【新闻】化验室医疗污水处理设备光模块

化验室医疗污水处理设备

核心提示：化验室医疗污水处理设备，拥有先进的污水处理技术,十多年的处理经验,出水质量高,按要求达到国家规定标准。化验室医疗污水处理设备在实验室中用淹水水稻土模拟湿地环境, 采用一种新型SMFCs装置插入水稻土中进行土壤产电, 并在线记录电压信号(邓欢等, 2017).通过向SMFCs装置阴极附近上覆水中加入CuSO4溶液来模拟重金属污染事件.研究湿地产电信号对水体中重金属污染事件的响应特征, 并且通过产电细菌16S rRNA基因定量、SMFCs装置电荷传递电阻分析以及CuSO4溶液理化性质分析揭示电信号响应Cu2+污染的机理.为发展在线原位监测湿地水体重金属污染的新方法提供理论和实践依据.　　2 材料与方法(Materials and methods)2.1 土壤采集　　土壤于2017年10月采集于南京市江宁区水稻田(32°05′18″N;118°59′28″E), 土壤含水量56%, 采样深度0~20 cm.采样地为亚热带湿润气候, 年平均降水量1100 mm, 年平均温度15 ℃.土壤过2 mm筛并充分混匀.部分样品自然风干后进行理化性质的测定.土壤总碳(TC)和总氮(TN)通过元素分析仪(Vario EL Ⅲ, Elementar, Germany)测定;土壤pH按土水比1:2.5采用pH计(FE20, Mettler Toledo, Switzerland)测定;土壤电导率(EC)按土水比1:5采用电导率仪(DDSJ-308F, 上海雷磁)测定.土样的理化性质如下：土壤pH 7.21;TC 31.58 mg·g-1;TN 2.84 mg·g-1;EC 167.15 μS·cm-1.　　2.2 SMFCs装置构建和运行　　本研究采用一种新型SMFCs装置(图 1).该装置阳极为不锈钢管, 阴极为铂网, 阳极和阴极分别连接在聚四氟乙烯塑料管两端.阳极和阴极通过导线与负载串联, 负载两端电压作为监测湿地水污染的信号.该装置的优势在于可直接插入湿地底泥中进行原位产电, 产电电压可进行在线记录(邓欢等, 2017).

向10只2 L玻璃烧杯中分别加入相当于1500 g干重的新鲜水稻土, 之后缓缓地向烧杯中加入去离子水, 保持土壤上覆水深度5 cm以模拟湿地环境.将SMFCs装置阳极不锈钢管插入水稻土中, 阴极铂网位于上覆水水面下方1 cm.阳极和阴极使用钛丝作为导线与外阻(1000 Ω)串联.每个烧杯中插入1个SMFCs.外阻与电压记录设备(7660B, 中泰研创)并联, 每隔15 s记录1次电压数据.为了模拟野外监测的实际状况, SMFCs装置在室温(14.9 ± 0.4)℃下产电.湿地沉积物处于厌氧环境中, 并且含有丰富的有机物, 适合产电细菌生长.许多研究报道了淹水土壤、湖泊、海洋中存在产电细菌.主要分布在变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和酸杆菌门(Acidobacteria)等(Jiang et al., 2016; Kokko et al., 2016).将阳极埋在湿地底泥中, 阴极固定在上覆水中, 可以构成沉积物-微生物燃料电池(Sediment Microbial Fuel Cells, SMFCs).底泥中的产电细菌将分解有机质产生的电子通过胞外电子传递交给SMFCs的阳极, 电子通过导线到达阴极, 与上覆水中溶解的O2发生还原反应生成H2O(Deng et al., 2012; 邓欢等, 2015).流过导线的电流和导线负载两端的电压能够被数据采集装置在线连续记录.可以设想, 当含有重金属离子的废水进入湿地上覆水后, 会增加水的电导率、降低水体pH, 有利于提高SMFCs电压或电流.换句话说, 排入到湿地上覆水中的重金属可能会刺激电压或电流升高;但另一方面, 上覆水中的重金属离子如果大量进入底泥, 会抑制产电细菌活性, 从而导致电压或电流降低(Deng et al., 2015; Jiang et al., 2015).因此, 重金属废水进入湿地水体后, SMFCs电信号会做出何种方式的响应, 尚不清楚.　　已有研究在三电极体系下, 采用交流阻抗法分析阴极和阳极的电荷传递电阻(charge transfer resistance)来揭示阴极和阳极电子传递的难易程度.通常, 阳极表面形成产电菌膜, 电子能顺利地向阳极传递, 则阳极的电荷传递电阻降低;反之, 当产电菌膜受到破坏, 电子难以向阳极传递, 则阳极的电荷传递电阻升高(Baranitharan et al., 2015).因此分析阴极和阳极的电荷传递电阻有助于揭示重金属污染物对阴极电子传递过程是否具有刺激效应, 以及对阳极电子传递过程是否具有抑制效应.另外, 阳极附近沉积物中的产电细菌丰度也是揭示重金属污染物对阳极影响的重要证据.研究表明水稻土中的产电细菌主要为以下5种类群：地杆菌(Geobacter)、脱硫弧菌(Desulfobulbus)、梭菌(Clostridia)、厌氧粘细菌(Anaeromyxobacter)和希瓦氏菌(Shewanella) (De Schamphelaire et al., 2010; Kouzuma et al., 2013; Lin and Lu, 2015; Cabezas et al., 2015; Sun et al., 2015).笔者在前期工作中, 对本研究采用的水稻土中产电细菌16S rRNA基因进行定量分析, 发现地杆菌科(Geobacteraceae)和梭菌属(Clostridiium)是优势的产电细菌类群, 占上述5个细菌类群总量的90%.因此本研究中, 分别采用不同的引物对地杆菌科和梭菌属16S rRNA基因进行定量, 用以表征土壤产电细菌数量.

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