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生科院金仁村教授研究团队应用磷酸盐实现了重金属抑制下反硝化系统的原位修复

来源 : 生命与环境科学学院     作者 : 科研办     时间 : 2022-05-10     点击 : 62

近日,杭州师范大学生命与环境科学学院金仁村教授团队在反硝化生物脱氮系统的研究中取得最新进展,成果以“Comprehensive evaluation of the long-term effect of Cu2+ on denitrifying granular sludge and feasibility of in situ recovery by phosphate”为题发表在Journal of Hazardous MaterialsIF:10.588)上。

近年来,电池制备、采矿、能源燃料生产、电器制造等行业产生了大量的含重金属废水,这些废水对环境造成了严重污染,并威胁着人类的健康。据统计,工业废水中Cu2+的浓度高达1550 mg L-1。废水中大量存在的Cu2+会对到了污水生物处理系统的处理效率造成负面影响。目前,反硝化系统是去除污水中硝酸盐的主要途径。然而,Cu2+对反硝化系统的潜在影响尚不清楚,且其在重金属抑制下的恢复策略也鲜有研究。

团队长期从事多种污水生物处理工艺的研发与调控。近期,团队成功的在含高浓度Cu2+的废水中添加磷酸盐,最终实现了反硝化系统的原位修复。

研究发现,当废水中的Cu2+浓度达到10 mg L-1时,反应器脱氮效率从99%迅速下降至48.3%。由于静电作用和架桥效应,反硝化颗粒污泥的粒径也大幅增加,降低了污泥的传质效率。通过高通量测序发现,Cu2+胁迫下大量的反硝化菌从系统中被淘汰,并且微生物的碳代谢及膜转运能力受到一定抑制。但是,在同步添加磷酸盐后,反应器脱氮性能迅速回升到原始水平,反硝化菌的相对丰度显著增加,膜转运、转录、细胞过程和信号传导等能力均有一定提升。研究证实,磷酸盐不仅可以降低Cu2+的生物有效性,同时也提高了微生物的活性。此研究的结论对于实现重金属抑制下污水生物处理的稳定运行具有重要意义。

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Cu2+对反硝化颗粒污泥的影响及磷酸盐的积极作用

生命与环境科学学院2019级硕士研究生马文杰为论文第一作者,2017级硕士研究生程雅菲为共同第一作者,金仁村教授为论文通讯作者,杭师大为论文第一完成单位。该课题得到了国家自然科学基金和杭州市科技发展计划的资助与支持。


作者简介:

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金仁村,浙江省“杰出青年基金”获得者,浙江省“万人计划”青年拔尖人才、入选中国高被引学者(20212022,爱思唯尔)、全球前 2%科学家榜单(2020-2021,斯坦福大学)、全球顶尖前 10 万科学家名单(20212022),为中国微生物学会环境微生物学专委会委员、中国生态学学会微生物生态学专委会委员、浙江省环境科学学会常务理事、美国水环境协会(WEF)会刊 Water Environ. Res.副主编。获授权国家发明专利70余件(已转化12件)。

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  马文杰,生命与环境科学学院2019届硕士研究生,在校期间研究方向为新型污水生物脱氮工艺。以第一作者身份在Chem.Eng.J.J. Hazard. Mater.Environ. Sci.-NanoChemosphere等期刊发表论文5篇。

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程雅菲,生命与环境科学学院2017届硕士研究生,现复旦大学博士研究生在读。目前在Environ. Sci. Technol.Bioresource Technol.Environ. Pollut.Environ. Int.等期刊发表论文8篇。





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