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环境科学学报
环境科学学报

汤鸿宵

月刊

0253-2468

hjkxxb@rcees.ac.cn

010-62941073

100085

北京2871信箱

环境科学学报/Journal Acta Scientiae CircumstantiaeCSSCICSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《环境科学学报》是国内环境科学领域最有影响的学报级学术期刊，1981年创刊。现为月刊，由中国科学院生态环境研究中心主办，科学出版社出版。本刊宗旨：及时报道国内环境科学与工程领域新近取得的创新性研究成果，跟踪最新学术进展，推动中国和世界环境科学事业的发展。报道领域：主要为环境化学、环境地学、环境毒理与风险评价、环境修复技术与原理、环境污染治理技术原理与工艺、环境经济与环境管理等。读者对象：主要包括环境科学与工程领域科研或管理机构的科学家、工程师，以及高等院校相关专业的教师、研究生。
正式出版
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    微生物电合成系统阴极材料表面修饰及固碳强化措施研究进展

    王荣昌孙茂欣陈高祥
    1-12页
    查看更多>>摘要：由于温室效应对人类社会的影响日趋严重，人们对碳捕获和利用(CCU)技术的研究也越来越多。微生物电合成系统(MES)作为新型碳捕获和利用生物技术之一，能够在固定CO2的同时产生更高价值的化学品，从而受到研究人员的广泛关注。本文重点对近年来在MES阴极材料开发、阴极材料表面修饰方法和固碳产酸强化措施等方面取得的重要进展进行了综述，首先简要介绍了MES阴极固碳产酸机理，重点总结了现阶段MES常用阴极材料及其表面修饰方法的最新研究进展，最后提出了MES阴极固碳产酸强化措施及其下一步的研究方向，以期为MES固碳产酸的推广应用提供技术参考。

    微生物电合成二氧化碳还原阴极材料表面改性

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    单细胞水平接种分隔培养体系筛选电化学活性菌

    李浩铭羊家威刘泽钒徐鹏程...
    13-21页
    查看更多>>摘要：电化学活性菌的筛选对于理解生物地球化学循环、构建生物电化学体系等具有重要意义。目前电化学活性菌的筛选主要通过先富集再分离验证的方法。然而，富集培养过程中培养条件的选择性会导致低丰度非优势的电化学活性菌难以分离，降低分离电化学活性菌的多样性。因此，本研究建立了电化学活性菌的单细胞水平接种分隔培养体系，通过有限稀释和控制微液滴体积的方式将分离源中微生物进行单细胞水平分隔，在厌氧条件下培养并采用电子受体纳米三氧化钨的变色指示电化学活性，避免种间竞争的影响，提高分离筛选通量和筛选效率。以生物电化学系统阳极生物膜作为分离源，采用本方法从352个培养孔中分离获得31株电化学活性菌株。这些菌株分属于Geobacter、Geosporobacter、Azonexus、Sinanaerobacter、Clostridium、Thauera、Azoarcus等7个属。在生物电化学系统的测试中，分离所得菌株均可利用阳极作为电子受体，并在循环伏安法测试中展现氧化还原活性。本研究建立了一种简单、高通量的单细胞水平分隔培养筛选电化学活性菌的方法，对电化学活性菌的种质资源挖掘具有重要意义。

    厌氧单细胞水平接种分隔培养胞外电子传递电化学活性菌

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    短程硝化厌氧氨氧化耦合MBR工艺膜污染特性分析

    刘秋杉刘国涵周桐刘玉如...
    22-31页
    查看更多>>摘要：短程硝化厌氧氨氧化(Partial nitrification anammox，PNA)耦合膜生物反应器(Membrane bioreactor，MBR)的相关研究十分有限，尤其缺乏对该耦合系统的膜污染特性研究。本研究采用连续流反应器PNA-MBR，对该反应器内活性污泥和膜表面饼层污泥特性进行了较为系统的分析和比较。结果表明，膜表面饼层污泥的平均粒径更大，饼层污泥中提取的EPS具有更高浓度的蛋白质、多糖及腐殖质类物质，蛋白质二级结构更疏松、暴露的疏水性官能团更多。死端膜滤实验表明，与活性污泥EPS相比，膜表面饼层污泥EPS造成的膜污染更严重。相关性分析表明，腐殖质类物质是造成活性污泥EPS和饼层污泥EPS比通量下降的主要原因。微生物群落分析表明，与活性污泥相比，饼层污泥的微生物群落多样性更高，Patescibacteria和norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28的相对丰度高于活性污泥，是造成膜污染的主要微生物。

    短程硝化厌氧氨氧化膜生物反应器污泥特性膜污染

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    生物炭强化硫自养反硝化过程中亚硝酸盐的积累

    孙嘉炜杨彪王仲宇端允...
    32-38页
    查看更多>>摘要：硫自养反硝化(SADN)可为厌氧氨氧化(Anammox)提供亚硝酸盐(NO2--N)。为了促进SADN过程的NO2--N积累，本实验以S0为电子供体，考察了污泥-煤矸石基生物炭(SCBC)对SADN中NO2--N积累率及抗冲击能力的影响。实验结果表明，投加SCBC使SADN的NO3--N还原速率由70。6 mg·L-1·h-1提升至107。7 mg·L-1·h-1，NO2--N还原速率由30。5 mg·L-1·h-1提升至35。1 mg·L-1·h-1，这使得NO2--N积累率由48。2%提升至63。0%。当遇到冲击负荷(300 mg·L-1的NO3--N)时，SADN的还原性能下降，6 d后逐步恢复并继续提高，不投加则需12 d才能恢复。投加SCBC 60 d后，PN/PS和PN值分别为3。51和5。27 mg·g-1，高于不投加的2。36和3。44 mg·g-1。高通量测序均能检测到反硝化菌Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas，投加SCBC对反硝化菌起到富集作用，使其占比分别由40。0%、0。61%、0。03%上升为51。8%、2。71%、3。47%。总之，添加SCBC为提高SADN的NO2--N积累提供了一个新方法，这也为污泥和煤矸石的资源化利用提供了一种新的途径。

    硫自养反硝化厌氧氨氧化污泥煤矸石基生物炭亚硝酸盐积累强化

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    磁铁矿对生物膜产量、EPS成分及吸附功能的影响研究

    邢筱静沈东升丁贺宁龙於洋...
    39-49页
    查看更多>>摘要：磁铁矿在自然环境中广泛存在，磁铁矿颗粒接触生物膜后会影响其中的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)，但不同浓度和尺寸的磁铁矿对EPS分泌量和成分的影响尚未见报道。本文通过在Bacillus amyloliquefaciens DT生物膜形成过程中添加磁铁矿，探究了不同时期添加不同浓度、不同粒径磁铁矿对生物膜产量、形态及EPS分泌量和组分的影响，并研究了生物膜对BDE-47的吸附性能与机制。结果表明，磁铁矿的添加提高了生物膜产量、改变了生物膜形态并促进了溶解态EPS的分泌，最高分泌量达410 mg·L-1，其中，添加1 g·L-1 50 nm的磁铁矿后产生EPS中蛋白质含量最高。磁铁矿添加时间会影响生物膜产量，菌液静置前添加不同浓度磁铁矿对生物膜影响更大，且小粒径磁铁矿更易促进生物膜的形成。三维荧光光谱和傅里叶红外光谱结果表明，磁铁矿添加刺激了生物膜EPS中类蛋白物质的产生。特征生物膜对BDE-47的吸附实验结果表明，添加1 g·L-1 50 nm的磁铁矿后形成的生物膜对BDE-47的吸附效果最好，生物膜中的蛋白质在吸附过程中起主要作用。本研究阐释了磁铁矿对生物膜成分及功能的影响和机制，可为高吸附性能生物膜的制备提供理论基础。

    磁铁矿生物膜胞外聚合物(EPS)吸附

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    分子构型对微生物胞外聚合物γ-聚谷氨酸絮凝Zn2+的作用

    蔡星语刘亚敏谢小保施庆珊...
    50-59页
    查看更多>>摘要：微生物分泌的胞外聚合物(EPS)与重金属的结合在微生物生存、废水处理和生物修复等方面起到重要作用。然而，EPS的分子结构特征以及这些特征与EPS-重金属络合物的"溶液-絮体"转变过程和机制之间的关系尚不清楚。本研究对微生物胞外聚合物γ-聚谷氨酸(γ-PGA)与Zn2+形成溶解状态络合物γ-PGA-Zn的二级结构含量、吸附量、Zeta电势、化学键合方式进行了表征，并结合Zn2+和Pb2+共存状态下γ-PGA-重金属离子(γ-PGA-M)的"溶液-絮体"转变过程，明确了分子构型变化在絮凝机制中的重要作用。本文将γ-PGA的絮凝机理扩展到了分子构型水平，为理解γ-PGA在微生物生存、废水处理、生物修复等方面发挥的重要作用提供理论依据，并为γ-PGA及其衍生物、产γ-PGA微生物应用于重金属离子去除和生物修复提供理论指导。

    微生物胞外聚合物γ-聚谷氨酸分子构型双核双齿化学键合

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    钛凝胶/聚丙烯酰胺/聚合氯化铝絮凝与中温再调理联合强化藻液脱水研究

    黄天寅孙琪钟爱成朱丽燕...
    60-71页
    查看更多>>摘要：为了解决藻液脱水面临的含水率高、药剂投加量大、不利于后续资源化利用的问题，采用钛凝胶/聚丙烯酰胺/聚合氯化铝(TXC/PAM/PAC)絮凝和中温加热联合调理强化藻液脱水性能，以藻液分离效果、毛细吸水时间(CST)表征TXC/PAM/PAC复合絮凝调理效果，结合调理前后含水率、水分分布、粒径、Zeta电位、胞外聚合物量和藻细胞形貌等方面探讨脱水效果和脱水机理。结果表明:TXC/PAM/PAC调理的最佳投量为100 mg·L-1 TXC(以Ti计)、0。7 mg·L-1 PAM和70 mg·L-1 PAC，藻液分离效果高达99。6%，CST为11。7 s，藻饼含水率降低至81。1%±1。1%。加热再调理结果显示，在35℃调理5 s时效果最好，CST分别为12。5 s，滤饼含水率为63。8%±0。9%。相较于对照组，TXC/PAM/PAC絮凝和35℃加热再调理联合强化过后，间隙水含量大幅度降低至5。5%±0。1%，表面水含量轻微增加至44。5%±0。5%。TXC/PAM/PAC调理可以将胞外聚合物(EPS)降低90。0%以上，35℃加热再调理后，多糖松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)的含量减少1。00 mg·g-1，溶解型胞外聚合物(SL-EPS)含量增加了0。89 mg·g-1，表明LB-EPS转移成为SL-EPS。Pearson分析结果显示，LB-EPS中的蛋白(PN，r=0。787)和多糖(PS，r=0。790)与表面水呈正相关，SL-EPS中的PN(r=-0。592)和PS(r=-0。673)与间隙水呈负相关。粒径与Zeta电位显示联合处理方法有利于进一步改善粒径与静电排斥力。藻细胞扫描电子显微镜(SEM)图表明TXC/PAM/PAC和中温加热均有利于EPS剥离，细胞间疏水通道增大。研究表明，TXC/PAM/PAC和35℃加热联合处理藻水是一种在较低化学药剂投加量下达到藻饼含水率小于80%的技术，有利于后续藻的资源化利用。该方法有助于藻类脱水的进一步研究，为大规模工程处理实际复杂藻水环境提供思路。

    铜绿微囊藻含水率水分分布EPS相关性分析

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    污水来源对城镇污水处理厂富集菌群的影响

    王柯丹阎登科陈晓蕾邓军磊...
    72-81页
    查看更多>>摘要：城镇污水处理厂(WWTP)接纳水体包括生活污水与工业尾水，但在WWTP富集菌群研究中很少对其进行区分，本文旨在探究不同污水来源对WWTP富集菌群的影响。不同来源的污水在特定反应单元为微生物提供多样的生长环境与生态位，从而富集独特的菌群。多样性分析结果发现，生活污水厂(接纳生活污水)微生物均匀性较高，群落结构相似，与市政污水厂(接纳生活污水与工业尾水)菌群不同。物种组成结果表明，不同污水来源富集菌群具有差异性(p<0。05):在生活污水厂富集微生物有 Candidatus_Saccharibacteria、Acidobacteria、Gammaproteobacteria、Saccharibacteria、Gp6、Steroidobacter、Gp4;在市政污水厂富集菌是 Verrucomicrobia、Deltaproteobacteria、Cytophagia、Bacteroidia、Thauera、Lewinella、Chryseolinea、Prosthecobacter。其中，Saccharibacteria、Gp6 和 Steroidobacter 是生活污水厂生物标识，而Verrucomicrobia与Cytophagia是市政污水厂生物标识，且这些微生物具有较高的度，与较多微生物密切相关(网络图分析)。此外，影响微生物群落结构最大的环境因子为TP、NH4+-N和TN，Chryseolinea与Prosthecobacter等与TP、NH4+-N和TN去除率密切相关;Pseudomonas、Acinetobacter、Steroidobacter等与NO3--N、NH4+-N和TP去除率紧密相关。功能预测结果表明，反硝化、硫化合物氧化、氯酸盐还原等在市政污水厂富集，含甲基物质的代谢与发酵等在生活污水厂富集(p<0。05)。

    污水来源市政污水处理厂(WWTP)富集菌群生物标识环境因素功能预测

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    工业废水处理厂中抗性基因与微生物群落的分布特征及其两者之间的相关性

    杨鹤云李家科李晓琳郑兴...
    82-96页
    查看更多>>摘要：工业废水处理厂(Industrial wastewater treatment plants，IWWTPs)作为高浓度多种类污染物汇集的场所，具有极大的诱导抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes，ARGs)形成、增殖与传播的潜能。了解ARGs在工业废水处理厂全流程处理过程中的分布对于控制其扩散非常重要。因此，本研究从选定的典型IWWTP沿程的处理单元收集废水样本，包括缺氧-好氧(Anoxic-Oxic，A/O)、臭氧高级氧化和氯消毒单元，并考虑季节(温度)变化，分析了相应的ARGs和微生物群落结构信息。结果表明，宿主细菌的进化与ARGs高度相关，也就是说，宿主细菌是引起ARGs变化的决定性因素。

    工业废水处理厂(IWWTPs)抗生素抗性基因(ARGs)微生物群落季节温度变化

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    光助漂浮型铜钼双金属氮化碳复合材料活化PMS去除水中抗生素抗性菌与抗性基因的性能及机理

    陈曦刘熠阳周见卓王官禄...
    97-110页
    查看更多>>摘要：通过光还原法制备了一种漂浮型Cu0和MoS2双金属氮化碳复合材料Cu0-MoS2/C3N4-EG，构建了可见光助Cu0-MoS2/C3N4-EG活化PMS体系(Vis/Cu0-MoS2/C3N4-EG/PMS)用于去除水中抗生素抗性菌(ARB)和抗性基因(ARGs)。灭菌实验结果表明，Vis/Cu0-MoS2/C3N4-EG/PMS体系在材料投加量为0。22 g·L-1，PMS浓度为1 g·L-1时，仅需0。5 min即可灭活全部TC-ARB(初始浓度为5。4×107 CFU·mL-1)。灭菌过程能够破坏细胞膜的结构，进而导致DNA片段泄露并受到ROS的攻击，使得ARGs的水平转移频率降低;淬灭实验和ESR实验结果表明，起主要作用的活性物质是·OH、·SO4-和1O2。Vis/Cu0-MoS2/C3N4-EG/PMS体系对实际污水处理厂二沉池出水消毒处理结果表明，该体系能够在2 min内完成高效消毒，并且大幅降低水中各类ARGs的绝对丰度。研究结果为TC-ARB及其ARGs污染的同步高效去除提供了技术支撑和理论依据。

    过硫酸盐活化双金属催化剂抗生素抗性基因可见光氮化碳

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