TiO2/PS/Fe3O4 光催化剂的低温制备及其光催化和磁回收性能

以聚苯乙烯(PS)包覆油酸修饰过的纳米Fe3O4为磁核,在低温(90℃)、中性(pH=7左右)条件下,制备了以PS为惰性隔离层的磁载TiO2光催化剂.用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)对催化剂的物相组成、形貌、表面性质、磁学性质进行了表征.以苯酚为模拟污染物,考察了其光催化活性,以自制的磁回收装置,考察其回收特性.结果表明,低温制备的TiO2为锐钛矿结构,平均粒径为2～5 nm,催化剂TiO2/PS/Fe3O4[其中物质的量比为n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]具有结构完整的壳/壳/核结构,TiO2在PS/Fe3O4表面负载牢固;光催化降解苯酚遵循一级反应动力学方程,TiO2/PS/Fe3O4[n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]的反应速率常数K=0.025 8,与纯TiO2的活性接近(K=0.026 2);循环使用5次后,反应速率常数仅降低0.003 4.所制催化剂具有较强的磁感应强度,平均回收率可达到92%以上.该低温水解法制备的磁载TiO2光催化剂具有良好的应用前景.     

短程深度脱氮中试工艺的低温启动和维持

试验采用有效体积为7.0 m3的SBR中试反应器处理生活污水,考察了低温条件下短程深度脱氮工艺的启动方法及稳定性.利用基于鼓风机频率(BF)和pH的实时控制策略对SBR系统进行实时控制.结果表明,SBR系统在低温条件(11～16℃)和50 d内快速启动短程深度脱氮工艺,亚硝酸盐积累率从19.8%上升到90%.在中低温条件(9～28℃)下短程深度脱氮性能维持长达550 d,亚硝酸盐积累率始终维持在95%左右,出水TN浓度维持在3 mg·L-1,TN去除率维持在95%以上.由此可见,低温下启动SBR短程深度脱氮工艺并长期维持完全可行.     

两相一体式污泥浓缩消化(TISTD)反应器微生物多样性研究

针对课题组开发的两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD),采用16S rDNA、PCR-TGGE等分子生物学技术,对反应器在不同阶段稳态下的内、外反应室中微生物的多样性和种群结构进行了研究.结果表明:TISTD反应器内外反应室中微生物群落均呈现高度的多样性分布,优势菌群明显,群落结构差异性很大,且外反应室较内反应室具有更多的微生物种群数量,外室是水解酸化的场所,污泥在外室经过微生物的水解酸化后进入内室,内室是严格厌氧的产甲烷场所;从反应器运行的不同时期来看,反应器中微生物优势种群呈现一定的差异,随着反应器负荷的改变,微生物的群落结构和种群数量也呈现出明显的演替过程,优势种群的功能地位处在动态变化中.微生物种群之间通过协同和竞争作用,形成了特定生态位的群落结构.研究结果解释了TISTD反应器同时浓缩和消化的工作机理,并为其推广、应用及优化调控提供了理论基础.     

崇明东滩湿地干湿交替过程脲酶活性变化初探

以典型滨海湿地——崇明东滩为原型区域,采集湿地沉积物及海水样品,通过土柱模拟方法(30、35、40℃),研究了半月潮(15d左右为周期的"大潮")与日潮(一个太阴日内出现的涨潮和落潮)水分生态过程沉积物脲酶(Urease)活性及溶解性有机氮(DON)与铵态氮(NH+4-N)含量等的变化,计算了Urease活性的表观温度敏感性系数(Q’10),旨为揭示典型滨海湿地潮汐驱动下周期性干湿交替过程沉积物Urease活性的变化规律.半月潮过程,干燥沉积物(1%~3%)淹水后,Urease活性迅速增加.随着沉积物变干,酶活性逐渐下降.Urease活性对沉积物水分变化的敏感性随干湿交替频次的增加而下降.日潮过程对Urease活性的影响较小.30、35、40℃下,酶活性分别为(0.067±0.018)、(0.143±0.027)、(0.028±0.011)g·(10 g·h)-1.相比较而言,半月潮过程Urease活性明显低于日潮过程.这表明,干湿交替显著降低了沉积物Urease活性(30、35℃).半月潮过程中,沉积物Urease活性Q’10的最高值出现在35~40℃,而日潮过程中出现在30~35℃.因此,干湿交替可能增高了Urease活性Q’10的温度响应范围.此外,半月潮过程中,Urease活性主导着沉积物NH+4-N含量的变化(30、35℃),但其与DON含量之间并无显著相关性.日潮过程Urease活性与NH+4-N和DON含量之间均不显著相关.     

温度与pH对生物合成施氏矿物在酸性环境中溶解行为及对Cu2+吸附效果的影响

探析施氏矿物在不同温度、pH下的溶解行为,对其在酸性煤矿废水(ACMD)重金属去除领域的应用具有重要的工程指导意义.本研究通过摇瓶实验,在0.16mol·L-1FeSO4·7H2O,初始pH为2.5的酸性体系中,采用氧化亚铁硫杆菌A.ferrooxidans催化合成施氏矿物.考察了15℃与30℃,pH为2.0$6.0环境条件下矿物的溶解行为,及生物合成施氏矿物对酸性体系Cu2+的吸附去除效果.研究结果表明,经过24h反应,施氏矿物合成体系pH从原始2.50降低至2.18,体系Fe2+氧化完全,27.3%的铁离子参与矿物的合成,矿物分子式可表示为Fe8O8(OH)4.22(SO4)1.89.生物合成施氏矿物在温度为15℃,pH分别为3.2、3.0、2.8、2.6、2.4、2.2与2.0液态体系中振荡72h,矿物溶解率分别为1.92%、3.34%、5.90%、13.09%、28.74%、44.53%与61.46%.在温度为30℃的上述酸度体系中,矿物溶解率在相应时间却达到2.04%、3.98%、8.34%、20.53%、43.50%、96.74%与99.92%.在pH≥3.5的不同温度液态体系中该矿物无溶解迹象.在15℃,pH为6.0、5.0、4.5、4.0与3.5,Cu2+浓度为40mg·g-1的液态体系中,生物合成施氏矿物对Cu2+的吸附量为(50.9±2.2)、(47.3±13.3)、(40.5±4.7)、(31.1±5.0)及(16.9±6.5)mg·g-1.体系酸度一定,施氏矿物在15℃与30℃条件下对Cu2+的吸附效果无显著差异.本研究结果对生物合成施氏矿物在ACMD重金属去除工程应用提供必要的参数支撑.     

温度对生物强化除磷工艺反硝化除磷效果的影响

以处理城市污水的中试规模生物强化除磷A2/O活性污泥工艺系统为研究对象,考察了温度对系统COD去除和脱氮除磷效果的影响,特别是温度对活性污泥反硝化除磷性能的影响.结果表明,当温度从(30.9±0.8)℃降低到(9.1±0.6)℃时,A2/O系统的脱氮除磷效果显著下降,系统对TN和TP的污泥去除负荷明显下降.通过污泥反硝化除磷活性实验发现,随着温度的降低,系统中活性污泥的最大厌氧释磷速率、最大好氧吸磷速率和最大缺氧吸磷速率都降低.活性污泥中反硝化除磷菌(DPB)占聚磷菌(PAOs)总量的比例随温度降低稍有下降,但平均值仍维持在47.5％左右.用阿伦尼乌斯公式对实验结果进行拟合,得到系统中活性污泥聚磷菌厌氧释磷反应活化能Ea1为148.0 kJ· mol-1,聚磷菌好氧吸磷反应活化能Ea2为228.8 kJ·mol-1,发生在缺氧条件下反硝化除磷菌的吸磷反应活化能Ea3为315.8 kJ·mol-1.对不同温度下污泥絮体粒径分析结果表明,随温度降低,粒径分布更加集中,系统中活性污泥絮体颗粒平均粒径减小,不利于污泥絮体内部反硝化除磷缺氧微环境的形成.     

象山港国华电厂强增温海域浮游动物群落结构和多样性的时空特征

为探明电厂强增温海域浮游动物群落结构和多样性的时空特征,于2011年在象山港国华电厂附近海域,采用浮游生物Ⅱ型网(网目160μm)进行10站位2重复的浮游动物季节性采样.结果表明,共识别出62种浮游动物(含幼体),平均丰度为9 531.1 ind.m-3.该海域浮游动物群落主要由桡足类和浮游幼体类组成,且以浮游幼体类为主,比例高达66.6%.相似性分析显示,各月间浮游动物群落结构差异极显著(P<0.01),控制群落结构的优势种有18种,最重要的判别种有瘦尾胸刺水蚤Centropages tenuiremis、大同长腹剑水蚤Oithona similis、伪长腹剑水蚤Oithona fallax、克氏纺锤水蚤Acartia clausi、长尾基齿哲水蚤Clausocalanus furcatus、针刺拟哲水蚤Paracalanus aculeatus和小拟哲水蚤Paracalanus parvus.GLM分析显示,月份间的多样性指数也存在极显著差异(P<0.01),经计算,各多样性指数随水温增加而下降的拐点水温范围为20.31～22.31℃.在断面上,离排水口0.2 km断面(D02)的平均水温比2 km断面高2.16℃.受温度影响,主要优势种如瘦尾胸刺水蚤和大同长腹剑水蚤倾向于向D02断面移动,克氏纺锤水蚤、尤其是大型浮游动物倾向于远离排水口,并向1.2 km断面聚集,使D02断面的种类数最少(33种)、丰度最低(5 522.8 ind.m-3),而1.2 km断面的种类数(53种)和丰度(16 491.0 ind.m-3)最高;同时,D02断面的多样性指数也明显低于其它断面.经线性回归分析,海域增温使多样性指数极显著下降(P<0.01),每增温1℃浮游动物丰富度下降12.3%.     

活化温度对SCAC制备过程中副产物生成规律的影响

文章研究了污泥-玉米芯活性炭(SCAC)制备过程中,活化温度对副产物(热解气和热解油)生成规律的影响。热解气和热解油分别采用气相色谱仪和气质联用仪进行分析检测。试验结果表明,随着活化温度的升高,SCAC的产量逐渐降低,热解气与热解油的产量则随之增多。不同温度条件下,热解气的主要成分均为H2和CO2,热解气中H2所占的体积百分数随着活化温度的升高而增加,而CO2则相应降低。此外,热解气中CH4的含量也会随着活化温度的上升而略有提高,说明较高的活化温度更有利于热解气的资源利用。热解油组分较为复杂,每个温度条件下的液态产物都包括上百种化合物,可分为烷烃,烯烃,苯类,酚类,腈类,杂环化合物,多环芳烃,有机酸,酰胺,酯类,甾体,醇,酮以及其他类共14大类型,其中以有机酸、腈类和甾体类有机物含量居多。随着活化温度的升高,有机酸和多环芳烃的含量有所增加,而酚类化合物的含量则有所降低;当活化温度升高至650℃以上时,甾体类有机物含量明显降低。     

沈阳地区采暖期气候特征与节能预报技术研究

基于沈阳地区1961-2010年逐日平均气温观测数据,采用气候倾向率及度日法,参照采暖供热相关规范,对沈阳地区采暖期气候变化特征进行了分析。结果表明:沈阳地区采暖期平均气温呈上升趋势,采暖期度日呈减少趋势。平均采暖初、终日分别为10月26日、4月3日,平均采暖期长度为160 d。采暖初终日和采暖期长度均存在年际变化振荡,但总体呈现出采暖初日推后,终日提前,采暖期长度缩短的趋势。寒冷程度的减小和寒冷期的缩短使得采暖能源需求量减少,采暖期节能减排空间较大。利用2008-2010年气象-热力数据建立的沈阳地区供热量预报方程及供热气象指数,近3年理论节煤率达9.1%。该预报方程及供暖气象指数已于2010年11月开始在沈阳地区供热作业中投入应用,为实时供热调度提供参考依据。     

不同类型湖泊沉积物中氮释放规律研究

通过对武汉市东湖子湖郭郑湖、庙湖以及南湖这3个不同类型的湖泊进行释氮模拟实验,结果表明:(1)在厌氧条件下,不同污染程度的湖泊中沉积物释氮作用均比较明显。为了抑制沉积物向上覆水释氮,控制湖泊富营养化,保持湖泊较高的溶解氧水平是必要的。(2)在厌氧条件下,高温对不同类型湖泊总氮和氨氮的释放均能起到促进作用。(3)沉积物与上覆水间污染物的浓度梯度越大,总氮和氨氮的释放速率与释氮量也越大,此时温度的影响不明显。(4)通过比较3类湖泊沉积物上覆水中总氮和氨氮两者的释放浓度可知,氨氮的释放贡献十分显著,因此控制氨氮的释放量对于控制湖泊氮释放量具有显著效果。