基于遥感信息的黄河中游水土流失敏感区淤地坝坝地资源特征研究

淤地坝是黄河中游黄土高原区水土流失防治的有效工程措施之一,在拦泥淤地、建设农田、巩固退耕还林（草）、改善生态环境等方面发挥了重要作用。基于WorldView-2、Google Earth、Bing、Sentinel-2多源遥感影像并结合实地淤地坝监测资料、NDVI和土地类型数据,本文完成了晋西南地区淤地坝坝地资源（数目、面积、位置、坝系、流域面积）的统计,并对其运行现状进行了评估。结果表明：截至2021年,晋西南地区淤地坝共计12167座,总面积达71.19 km²。规模上该区主要以小型淤地坝（＜0.015 km²）为主;空间上主要集中于中部的汾西县、洪洞县和浮山县地区,坝地数量和面积分别占总数量和面积的67.37%（8197座）和56.67%（40.35 km²）。目前,56.58%的淤地坝已经处于服务超限状态,平均超限5—10 a,其中,隰县、大宁县、汾西县、吉县和乡宁县地区淤地坝超限较为严重,60%以上的淤地坝已处于淤满状态。淤地坝的修建明显促进了黄土高原地区植被恢复、拦泥蓄容、建设耕地资源,但随着一些淤地坝的“淤满”,其生态和经济服务功能明显下降,并存在一定的潜在风险,亟需地方流域管理部门重视并采取有效措施。     

基于枯草芽孢杆菌微生物传感器的毒性分析

采用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为指示生物的微生物传感器毒性分析系统,对重金属(Hg2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+、Cd2+、Pb2+和Co2+)、有机污染物[邻氯苯酚(2-CP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)、邻硝基酚(2-NP)、对硝基酚(4-NP)、四环素和十二烷基苯磺酸钠]及石油废水等的生物急性毒性进行分析.结果表明,对数生长后期和稳定期的Bacillussubtilis微生物传感器具有良好的毒性分析性能,Cd2+、Zn2+、Cr6+、Cu2+、Hg2+、Pb2+对Bacillus subtilis的EC50分别为47.3,10.9,14.0,2.6,0.8,100.1mg/L,Co2+的EC30为56.6mg/L,2-CP、2,4-DCP、2-NP、4-NP、四环素和十二烷基苯磺酸钠的EC50分别为559.6,450.8,588.5,487.0,121.3,558.9mg/L,该微生物传感器能真实反映石油废水的毒性情况.     

GAC/H2O2/UV降解二级出水中溶解性有机物

颗粒活性炭(GAC)既可以作为吸附剂,又能作为催化剂。研究利用GAC、过氧化氢(H2O)2、紫外(UV)三者联合深度处理二级出水。采用连续流反应器,对比了GAC/H2O2/UV联合体系与GAC、UV、H2O2、GAC/UV、GAC/H2O2、UV/H2O2条件下溶解性有机物的降解效果,并重点探讨GAC对H2O2的催化作用、UV对H2O2的分解作用在联合体系中的贡献。结果表明,GAC/H2O2/UV联合连续降解效果明显高于其它条件下的降解效果;停留时间越长,降解率越高;虽GAC可催化H2O2,但UV/H2O2在联合体系中起关键作用;GAC/H2O2/UV联合体系能减少出水中H2O2的剩余量。     

铜绿假单胞菌ZGKD2的重金属耐性机制研究

从煤矸石中分离的耐Cd2+铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)ZGKD2具有多种重金属耐性,研究其铁载体产生特征和重金属耐性机制对于开发土壤重金属污染修复技术具有重要意义.在牛肉膏蛋白胨培养基中分别添加200～3 000μmol.L-1的Cd2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+、Pb2+或Mn2+等重金属,ZGKD2菌株的最大生长量随着重金属浓度的增加而降低,不同浓度重金属对ZGKD2菌株产碱能力无明显影响.ZGKD2菌株生长进入稳定期时,用0、200、600、1 000μmol.L-1的Cd2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+或0、1 000、2 000、3 000μmol.L-1的Pb2+、Mn2+处理2 h,SOD和CAT活性随重金属浓度增加而增加.ZGKD2菌株在MSA培养基中能产生铁载体,200～1 000μmol.L-1的重金属Cd2+或Zn2+可显著诱导铁载体的产生,Ni2+和Mn2+的作用较小,Cu2+则抑制;ZGKD2菌株的产铁载体能力与重金属耐性能力相关.这些结果表明ZGKD2菌株的产碱、产铁载体特性以及抗氧化酶活性提高可能是其耐重金属的主要机制.     

金属离子对蒽、菲、芘生物降解过程的影响

对驯化筛选的多环芳烃(PAHs)高效降解菌CN4与CN2进行了深入研究,澄清了金属离子对其降解多环芳烃的作用,得出结论:对于CN2、CN4降解菌,Mn2+与常量Ca2+、Mg2+同时存在于降解体系中时,对蒽和菲降解起到明显促进作用。Cu2+和常量元素Ca2+、Mg2+混合对菲降解也起到促进作用,但没有Mn2+的促进作用明显。不加任何常量和微量金属元素离子的体系对蒽、菲、芘的降解作用仅次于含Mn2+的降解体系,加入Cu2+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Zn2+对CN2降解蒽、芘产生抑制作用,加入Ca2+、Mg2+、Fe2+、Zn2+对CN2降解菲产生促进作用。Mn2+主要是在降解过程中发挥作用的,外加不同浓度的Mn2+制备的菌悬液,对芘的降解作用基本没有差别。在制备菌悬液时加入Mn2+,菌体对Mn2+有富集作用,但Mn2+的存在与否并不影响菌体的生长繁殖状况。降解体系中加入Mn2+能够有效促进降解过程的进行,加入0.5 mmol/L的Mn2+对CN4菌株降解芘的促进作用最大,而在降解体系中一次性加入5.0 mmol/L的Mn2+则会对降解产生抑制作用。     

生活垃圾焚烧飞灰的物理化学特性

分析了生活垃圾焚烧飞灰的粒径、微观形貌及组成。结果表明:98%～99%的飞灰颗粒粒径在4～100μm之间,颗粒分布比较均匀;玻璃相含量高达59%,其中的玻璃微珠使得飞灰具有较大的活性;主要化学成分是CaO、SiO2和Al2O3,含量分别35.8%、20.5%、5.8%,构成SiO2-Al2O3-金属氧化物体系;主要矿物成分是SiO2、CaCl2、Ca3Si2O7、Ca2SiO.40.35H2O、Ca9Si6O21.H2O、K2Al2Si2O8.3.8H2O和AlCl3.4A(lOH).34H2O等硅酸盐及铝硅酸盐,因此飞灰是一种有用材料。     

TiO2光催化降解水中内分泌干扰物17β-雌二醇

以低压汞灯为光源,采用间歇式光氧化反应器,研究了17β-雌二醇(E2)在纳米TiO2(Degussa P-25)悬浆体系中的光催化降解.考察了溶液pH、E2初始浓度、TiO2光催化剂投加量、UV光强、H2O2、O2对E2光催化降解的影响.结果表明,TiO2光催化工艺可以有效地去除水中的E2,E2的光降解过程符合一级反应动力学模型;TiO2投加量为200 mg/L时,在14 W低压汞灯照射下,初始浓度为400 μg/L的E2在自来水中的光降解一级反应速率常数为0.018 min-1,E2的光催化降解速率常数与其初始浓度、TiO2光催化剂的用量、溶液的pH值、UV光强等因素有关;外加H2O2、O2可以影响催化剂的光降解效率.     

PbO2/TiO2-NT/Ti电极的制备及电催化性能研究

采用阳极氧化法制备了TiO_2纳米管(TiO_2-NT),研究了阳极氧化时间对TiO_2-NT形貌与结构的影响.结果表明,氧化时间为180 min时,TiO_2-NT排列紧密,管口形状接近圆形,管径为93 nm左右.以TiO_2-NT为底层采用电沉积法制备PbO_2/TiO_2-NT/Ti电极,PbO_2/TiO_2-NT/Ti电极与传统PbO_2/SnO_2-Sb2O3/Ti电极形貌、结构、电化学性能、使用寿命对比分析结果表明,与PbO_2/SnO_2-Sb2O3/Ti电极相比,PbO_2/TiO_2-NT/Ti电极具有较小的晶粒尺寸、较高的催化氧化活性和较长的使用寿命.     

电絮凝处理含Cu~(2+)废水的影响机制研究

电絮凝是去除废水中重金属离子的有效技术。研究考察了极板类型、电流密度、溶液pH值和阳离子(Ca2+、Mg2+)、阴离子(SO42-、Cl-、NO3-、H2PO2-)对电絮凝除Cu2+的影响,并解析这些影响因素对电絮凝效率的作用机制。结果表明,采用铁板电极在电流密度13 mA/cm2、初始pH=5.0,反应60 min后Cu2+(250 mg/L)去除率可达99%以上。Ca2+、Mg2+对Cu2+的电絮凝去除影响不明显,SO42-、H2PO2-、Cl-对除Cu2+有促进作用,而NO3-的存在会显著降低除Cu2+效果。     

Cd2+、Pb2+在根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为

采用1次平衡法对Cd2 、Pb2 在小麦根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为进行比较研究.结果表明,根际土对Cd2 和Pb2 的吸附能力高于非根际土,2类土壤对Cd2 的吸附等温线与Freundlich方程有较好的拟合性,Pb2 的等温吸附过程可由Langmuir方程与Freundlich方程来描述.双常数方程是描述根际、非根际土Cd2 和Pb2 吸附动力学行为的最优模型,其次为Elovich方程,最差模型是一级动力学方程.Cd2 、Pb2 的解吸存在滞后现象,相比于非根际土,根际土吸附态Cd2 、Pb2 的解吸率更低,Cd2 、Pb2 的解吸量与其初始吸附量之间的关系符合2次幂方程.2类土壤Cd2 、Pb2 的解吸速率随重金属初始浓度的增加而增加,随解吸时间的延长而不断降低.描述根际和非根际土Cd2 、Pb2 的解吸动力学过程的最优模型均为双常数方程,其次为Elovich方程,一级动力学方程拟合效果不佳.     

重金属对2-氯酚厌氧降解的抑制动力学研究

考察了Cu2+、Cd2+、Ni2+、Fe2+4种重金属离子对2-氯酚(2-CP)厌氧降解速率的影响,并通过描述金属离子抑制作用的修正方程对实验进行拟合,研究了其动力学特征.结果表明,在0~500mg/L投加浓度范围内,Fe2+对2-CP的厌氧降解过程基本不抑制,Ni2+、Cu2+、Cd2+则存在明显抑制,抑制程度Cu2+﹥Ni2+﹥Cd2+.相同的抑制强度下,抑制浓度CIP-Cu﹤CIP-Ni﹤CIP-Cd.修正方程能较好地表征金属离子的抑制作用与该离子对降解速率的最大抑制浓度(I*)以及投加浓度之间的定量关系.由该方程拟合结果可得到Cu2+、Cd2+、Ni2+对25mg/L 2-CP降解的I*值分别为458.7,1693.5,1528.5mg/L,I*及指数m值的大小表明金属离子对2-CP厌氧降解的抑制Cu2+﹥Ni2+﹥Cd2+.     

碱熔联合水热改性生物质电厂灰高效吸附多种重金属离子

以生物质电厂灰(biofuel ash, BFA)为原料,采用碱熔联合水热技术对BFA进行改性,制备地质聚合物-沸石复合材料,利用SEM、XRD、FTIR等技术对改性前后的BFA进行表征,并研究了改性BFA(MBFA)对Cd2+、Zn2+、Cu2+和Pb2+离子的吸附性能。结果表明:MBFA的比表面积、孔体积显著提高;拟一级和拟二级动力学模型均能较好地描述MBFA对Cd2+、Zn2+、Cu2+和Pb2+的吸附过程(R2>0.9375),说明同时存在物理、化学吸附;温度为298 K时,Langmuir方程和Freundlich方程对Cd2+、Zn2+、Cu2+吸附等温线均达到较好的拟合度(0.9223Cu2+>Cd2+>Zn2+。     

电化学氧化PFOA阳极材料筛选及其机制研究

全氟辛酸(PFOA)具有环境持久性及内分泌干扰性,传统的生物降解及高级氧化法对PFOA的去除效果微弱.本研究采用电化学氧化法降解PFOA,选取BDD(掺硼金刚石电极)、Pt、Ti、Ti/RuO2、Ti/RuO2-IrO2、Ti/In2O3、Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2、Ti/SnO2-Sb2O5-RhO2、Ti/SnO2-Sb2O5、Ti/SnO2-Sb2O5-CeO2和Ti/SnO2-Sb2O5-Bi2O3这11种阳极材料为备选电极.采用线性扫描伏安法测试析氧电位(OEP),评价11种电极对PFOA的降解效果和脱氟效果,并采用超声-电化学协同方法间接证明PFOA分子在电极表面的直接电子转移是降解反应的第一步.Ti/SnO2-Sb2O5-Bi2O3、Ti/SnO2-Sb2O5-CeO2、Ti/SnO2-Sb2O5和BDD对PFOA有较好的电氧化效果,降解率分别是89.8%、89.8%、93.3%和98.0%.Pt、Ti/SnO2-Sb2O5-RhO2、Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2和Ti/In2O3对PFOA的电氧化效果微弱,降解率分别是2.1%、2.3%、12.5%和3.1%.而Ti、Ti/RuO2和Ti/RuO2-IrO2对PFOA没有电氧化能力.PFOA分子经过电极表面的直接电化学氧化发生脱羧反应,后经过逐步脱掉CF2单元的循环生成短链的全氟羧酸类化合物C6F13COO-、C5F11COO-、C4F9COO-和C3F7COO-.     

两性高分子螯合絮凝剂与Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)的螯合稳定性

采用紫外分光光度法测定了两性高分子螯合絮凝剂(ACPF)与Cu2+、Cd2+、Pb2+、Ni2+形成螯合物的吸收光谱,考察了螯合沉淀物的稳定性,探讨了螯合物的组成,并计算其稳定常数.结果表明,ACPF分别在204、251和285 nm处出现最大吸收峰;ACPF中—CSS-基团与Cu2+、Pb2+、Cd2+和Ni2+等离子均按物质的量比2:1形成稳定螯合物,分别在319、310、313.5和326 nm处出现最大吸收峰,最大吸收峰发生显著红移.ACPF与Cu2+、Pb2+、Cd2+和Ni2+形成的螯合物的稳定常数分别为1.37 ×1012、3.26 ×1011、2.05×1011和3.04×1010.螯合沉淀物中重金属离子的溶出率随溶出液pH值升高而降低.PH≥5.6时,ACPF-Cu2+、ACPF-Ni2+ 、ACPF-Pb2+和ACPF-Cd2+都很稳定,浸出60.D后溶出液中Cu2+、Ni2+、Pb2+和Cd2+浓度都分别低于相应的国家污水综合排放标准(GB8979-1996).     

电镀污泥加钠焙烧过程中主要金属反应行为的热力学分析

在分析重金属捕集剂捕集电镀废水中金属离子原理与工艺的基础上,推测电镀污泥中金属的存在形式以及钠化焙烧过程污泥中主要金属可能发生的化学反应,并借助相关热力学计算,研究各种反应进行的程度以及反应的先后顺序,探讨有利于生成NaAlO_2、Na_2ZnO_2、Na_2CrO_4的污泥焙烧条件,并研究了污泥苏打焙烧-水浸探索性实验。研究结果表明,在污泥焙烧过程通过控制焙烧温度、焙烧气氛、Na_2CO_3与石灰加入量,使污泥中的铝、铬、锌尽可能最大程度转化成NaAlO_2、Na_2ZnO_2、Na_2CrO_4,从而在水浸过程使灰渣中的Al、Cr、Zn与Cu、Ni、Fe分离。研究结果为电镀污泥实际焙烧过程条件的控制以及灰渣中NaAlO_2、Na_2ZnO_2、Na_2CrO_4分离工艺的选择提供理论与技术支持。     

均相/异相催化剂光降解垃圾渗滤液效果的研究

垃圾渗滤液是一种复杂有毒的、生化降解性差的高浓度有机废水,高级氧化技术具有氧化能力强和无二次污染等特点,被认为是处理难降解有机污染物最有应用前景的方法.本研究在500 W汞灯、25℃、2.5 h反应条件下,对比了TiO_2、K2S2O_8、K2S2O_8/Fe2+、施氏矿物、施氏矿物/H2O_2、Fe2+/H2O_26种催化剂组合光化学处理垃圾渗滤液的效果.结果表明,施氏矿物/H2O_2和Fe2+/H2O_2光催化降解垃圾渗滤液中有机污染物的效果优于其它催化剂组合,渗滤液中CO_D去除率分别为41.6%和46.5%,TO_C去除率分别为76.0%和78.1%.然而,Fe2+/H2O_2组合在光催化处理垃圾渗滤液后会产生大量难以沉降的Fe(O_H)3絮状物,且渗滤液色度明显增加,由初始的40倍上升到175倍.而施氏矿物/H2O_2组合则避免了上述问题,色度去除率达100%,被认为是一种具有应用前景的光化学降解垃圾渗滤液的催化剂组合.     

UV和H2 O2联合消毒灭活饮用水中大肠杆菌研究

以大肠杆菌为研究对象,对单独紫外线(UV)、H2O2及两者不同组合方式的灭活效果进行了分析.结果表明,单独H2O2对大肠杆菌基本无灭活效果,加入浓度为20 mg·L-1的H2O2接触时间为30 min时,灭活率仅为0.02个对数级;单独UV工艺可在一定程度上灭活大肠杆菌,紫外线剂量为10 mJ·cm-2时,灭活率可达到4.51个对数级.紫外线和H2O2联合消毒在一定程度上提高了消毒效果,且不同的组合方式对灭活效果有很大的影响.先UV后H2O2消毒效果优于先H2O2后UV,当紫外线剂量为5 mJ·cm-2时,加入H2O2分别反应2.5、5、10、20 min后,两者的灭活率分别较单独UV消毒增加0.09、0.35、0.38、0.68和0.01、0.07、0.14、0.53个对数级.而UV与H2O2同时消毒效果优于UV与H2O2顺序消毒,当紫外线剂量为5 mJ·cm-2时,加入H2O2反应20 min后,灭活率较UV-H2O2和H2O2-UV工艺分别增加了0.43和0.58个对数级.随着紫外线强度的增加,大肠杆菌的灭活效果不断提高.     

液/固体系Cu2+、Zn2+、Mn2+在硅藻土表面的吸附行为与特性

为了深入了解液/固体系Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附行为与特性,为硅藻土在含重金属离子废水处理上的应用提供充分的理论依据,采用静态吸附试验对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附条件、性能、行为与特性进行了系统的研究.结果表明,硅藻土投加量和离子初始浓度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响均可归结为液/固比(液相离子与硅藻土的质量比)的影响,过高或过低的液固比均不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最佳液/固比分别为0.025、0.100和0.100.溶液初始pH值对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响主要与溶液初始pH值与硅藻土等电点(2.0)之间的距离有关,接近或低于硅藻土等电点都不利于吸附,过高的pH值会使Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)发生沉淀,也不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最适溶液初始pH值区间分别为4.0~6.0、4.0~7.0和4.0~7.0.溶液温度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的液膜扩散、颗粒扩散和吸附反应3个过程的影响不一致,导致对吸附量的影响无明显规律.硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的吸附分别符合Langmuir、Tenkin、Freundlish等温吸附模型,以物理吸附为主,吸附反应容易进行,在40 min达到平衡,吸附容量(25℃时)理论值分别为4.335、23.031、3.844 mg·g~(-1).吸附是自发的、吸热的、无序性增加,符合二级动力学模型.吸附速率的控制步骤为发生在孔道内部的吸附反应.     

TiO2-Fe2O3复合光催化剂降解废水中土霉素研究

实验以钛酸四丁酯、九水硝酸铁为主要药剂,采用水热法制备纯TiO_2、化学浴法制备TiO_2-Fe_2O_3复合材料,以土霉素为目标降解污染物,研究了Fe_2O_3与TiO_2配比、反应体系、投加量、pH等因素对土霉素降解率的影响,使用XRD、BET、XPS、TEM技术手段对复合材料进行表征分析。实验表明,Fe_2O_3成功复合于TiO_2上,使原材料比表面积增大,在pH=7、微量H2O_2体系下,TiO_2-5%Fe_2O_3复合催化剂能在10 min内降解土霉素,降解率达90%。     

常见重金属对费氏弧菌的生物毒性研究

以费氏弧菌作为毒性测试物种,研究Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Cr6+对费氏弧菌的生物毒性.同时,对相对发光强度和金属离子浓度进行线性回归后计算了EC50值(半数效应浓度值),并比较了该菌种对各金属化合物的敏感度差异.结果表明,发光菌的相对发光强度均与重金属离子浓度呈负相关,线性相关系数为0.8764~0.9730.Hg2+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Cr6+对费氏弧菌的EC50分别为0.045、0.181、0.300、0.117、0.614、23.000 mg/L,毒性大小依次为Hg2+ >Cd2+ >Pb2+ >Cu2+ >Zn2+ >Cr6+,可见Hg2+对费氏弧菌的毒性最大,但该发光菌对Cr6+的敏感性较小.