滆湖表层沉积物营养盐和重金属分布及污染评价

为了揭示滆湖表层沉积物营养盐及重金属分布和污染特征,2014年1月采集了滆湖湖北区、湖中区和湖南区共20个沉积物样品.分析了沉积物营养盐和重金属的水平分布特征,并对营养盐及重金属的污染特征和来源进行了研究.结果表明,滆湖沉积物总氮(TN)和总磷(TP)的平均含量分别为2 207.94 mg·kg~(-1)和708.62 mg·kg~(-1),其中湖中区(N=20,P=0.027)和湖南区(N=20,P=0.005)TN及湖中区(N=20,P=0.005)TP含量显著大于湖北区;重金属(Zn、As、Cr、Cu、Ni、Pb、Cd、Hg)的平均含量分别为766.59、350.66、307.98、59.54、122.67、168.97、2.34和0.41 mg·kg~(-1),其中湖中区的Cu含量显著(N=20,P=0.013)大于湖北区,湖中区的Zn含量显著(N=20,P=0.024)大于湖南区,其它重金属元素含量在3个湖区的差异性不显著(P0.05).除TP、Cu和Hg与粒径之间有一定的相关性,其它元素与粒径的相关性不明显.营养盐污染评价中,综合污染指数(PI)表明滆湖处于严重污染,且湖中区和湖南区比湖北区污染更为严重.潜在生态风险评价中,重金属Cd、As和Hg均已达到很强到极强污染程度,其余重金属则处于轻微到中等污染水平,重金属潜在生态风险指数(RI)表明滆湖沉积物存在很强到极强的潜在生态风险,其中Cd、As和Hg对RI的贡献最大.     

钢铁工业排放颗粒物中碳组分的特征

为探究钢铁工业排放颗粒物中碳组分的特征,使用荷电低压颗粒物撞击器(ELPI)采样,采集到3组不同载荷和除污设施的烧结炉和1组炼铁高炉排放的颗粒物样品,利用热-光反射法,分析颗粒物中的有机碳(OC)和元素碳(EC)以及按温度划分的7种碳组分物质.结果表明,烧结工艺排放颗粒物中OC的质量分数高于炼铁工艺,OC在PM_(10)和PM_(2.5)质量分数分别是(5.3±2.3)%和(7.1±3.0)%,说明OC易在细粒径段颗粒富集,炼铁工艺排放颗粒物中OC在PM_(10)和PM_(2.5)质量分数分别是2.5%和2.0%;4组样品的7种碳组分相对比例相似,OC2和OC3在7种碳组分中质量分数最高,EC1、EC2、EC3的质量分数依次递减,OC1的质量分数可能与锅炉规模和脱硫设施有关;另外,烧结工艺排放各粒径段的颗粒物中OC和EC表现出较高的相关性,一次排放的PM_(2.5)中的OC/EC为4.7±0.7,远高于受体中估算二次碳组分的指标值.钢铁工业排放颗粒物中碳质组分的深入分析,可以为受体碳质气溶胶的来源解析提供基础数据,也有助于钢铁工业后续的除污管理.     

CuO强化MFC活化过硫酸盐降解偶氮染料废水及同步产电研究

利用CuO强化微生物燃料电池(MFC)活化过硫酸盐(PDS),提高MFC对偶氮染料的降解率及同步产电性能.考察初始pH、CuO浓度、PDS浓度等因素对降解率及同步产电的影响.实验结果表明,最佳反应条件:初始pH为3.0,CuO浓度为0.6 mmol·L~(-1),PDS浓度为2 mmol·L~(-1)时,反应4 h后MO降解率达到99.3%.比未投加CuO时MO降解率提高12.8%;MFC最大输出功率密度从53.0 mW·m~(-2)增大到103.5 mW·m~(-2),输出功率密度提高1.95倍;对应的表观内阻从484.1Ω减小到318.6Ω,下降幅度达到34.1%.降解机理研究表明,MO降解过程中的主要活性物质为SO~-_4·和少量·OH.反应前后水样的紫外-可见光谱对比显示,MO降解过程中偶氮键率先断裂,然后生成含苯环类的中间产物,最终得到矿化.     

基于无人机多光谱影像的小微水域水质要素反演

总磷(TP)、悬浮物浓度(SS)、浊度(TUB)3种水质参数可以直接通过遥感反演得到,常用于评价区域水环境的污染状况.以浙江农林大学东湖为研究对像,使用无人机携带多光谱传感器(Mica Sense Red Edge)获取多光谱影像,进而提取16个光谱参数,分别构建东湖水域TP、SS、TUB的反演模型.结果表明:光谱参数V5(NIR 0.770～0.890μm)与TP、SS相关性显著(r分别为0.470、-0.537,p0.05),V4(0.670～0.760μm)与TUB相关性显著(r=0.486,p0.05).在建立的TP反演模型中,指数函数模型精度最高,决定系数R~2为0.7829;在建立的SS、TUB反演模型中,多项式函数模型精度最高,决定系数R~2分别为0.7503、0.7334.经检验,TP、SS、TUB模型估测值与实测值线性拟合曲线的决定系数R~2分别为0.7374、0.8978、0.6726,满足水质要素反演的精度要求.最后利用建立的模型,结合多光谱影像数据,建立了东湖水域各参数的空间分布图,实现了水质参数的可视化,可为小微水域的污染防治提供技术支撑.     

基于液相31P核磁共振技术的不同地理区域湖泊沉积物生物质磷(Biogenic-P)形态特征研究

利用液相~(31)P核磁共振分析方法,研究了我国不同地理区域湖泊表层沉积物中生物质磷(Biogenic-P)的形态特征.结果表明,不同地理区域湖泊表层沉积物磷含量差异较大,湖泊沉积物中的总磷在184.37～1089.41 mg·kg~(-1)之间,青藏高原的青海湖总磷含量最高,达到1089.41 mg·kg~(-1).使用~(31)P-NMR技术在湖泊沉积物中共检测到4类磷化合物,其中生物质磷检测到3类磷化合物,分别为:磷酸单酯(Mono-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P),其中以磷酸单酯为主,含量在5.57～399.18 mg·kg~(-1)之间.随着我国外源性磷的有效控制,内源性磷成为了磷主要的来源,在磷的内源负荷中,生物质磷矿化释放的磷将会影响水体整体生产力,本研究基于液相~(31)P核磁共振技术,对我国不同区域湖泊沉积物中磷形态的分布有了一些新的认识,可为深入认识磷在不同区域湖泊中转化提供支持,有助于深入研究不同区域湖泊磷生物地球化学循环过程,同时为认识我国不同区域湖泊沉积物中磷形态特征提供数据支持.     

苯水相光氧化反应形成二次有机气溶胶的实验研究

来源于机动车尾气的苯能溶于大气水滴、云雾等水相中并发生水相光氧化反应,在水分蒸发后,产物保留在颗粒相中形成二次有机气溶胶(SOA)粒子.本文采用雾化器将羟基启动苯水相光氧化反应溶液雾化产生气溶胶粒子,通过扩散干燥管除去水蒸气后产生SOA粒子,采用气溶胶激光飞行时间质谱仪进行在线检测,利用紫外可见吸收光谱仪、红外光谱仪和液相色谱串联质谱仪离线测量SOA的化学组分.实验结果表明,激光解吸附质谱中存在醛类(m/z=29(CHO~+)、57(CHOCO~+))、羧酸(m/z=44(COO~+))和苯环(m/z=39(C_3H~+_3)、65(C_5H~-_5))特征裂解碎片峰.SOA粒子的红外光谱图中存在苯环C—H和C=C双键,以及C=O双键、C—O、O—H和C—O—C键的伸缩振动吸收峰,电喷雾电离质谱中存在m/z高达915的离子峰.这表明醛类、羧酸、酚类、芳香醚类产物和酚类产物发生聚合形成的高分子量化合物是SOA粒子的主要化学组分.这为研究人为源挥发性有机化合物水相反应形成SOA的机理提供了实验依据.     

利用单颗粒气溶胶质谱仪研究燃煤尘质谱特征

采用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)和再悬浮采样器联用的方式对燃煤电厂烟道气样品和下载灰样品的质谱特征进行测定,并使用颗粒物粒径分级采样仪ELPI测定其粒径分布特征.研究表明,SPAMS监测得到的粒径分布与ELPI结果差异较大,SPAMS对于500 nm以上粒径段检测效果较好;两个样品正谱图中有非常明显的锂、钙、钛、铝等金属组分信号和碳组分信号特征,负谱图中硅酸盐、硝酸盐和硫酸盐等信号比较明显,并且随着粒径的增加碳组分、硫酸盐和硝酸盐等组分对应的信号强度逐渐减弱,而硅酸盐、铝、钙和钛等组分对应的信号强度逐渐增强;对两个样品使用ART-2a聚类获得多个颗粒物类别,分析表明,它们均含有元素碳二次类(硫酸盐和硝酸盐缩写为二次Sec)、有机碳二次类、铝元素碳类、铝钙硅酸盐类和富硅酸盐类等颗粒物类别,并且随着粒径的增加金属硅酸盐颗粒出现频率增大,而含碳颗粒与硫酸盐出现频率降低.但烟道气样品和下载灰样品的质谱特征呈显著差异,下载灰样品更能代表燃煤源真实排放特征.建议在今后建立基于单颗粒质谱固定源成分谱时,应使用单颗粒气溶胶质谱仪在外场进行实测,并使用聚类的方法提取不同粒径段上的源质谱特征,可能会取得更好的效果.     

湖泊沉积物溶解性有机氮组分的藻类可利用性

选择乌梁素海和洱海沉积物样品,利用XAD-8树脂分离和三维荧光光谱技术,在室内培养条件下,研究了其溶解性有机氮(DON)不同组分的藻类可利用性.结果表明:①DON分组后,所研究湖泊沉积物DON及DOC平均损失低于5%,即XAD-8树脂分离技术可以用于湖泊沉积物DON的分组研究.②通过三维荧光光谱分析,湖泊沉积物DON亲水组分以类蛋白质为主,疏水组分以类腐殖质为主.③亲水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长分别呈"S"型曲线和直线上升趋势,最大藻密度分别达到535.5×104个·mL-1和709.5×104个·mL-1;其ρ(DON)均呈显著降低趋势,培养后ρ(DON)分别降低了2.46 mg·L-1和2.98 mg·L-1,表明湖泊沉积物亲水DON组分是藻类可利用的有机氮形态.④疏水组分培养条件下,来自乌梁素海和洱海沉积物的DON处理,其藻类生长均呈"单峰"曲线变化,最大藻密度分别达到113.5×104个·mL-1和275.5×104个·mL-1;ρ(DON)均在培养初期迅速下降,培养后期几乎不变,表明湖泊沉积物疏水DON组分在短时间内藻类可利用性较低,对藻类生长几乎无贡献作用.     

荧光假单胞菌代谢α-蒎烯过程中表面活性物质的定向积累及其性状分析

从处理α-蒎烯的生物滴滤塔中分离到一株荧光假单胞菌PT,该菌株在代谢α-蒎烯的过程中能产生具有表面活性的物质.通过优化培养基,使得菌株在降解过程中能最大程度地积累表面活性的代谢产物,培养液的表面张力下降至30 mN·m-1.采用红外光谱、薄层色谱等分析方法对分离得到的油状产物进行鉴定,并结合α-蒎烯的微生物代谢途径,确定该表面活性物质为紫苏酸,分子式为C10H14O2.这类物质对柴油和正己烷有较明显地乳化作用,乳化指数达到40％～60％,对多环芳烃(菲、萘、芘)也有明显地增溶效果,在其临界胶束浓度时水中溶解度分别提高了2.65％、6.07％和10.0％.以上结果表明,该表面活性物质可替代化学表面活性剂广泛用于环境污染的修复治理中.     

基于石墨烯载体的铁基材料制备及除砷性能比较

以氧化石墨为前驱体,分别将磁铁矿、赤铁矿和零价铁负载到石墨烯上,通过FTIR和XRD对其进行表征,成功地制备出石墨烯负载磁铁矿(M-RGO)、石墨烯负载赤铁矿(H-RGO)和石墨烯负载零价铁(N-RGO)这3种复合材料.研究比较了3种复合材料的除砷性能,如吸附动力曲线、吸附等温线、pH值范围和共存离子对除砷效果影响.结果表明,3种材料吸附As(Ⅲ)的动力曲线遵从准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,在相同条件下,其吸附容量依次为N-RGO>MRGO>H-RGO.3种材料均在弱酸性至中性条件下对As(Ⅲ)有较好的吸附效果,M-RGO和H-RGO材料受pH值影响较小,且吸附As(Ⅲ)的最佳pH值范围较N-RGO材料宽.3种材料中,N-RGO材料抗共存离子干扰能力较强,其次是H-RGO材料,MRGO材料最差.