生物膜因具有吸附和生物降解等功能,近年来已被应用于环境污染治理.生物膜法不仅被成功应用于污水处理,在土壤重金属和有机污染物的修复中也具有较高的应用价值.随着微塑料和抗生素抗性基因(ARGs)等新污染物被广泛关注和研究,生物膜在其中发挥的作用不容忽视.本文系统综述了生物膜的结构组成、形成机制、种群和功能及近年来在环境污染治理中的应用与机制,重点论述了生物膜对重金属和有机污染物的去除机制与应用进展,并阐明了在新形势下生物膜带来的塑料际多种污染物并存、ARGs传播与病原菌富集等诸多环境问题,最后指出了目前研究存在的不足和今后的研究方向,尤其强调了探究生物膜与多种污染物之间相互作用关系与作用机制的重要性,以期为生物膜修复新技术的开发提供理论依据.

室内空气污染物中的甲醛已经引起了广泛的关注,特别是其对人体健康的长期影响.本文综述了当前用于室内甲醛去除的多种技术,并对这些技术的效率、可行性、安全性、环境影响进行了比较.统计了在研究的和在实际使用的所有除甲醛的方法,总结为 4 种:物理方法,化学方法,生物方法和催化方法.4 种方法都有其独特的优点和挑战.本文也探讨了这些方法在未来的发展潜力和可能的改进方向.这包括提高去除效率,减少副作用和探索新的甲醛去除技术,为室内空气治理提供新思路.

合成生物学是一个基于生物学和工程学原理的科学领域,其目的是重新设计和重组微生物,以优化或创建具有增强功能的新生物系统.该领域利用分子工具、系统生物学和遗传框架的重编程,从而构建合成途径以获得具有替代功能的微生物.传统上,合成生物学方法通常旨在开发具有成本效益的微生物细胞工厂进而从可再生资源中生产化学物质.然而,近年来合成生物学技术开始在环境保护中发挥着更直接的作用.本综述介绍了基因工程中的合成生物学工具,讨论了基于基因工程的微生物修复策略,强调了合成生物学技术可以通过响应特定污染物进行生物修复来保护环境.其中,规律间隔成簇短回文重复序列(Clustered Regu-larly Interspersed Short Palindromic Repeats,CRISPR)技术在基因工程细菌和古细菌的生物修复中得到了广泛应用,生物修复领域也出现了很多新的先进技术,包括生物膜工程、人工微生物群落的构建、基因驱动、酶和蛋白质工程等.有了这些新的技术和工具,生物修复将成为当今最好和最有效的污染物去除方式之一.

文章基于高通量测序技术对污水处理厂微生物群落多样性进行分析研究,并针对污水处理脱氨氮效率低,产生二级污染物等问题,筛选分离出同步硝化好氧反硝化菌实现高效脱氮,探索其脱氮特性,为强化微生物法处理高氨氮废水提供新的菌源.微生物多样性分析结果显示,脱氮系统具有丰富的群落多样性,其主要菌门为变形杆菌门(Proteobacteria),主要优势菌属为陶厄氏菌属(Thauera sp.).从污水处理系统的活性污泥中分离鉴定高效脱氮菌株.通过形态观察和 16S rDNA基因序列比对,鉴定分离菌株为康德拉氏副球菌(Paracoccus kondratievae);测定不同氮源降解过程中菌体生长量变化和脱氮效率,分析其同步硝化好氧反硝化性能,结果显示,其 24h内的氨氮去除率为 99.91%,将菌株应用于实际污水处理中,其总氮、氨氮、硝氮脱除率分别为 60.70%,88.77%和86.35%.

微生物修复是一种利用自然或人工方式培育微生物群落,通过提高其代谢能力来去除毒性污染物或将其转化为无毒物质的一种生物修复技术.有机土壤污染是较为普遍的一种土壤污染,因此应选用恰当的微生物修复方法对其进行修复.故开展微生物修复有机污染土壤的研究很有必要.

抗生素的滥用导致了环境中抗性基因的产生,抗性基因一旦形成便难以控制和消除.目前,抗性基因在水环境中普遍检出,传播扩散迅速,污染形势严重,对生态系统和人体健康构成了巨大威胁.本文综述了国内外关于去除水环境中抗性基因的技术进展,重点讨论了消毒技术(含紫外消毒和加氯消毒)、高级氧化技术(包括Fenton氧化、光催化氧化和臭氧氧化)和人工湿地技术对水中抗性基因的去除效果,指出了各技术的应用优势和限制,分析了存在的问题与解决措施,为今后这一方向的深入研究和实践应用提供科学依据和参考.

[目的]研究可降解成年泌乳奶牛粪中主要酸臭物的微生物群落的组成及动态变化.[方法]利用牛粪堆肥环境中的微生物进行了发酵优化、菌种驯化以及酸臭有机物降解规律的研究,结合rDNA高通量测序技术对有益微生物的组成及相对生物量进行了分析.[结果]实验发现,奶牛排泄物中的臭味来源主要为短链有机酸,堆肥自然环境中的微生物可以有效地对有机酸等污染物进行去除,经从低到高浓度的有机酸臭物(W/V,0.1％-0.2％)驯化发酵后,培养物中原核微生物以芽孢杆菌居多,而真核微生物主要由红曲霉及粉状毕赤酵母组成.[结论]进一步推测这几种微生物是耐受并降解有机酸臭物的优势微生物,可以应用于奶牛养殖过程中酸臭排泄物的生物控制.

漆酶主要是由真菌分泌的一类胞外多铜氧化酶,因其具备多功能特性而被广泛地应用于绿色环境化学.漆酶能够以分子氧作为电子接受体,催化氧化多种酚类和非酚类底物形成自由基中间体,随后这些自由基中间体涉及到氧化耦合或键断裂,最终导致底物发生氧化、分解或聚合反应.目前,主要采用包埋、吸附、共价绑定和交联结合等方法制备固定化漆酶,以增强漆酶在实际环境中的催化活性、稳定性和循环再利用功效.概述了真菌漆酶的分子组成、结构特性及其催化氧化不同底物的作用机理,系统地比较了漆酶的固定化技术及其利弊,重点阐述了漆酶在有机污染物去除、合成染料脱色、造纸废水、食品加工、生物传感器和环境质量指示器等领域的研究进展,旨在为拓展和开发真菌漆酶在绿色环境化学中的多功能应用提供新的理论依据和指导思想.

生物电化学系统(BES)因兼有污染物去除与能量回收等优点,近年来已成为环境污染治理领域的关注热点.对生物电化学技术在脱氮方面的基本原理、含氮污染物的转化途径进行综述,主要的生物脱氮过程包括阴极反硝化、阳极氨氧化以及阴极同步硝化反硝化等,而非生物脱氮过程包括NH3/NH4+的跨膜转移、氨气逃逸等. 总结已报道的BES中主要脱氮微生物及其脱氮机制,BES中多数反硝化菌属于变形菌门(Proteobacteria);硝化细菌主要是亚硝化菌属( Nitrosomonas)和硝化杆菌属( Nitrobacter);在同步硝化反硝化过程中,电极上的硝化、反硝化菌有明显的分层现象. 最后阐述了生物电化学脱氮技术在生活污水、渗滤液、地下水处理等领域的最新应用研究,通过改变反应器构型以及运行模式等条件构建不同BES处理各类污水,以达到去除污染物同时回收电能或资源的目的. 基于目前BES的优势,认为减少脱氮中间产物(NO2---N、N2O)的积累及扩大BES规模对电能输出和污染物去除效果的影响将是未来的研究方向. (图3 表2 参66)

近 10 年来,不管是在医药卫生还是农业、畜牧业,我国滥用抗生素情况都相当严重.由于大量抗生素不能被充分利用而随各种废水和城市污水直接排入水体,或经动物粪便进入土壤后随水循环过程不断渗透转移至水体环境中而成为持久性污染物.在我国河流水、水库水、海水、地下水,甚至饮用水中都存在四环素类、磺胺类、喹诺酮类等抗生素不同程度的残留[1-5].其中以四环素(tetracycline,TC)、土霉素(oxytetracycline,OTC)、氯霉素(chloramphen-icol,CAP)等为代表的四环素类抗生素因其生物吸收率较低,约有 50％～80％的药物未经代谢即被排出体外,且其结构性质稳定,在环境中不易降解而容易造成持久性的环境污染[6].研究显示,水体环境中抗生素的长期存在不仅破坏环境微生态系统还可能对人体健康造成潜在的危害[7-9],去除水体环境中的抗生素残留已经成为亟待解决的公共卫生问题.因此,开发有效地去除水体环境中抗生素残留的先进技术应用于各种废水处理和饮用水源水净化,对建设"健康中国"有着重要意义.目前去除水环境中抗生素污染的方法主要有生物降解法[10]、光催化氧化法[11-12]和吸附法[13-14].吸附法具有易操作、高效率、不产生高毒性的副产物、对环境好等优点,被公认为是一种很有前途的抗生素 残 留 去 除 方 法.因此,本文拟就各种吸附材料在去除水体环境中四环素类抗生素残留的应用进行综述.