水质生化需氧量快速检测新方法研究进展——现场、实时和就地监测

生化需氧量是评价水质污染情况、水体自净能力的重要指标之一,它能够直接反映水体自净过程中的耗氧需求,也是评价污水处理及大环境修复成效的有力参数之一.然而,国标方法耗时长、误差大、数据滞后.快速检测方法发展四十余年,却鲜有应用.本文归纳总结了现有的快速生化需氧量检测的主要方法及缺陷,并根据本课题组二十余年的科研经历,详细论述了一种基于原位生长微生物膜反应器构建流通式生化需氧量在线监测的新原理、新方法、新仪器及其应用.     

快速生化需氧量微生物传感器的应用

采用混合菌BODseed制备微生物传感器快速监测生化需氧量（BOD）,研究了矫正溶液选择、样品自降解及恒温装置对测量准确度的影响。 结果表明,采用葡萄糖 谷氨酸矫正溶液测得污水处理厂污水结果较BOD5方法偏低50%以上,而以污水本身制作矫正曲线取得了与BOD5一致的测试结果;样品在保存6 h后有机物自降解会使测量结果偏低40%;快速BOD在线监测时不仅需要对微生物传感器恒温,同时也需要对样品及缓冲溶液恒温,这有利于样品快速接近缓冲溶液温度,减少空气饱和时间,从而提高监测效率,提升测试准确度。     

有机-无机杂化材料膜制备生物传感器用于在线生化需氧量的测定

用溶胶-凝胶与接枝共聚物组成的有机-无机杂化材料固定皮状丝孢酵母制备BOD生物传感器,在研制的在线BOD监测仪上考察其性能。结果表明,该传感器线性高达85．0mg／L BOD,稳定性良好、使用寿命长,可连续使用90d以上,保存14个月后仍可保持70％以上的活性。本方法用于实际样品分析,得到了与传统的5d法较一致的结果,可用于污水的在线监测。     

一步热聚合法制备Cu2O/CuO-g-C3N4吸附剂及其对甲基橙吸附的性能

用一步热聚合法制备了一种铜改性的石墨氮化碳吸附剂,并研究了其对甲基橙的吸附性能。以氧化亚铜、双氰胺为前驱体,以氯化胺作为气体模板,在高温下引发聚合获得了铜改性的石墨氮化碳吸附剂(Cu₂O/CuO-g-C₃N₄)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)及全自动比表面及孔隙度分析(BET)等对所制备吸附剂的组成和结构进行了表征,结果表明,该吸附剂由Cu、C、N和O共4种元素组成具有介孔结构的层状材料。引入铜氧化物以后,有效地扩展了g-C₃N₄的π共轭体系,有利于通过π-π作用吸附带有苯环结构的染料;Cu₂O/CuO-g-C₃N₄吸附剂具有多种孔径的介孔结构增大了其比表面积,为染料的吸附提供了足够的活性位点。通过优化吸附剂的制备条件、投加量、染料浓度、吸附时间、搅拌转速和pH等参数后,获得在最优条件下对甲基橙溶液的吸附率仅需25 min即可达到96.11%。进一步地,在常温常压下...     

Z型g-C3N4/Pt/TiO2纳米管阵列复合电极的制备及光电氧化甲醇性能

以NH₄Cl为气体模板吹制双氰胺制备g-C₃N₄纳米片, 并将其负载于Pt/TiO₂纳米管阵列(Pt/TiO₂ NTs)上, 制备了一种新型的Z型g-C₃N₄/Pt/TiO₂NTs复合电极材料. 通过扫描电子显微镜、 X射线衍射和X射线光电子能谱对该材料的结构进行了表征, 采用电化学和光电化学方法研究了材料的性能. 研究结果显示, 在可见光照射下, g-C₃N₄/Pt/TiO₂ NTs复合材料具有高效的光电氧化甲醇的性能. 该复合材料的高性能主要归因于以下两点： (1) g-C₃N₄与Pt/TiO₂NTs的结合有效扩展了其在可见光范围的吸收; (2) Z型电荷转移保留了具有强氧化能力的空穴和强还原能力的电子, 从而使光生中间体作用于电催化过程增强了甲醇氧化效率.     

基于微生物膜反应器的在线BOD测量仪及应用

以待检测水样为微生物源及有机物源,在优化的条件下,连续流经流通式管状反应器制备得到原位培养的微生物膜反应器;以此为生物降解有机物传感器,研制在线生化需氧量( BOD)监测仪,并开展了一系列现场测试应用。结果表明,在优化条件下,微生物膜反应器的培养时间为14 h,生物降解效率为18.5%,检出限为0.5 mg/L,检测上限可达20 mg/L。在线监测仪检测标样的准确度与长期稳定性的相对误差( RE)与相对标准偏差(RSD)分别为-0.8%和±3.2%,多组水样测量值与国标法(BOD5)的平均相对误差为＋5.6%。微生物膜反应器在近3个月的测试过程中,性能稳定,准确度可靠,线性范围宽,可满足对地表水的在线监测需求。     

机器学习辅助图像识别红细胞抗氧化研究

细胞形态是原始的生物学特征,可以提供有关细胞生理或病理状况的内在信息。与通过肉眼比对分析细胞形态的方法相比,基于人工智能（Artificial intelligence, AI）的图像识别方法有望提高分析速度和精度。本研究建立了细胞形态图像分割、识别和计数的氧化损伤分析模型,并将其用于研究红细胞抗氧化的动态过程。结果表明,以正常红细胞比率计,本模型获得了与经典生化指标一致的结果,表明本模型可用于分析红细胞氧化损伤程度。本方法无需细胞染色或细胞破碎等操作,可在2 h内获取结果;而且因为采用显微图像获取细胞形态信息,可实现细胞的实时监测。本模型有望拓展应用于环境毒理学有关细胞形态、细胞活性水平等方面的研究。