】溶藻菌S6对铜绿微囊藻、斜生栅藻和混合藻的溶藻效果较佳,且菌液浓度越高,溶藻效果越佳,其中3组原菌液(2×10^(9)mL^(-1))处理组14 d内的溶藻率分别为89.4%、80%、78.6%。溶藻菌S6对3种实验体系氨氮和TP浓度影响较大,原菌液处理组变化最明显,其中铜绿微囊藻藻液氨氮和TP质量浓度分别下降21.24、6.21 mg/L;斜生栅藻藻液氨氮和TP质量浓度分别下降13.19、7.54 mg/L;混合藻液中氨氮和TP质量浓度分别下降10.81、11.85 mg/L。傅里叶红外光谱、紫外光谱和三维荧光光谱分析表明,铜绿微囊藻的溶藻产物中主要含类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸物质,斜生栅藻的溶藻产物中主要含类色氨酸和类腐殖酸物质。

关键词：铜绿微囊藻斜生栅藻溶藻菌 Serratia sp. 溶藻产物光谱分析技术

短程硝化过程的光谱特征波段选择与间隔偏最小二乘法建模

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2224-2232页

作者：宋彧李卫华薛同站余丽申慧彦安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230602 环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室安徽合肥230601

序批式活性污泥反应器(SBR)是目前应用较广的活性污泥处理装置。通过SBR反应器处理人工模拟高氨氮废水研究短程硝化反应系统启动过程中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量的变化,利用紫外光谱采集所得数据为基础建立模型,以期快速预测SBR反应器... 详细信息

序批式活性污泥反应器(SBR)是目前应用较广的活性污泥处理装置。通过SBR反应器处理人工模拟高氨氮废水研究短程硝化反应系统启动过程中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量的变化,利用紫外光谱采集所得数据为基础建立模型,以期快速预测SBR反应器出水中硝酸盐氮、亚硝酸盐氮含量。采用实验室配置的不同浓度硝酸盐氮和亚硝酸盐氮混合溶液,以三种不同波段选择的区间偏最小二乘法(iPLS)构建标准混合液的校正模型。研究结果显示,所建模型对混合液中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮实测值与预测值相关性均较好。测定反应器出水指标,同样以三种不同波段选择的偏最小二乘法算法构建紫外光谱与硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量的模型。利用校正集相关系数、交叉验证均方根误差(RMSECV)、预测集的相关系数以及预测均方根误差(RMSEP)评价指标来评价模型结果。在iPLS、siPLS、biPLS三种模型中利用联合区间偏最小二乘法(siPLS)将全光谱分别等分为24、19个区间时,分别联合子区间[24]、[38]建立的模型预测拟合结果最优,其校正模型r=0.9393、RMSECV=1.6504,r=0.9507、RMSECV=0.4421,预测模型r=0.9992、RMSEP=1.3418,r=0.9119、RMSEP=2.6770。该模型对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的预测效果总体较好,表明利用紫外光谱建立区间偏最小二乘法模型可以实现对短程硝化反应器出水硝氮和亚硝氮含量的快速预测。

关键词：短程硝化硝酸盐氮亚硝酸盐氮紫外光谱联合区间偏最小二乘法波段选择

FeOOH在吸附水体污染物中的应用研究进展

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应用化工 2024年第4期53卷 894-899页

作者：丁琨阮丽君王铧邓心悦杨雯江娜张杰安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室甘肃烟草工业有限责任公司安徽建筑大学给排水科学与工程

简述了羟基氧化铁(以下简称FeOOH)晶体结构、形貌特征对水中不同类别污染物的吸附效果,总结了不同形貌FeOOH的制备方法以及此类吸附剂在吸附水中重金属、有机污染物、无机污染物方面的研究进展和成果,阐述了FeOOH此类吸附剂在不同污染... 详细信息

简述了羟基氧化铁(以下简称FeOOH)晶体结构、形貌特征对水中不同类别污染物的吸附效果,总结了不同形貌FeOOH的制备方法以及此类吸附剂在吸附水中重金属、有机污染物、无机污染物方面的研究进展和成果,阐述了FeOOH此类吸附剂在不同污染物上的吸附机理,结合文献探讨了FeOOH在水相中的吸附机理,并展望了FeOOH吸附材料的发展方向。

关键词：羟基氧化铁(FeOOH) 吸附机理表面官能团水体污染物

短程反硝化强化脱氮的影响因素及其耦合工艺应用进展

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环境工程技术学报 2024年第2期14卷 663-671页

作者：薛同站全志道李卫华杨厚云闫祥宇杨欣蕾安徽建筑大学环境与能源工程学院环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室

短程反硝化(PD)工艺作为脱氮的前端工艺以其效率高、能耗低以及温室气体排放量少等优点而备受青睐,成为近年来研究热点。短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)工艺是一种新型生物脱氮工艺,不仅在氮循环中发挥着重要作用,而且在节能和环保方... 详细信息

短程反硝化(PD)工艺作为脱氮的前端工艺以其效率高、能耗低以及温室气体排放量少等优点而备受青睐,成为近年来研究热点。短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)工艺是一种新型生物脱氮工艺,不仅在氮循环中发挥着重要作用,而且在节能和环保方面具有很高的经济和实用价值。基于已有研究成果,介绍了PD工艺的研究现状,分析了不同接种污泥对PD工艺启动的影响;从磁效应、碳源、碳氮比(C/N)以及铁炭比等方面进行评述,揭示了关键影响因子对PD工艺强化脱氮过程中微生物群落结构、关键酶活性和细胞代谢途径的影响机理;浅析了PD/A工艺不同耦合形式的特点,对耦合工艺处理城市生活污水、养殖废水和垃圾渗滤液等实际废水的研究与应用进展进行总结;最后,展望了PD/A工艺在污水脱氮处理方面的前景,并结合现有研究提出了PD/A工艺处理垃圾渗滤液的潜在工程应用方案,认为克服PD工艺的影响因素及优化PD/A的参数以提升工艺运行的高效性和稳定性是未来研究的重点方向。

关键词：短程反硝化(PD) 影响因素厌氧氨氧化耦合工艺工程应用

聚丙烯纳米塑料对生物脱氮和功能基因的影响及机制

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中国环境科学 2024年

作者：黄健徐军帅张华罗涛何春华刘俊帅子晨安徽建筑大学环境与能源工程学院环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室安徽省生态文明研究院工业园区污染治理与资源化利用安徽省联合共建学科重点实验室

选取了聚丙烯纳米塑料（PP NPs）为研究对象来探究其对生物脱氮的影响.通过水质、氮转化功能基因丰度和污泥系统物生物活性的检测，并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法，探索不同浓度PP NPs (1～100 mg/L)对生物脱氮和功... 详细信息

选取了聚丙烯纳米塑料（PP NPs）为研究对象来探究其对生物脱氮的影响.通过水质、氮转化功能基因丰度和污泥系统物生物活性的检测，并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法，探索不同浓度PP NPs (1～100 mg/L)对生物脱氮和功能基因的影响及机制.结果表明，随着PP NPs浓度升高，抑制作用增强.低浓度PP NPs对脱氮性能的影响较微弱，高浓度PP NPs（100 mg/L）影响明显.qPCR表明，除nirK基因和norB基因外，其余氮转化功能基因的丰度随PP NPs浓度的升高而逐渐降低.随着PP NPs浓度升高，污泥细胞氧化应激状态严重，导致细胞膜结构受损、细胞活性下降.Pearson相关性表明，理化参数与部分功能基因之间存在较强的相关性.1 mg/L PP NPs胁迫下，好氧末端硝氮与功能基因的负相关性变为正相关性.1～100 mg/L PP NPs胁迫下，出水氨氮与nxrA、nirK、norB基因间呈不同程度的正相关性.线性回归模型表明，amoA和nxrA是氨氧化和硝化的关键驱动因素，nirS是亚硝酸盐还原的关键驱动因素，nosZ和narG是反硝化的关键驱动因素.该研究从分子生物学角度揭示PP NPs对生物脱氮的影响及机制.

关键词：纳米塑料生物脱氮功能基因相关性线性回归模型

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聚丙烯纳塑料影响生物脱氮和功能基因的机制

中国环境科学 2024年第10期44卷 5461-5471页

作者：黄健徐军帅张华罗涛何春华刘俊帅子晨安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601 环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室安徽合肥230601 安徽省生态文明研究院安徽合肥230601 工业园区污染治理与资源化利用安徽省联合共建学科重点实验室安徽合肥230041

选取聚丙烯纳米塑料(PP NPs)为研究对象探究其对生物脱氮的影响.通过检测各反应器中水质指标、氮转化功能基因丰度和污泥系统脱氮过程中物质代谢含量,并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法,探索不同浓度PP NPs(1~100mg/L)... 详细信息

选取聚丙烯纳米塑料(PP NPs)为研究对象探究其对生物脱氮的影响.通过检测各反应器中水质指标、氮转化功能基因丰度和污泥系统脱氮过程中物质代谢含量,并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法,探索不同浓度PP NPs(1~100mg/L)对生物脱氮和功能基因的影响及机制.结果表明,随着PP NPs浓度升高,抑制作用增强.低浓度PP NPs对脱氮性能的影响较微弱,100mg/L PP NPs影响下出水COD、出水氨氮、好氧末端硝酸盐氮去除率分别降低到85%,91.4%,66%.qPCR表明,除nirK基因和norB基因外,其余氮转化功能基因的丰度随PP NPs浓度的升高而逐渐降低,其中16S rRNA,amoA,nxrA,narG,napA,nirS,nosZ基因分别最高降低6.82%,23.78%,26.25%,14.56%,24.90%,26.37%,21.04%.随着PP NPs浓度升高,细胞内ROS和LDH含量分别最高增加了33.36%,13.55%,污泥细胞氧化应激状态严重,导致细胞膜结构受损、细胞活性下降.Pearson相关性表明,理化参数与部分功能基因之间存在较强的相关性.1mg/L PP NPs胁迫下,好氧末端硝酸盐氮与功能基因的负相关性变为正相关性.1~100mg/L PP NPs胁迫下,出水氨氮与nxrA、nirK、norB基因间呈不同程度的正相关性.线性回归模型表明,amoA和nxrA是氨氧化和硝化的关键驱动因素,nirS是亚硝酸盐还原的关键驱动因素,nosZ和narG是反硝化的关键驱动因素.该研究从分子生物学角度揭示PP NPs对生物脱氮的影响及机制.

关键词：纳米塑料生物脱氮功能基因相关性线性回归模型