微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

叶片微观结构变化对其颗粒物滞纳能力的影响

叶片作为植物滞留大气颗粒物最主要的载体,其表面微观结构特征和粗糙度的差异是颗粒物滞纳能力的重要决定因素.叶片微观结构会随着生长(内部因素)以及环境污染强度(外部因素)发生变化,然而现有的粉尘喷洒模拟实验,一般持续时间较短,而微观结构变化响应具有明显的滞后性,其结果无法客观反映由内外因素作用引起的微观结构变化对颗粒物滞纳能力的影响.本研究利用新叶和老叶研究叶片生长,并选择自然状态下不同污染源条件研究污染强度,分析叶片表面微观结构的变化及其对颗粒物滞纳能力的影响.研究得到3种常绿树种(矮紫杉Taxus cuspidata var.、侧柏Platycladus orientalis和油松Pinus tabuliformis)的老叶滞纳TSP、 PM_(10)、 PM_(2.5)和PM_1量均高于新叶,随着叶片的生长其颗粒物滞纳量在增大,且新叶与老叶对不同粒径颗粒物的滞纳量间均存在极显著的差异.生长中叶片粗糙度Rq值的增大是老叶颗粒物滞纳能力增大的主要原因. 5个树种(侧柏、油松、国槐Sophora japonica、毛白杨Populus tomentosa和银杏Ginkgo biloba)TSP和PM_(10)滞纳量为重度污染区高于相对清洁区.而PM_(2.5)和PM_1滞纳量则是油松、银杏和侧柏为重度污染区高于相对清洁区,国槐和毛白杨为相对清洁区高于重度污染区.不同污染强度区域间叶片TSP、PM_(10)和PM_(2.5)滞纳量存在着极显著的差异,PM_1滞纳量也存在着差异.主要归因于与相对清洁区相比,重度污染区叶片的气孔指数降低,蜡质层退化,表面纹理和细胞边界更加不规则,绒毛变长,变硬,叶片微观结构的这些变化使得重度污染区叶片粗糙度Rq值高于相对清洁区,且叶片背面的增加较正面更明显.研究结果将为深入揭示叶片颗粒物滞纳能力的驱动因素,以及提出更科学地提升净化颗粒物功能的城市森林管理措施提供数据支持.     

成都冬季一次持续污染过程气象成因及气溶胶垂直结构和演变特征

基于气溶胶激光雷达观测和环境监测站污染物浓度数据、气象观测资料及HYSPLIT后向轨迹模式,分析了2017年12月中下旬,成都市一次本地积累和沙尘输送影响的持续污染过程中污染物浓度、污染物来源、天气系统和气溶胶消光系数的垂直分布及演变.结果表明:①此次污染过程持续时间长,根据气象条件和主要污染物种类,分为本地污染累积、北方沙尘输送和混合影响3个阶段.②本地污染积累阶段,消光系数垂直分布不均匀,受湿度、太阳辐照与逆温层等气象因子的影响,垂直结构变化较大.消光系数最大值多出现在250 m附近,此阶段退偏比数值很小.③沙尘影响阶段,消光系数较前期明显下降,高值区位于250 m及2 km处.退偏比显示沙尘粒子于29日午后开始逐渐抵达成都市2 km高空,并于夜间达到峰值.退偏比相较本地污染累积阶段明显增大,各时段退偏比结构类似,近地面数值略低于高空.④混合影响阶段,消光系数强度小幅回升,退偏比显示有部分沙尘粒子漂浮在1～2 km高度上.     

不同营养环境下棕鞭藻共栖细菌的群落结构比较

微藻富含油脂,可以用作合成生物柴油的原料,被认为是最具发展前景的生物质能源.微藻的光合培养体系往往是非纯培养体系,现有研究更多地关注微藻生物量的积累及其对废水环境的净化效果,而对体系中广泛存在的共栖细菌缺乏全面深入的认知.本文通过对棕鞭藻共栖细菌的16S rDNA基因进行高通量测序分析,研究棕鞭藻（Ochromonas）在生活废水、BG11及Glu+BG11（BG11中添加10 g·L^-1葡萄糖）3种不同营养环境中共栖细菌的群落结构差异,进而阐明有机物及复杂废水环境对微藻共栖细菌群落结构的影响效果.结果表明,生活废水、BG11及Glu+BG11 3种营养环境中共栖细菌群落结构存在显著差异,生活废水体系中生物多样性显著高于BG11及Glu+BG11体系,生活废水中共栖细菌香浓（Shannon）多样性指数高达4.32,其次是BG11及Glu+BG11,Shannon指数分别为2.13、1.54.从共栖细菌群落的组成上看,3种营养环境中优势菌属差异显著,生活废水中优势菌属有芽殖杆菌属（Gemmobacter）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）及玫瑰球菌属（Roseococcus）,相对丰度分别为14.46%、14.9%、14.54%,其中,芽殖杆菌属只在生活废水中有较高丰度.BG11中寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）与玫瑰球菌属的丰度分别高达26.86%、51.03%.Glu+BG11中寡养单胞菌属较BG11中显著增加,达到82.41%,而玫瑰球菌属较生活废水及BG11中则明显降低,菌群丰度仅为6.2%.对比3种营养环境,玫瑰球菌属均具有较高丰度,是棕鞭藻良好的共生菌.     

基于气候响应关系研究火干扰对兴安落叶松直径结构的 影响

以大兴安岭地区兴安落叶松（Larix gmelinii）为研究对象,分别选取1987年、2003年和2015年火干扰区域及其附近未受火干扰区域设置典型样地,基于树轮数据和调查数据重建历史直径结构,构建兴安落叶松树木生长与气候因子的相关关系,探讨气候变化背景下火干扰对兴安落叶松直径结构的影响。研究结果表明：（1）火干扰下兴安落叶松直径结构呈正偏,高峰态分布。中度火干扰恢复15年后则呈现负偏、峰度值下降的趋势,而重度火干扰恢复15年后仍处于正偏高峰态分布,但随后趋向负偏,低峰态分布。（2）火干扰改变了兴安落叶松直径生长与气候之间的响应关系,中度火干扰下兴安落叶松生长与上年冬季温度呈显著负相关（p＜0.05）,随着火干扰强度增加,降水的抑制作用增强,重度火干扰下兴安落叶松直径生长与当年生长季（5—8月）、上年生长季（7—9月）和上年冬季（11—12月）降水呈显著负相关关系（p＜0.05）。不同恢复期内树木生长-气候因子关系也有所差异。中度火干扰下兴安落叶松与生长季温度的关系由火干扰初期正相关转变为中期（恢复15年）负相关（p＜0.05）,与上年生长季降水的关系则转变为正相关关系（p＜0.05）;重度火干扰下兴安落叶松直径生长与上年冬季温度由恢复初期的负相关转变为后期（恢复31年）的正相关（p＜0.05）,与当年生长季降水转变为负相关（p＜0.05）。在未来气候变暖和火干扰事件增加的趋势下,兴安落叶松直径结构趋向负偏、高峰态分布。     

砷氧化菌对胡敏酸络合As (Ⅲ)的氧化作用

土壤砷与土壤微生物相互作用是土壤砷形态转化中需要重点关注的内容之一.为了研究砷氧化菌对胡敏酸络合三价砷[HA-As(Ⅲ)]的作用,设置了不同p H值反应体系,研究砷氧化菌HN-2对HA-As(Ⅲ)作用下,砷的形态变化及其在固液两相中的分配.结果表明,在HA与As(Ⅲ)络合过程中,HA可以将一部分游离态As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ).其中,在p H=7的体系中,As(Ⅲ)被HN-2和HA氧化成As(Ⅴ)的效率最高.在含有砷氧化菌株和不含砷氧化菌株的体系中,0~10 h振荡过程中,HA-As材料均可以释放一部分As(Ⅲ)及As(Ⅴ)进入液相中,同时砷氧化菌可以快速地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而胡敏酸可以较缓慢地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ);反应10~24 h期间,HN-2砷氧化菌可以将络合态HA-As(Ⅲ)转化为游离态As(Ⅲ)并氧化为As(Ⅴ);48 h后反应逐渐达到平衡.固相同步辐射结果可以进一步证明HN-2砷氧化菌对络合态As(Ⅲ)的释放及氧化作用.     

长期储存亚硝化絮状污泥活性的恢复

为探究长期储存亚硝化絮状污泥的脱氮性能,采用CSTR反应器,接种4℃下储存了10个月的亚硝化絮状污泥,考察其活性恢复性能,并采用Mi Seq高通量测序技术分析了污泥中微生物菌群结构的变化情况.结果表明,控制DO为0.4~0.8mg·L~(-1)、pH值8左右、温度为(30±1)℃等条件,长期储存亚硝化絮状污泥的活性可以在15 d内迅速恢复,氨氮去除率和亚硝积累率均达到90%以上;此外,污泥颜色由接种初期的灰黑色迅速恢复至棕黄色,SVI值显著降低,MLVSS/MLSS升高,EPS含量明显增加.随着亚硝化性能的恢复,厌氧、发酵微生物被洗脱,Nitrosomonas等氨氧化细菌相对丰度显著增加,同时,Nitrospria等硝化菌的生长得到了有效抑制.经历长期储存的亚硝化絮状污泥可作为实现短程硝化快速启动的接种污泥,更有利于短程硝化工艺的实际应用.     

中国显示器件行业VOCs排放特征及控制对策

为掌握和了解我国电子行业VOCs的排放特征,以显示器件行业为研究对象,梳理和分析其生产工艺及排污环节;通过典型企业有机废气的实际排放监测,掌握其VOCs排放水平;利用排放因子法,核算了2011-2016年我国显示器件行业VOCs的排放量,分析其排放量的变化趋势及空间分布特征.结果表明:受产量和污染控制效率变化的双重影响,2011-2016年我国显示器件行业VOCs排放量（文中涉及"全国"的各要素范围均未包含港澳台地区）呈先增后降的趋势,2015年达到最大值（15 605 t）,此后在产量增长放缓和污染控制效率提高的作用下,2016年的排放量有所下降;从排放占比来看,显示器件行业无组织VOCs排放占比从2011年的45%升至2016年的53%,车间无组织VOCs逸散,以及废水处理过程、有机原辅料和有机废液储运等环节的VOCs无组织排放是行业污染控制的重点和难点.研究显示,我国显示器件行业VOCs无组织排放量占比逐年上升,为控制未来行业VOCs排放,企业应将无组织排放转化为有组织排放,之后再通过高效的末端处理装置来减少VOCs排放量.      

济南市水域鱼类功能群结构及其季节性变化

鱼类对于维护河流生态系统的稳定具有重要作用,季节性变化在一定程度上影响鱼类的群落结构.为了解济南市水域鱼类的功能群结构及其季节性差异,于2014年春季（5月）、夏季（8月）和秋季（11月）选取济南市水域的40个采样点对鱼类群落和水环境理化因子,通过单因素方差分析、多响应置换过程以及典范对应分析等方法,分析鱼类功能群在不同季节的差异性.结果表明:①春季共鉴定出鱼类5目7科26种,夏季为5目9科32种,秋季为5目7科20种.将鱼类按栖息水层、产卵类型、对环境的耐受性以及营养结构4个方面分为4种功能类群共11亚类.春季主要以植食性、底层与敏感种功能群为主,夏季主要以肉食性、中下层、耐污种、特殊产卵与粘性卵功能群为主,秋季主要以杂食性、浮性卵、中上层、耐污种功能群为主.②典范对应结果显示,影响粘性卵功能群、肉食性功能群、底层功能群以及敏感种功能群分布的驱动因子是ρ（DO）,电导率则是影响植食性功能群的驱动因子.研究显示,鱼类功能群的季节性变化受到内源性和外源性的共同影响,即鱼类自身生活习性和水环境因子季节性变化的共同影响.      

不同季节尾水排放对河道细菌群落结构的影响

为探究不同季节尾水排放对河道细菌群落结构及多样性的影响,以常州市深水城北污水处理厂尾水、排放河道为例,利用Illumina Miseq高通量测序技术分析细菌群落结构,并分别讨论了不同季节尾水对河道水质、细菌群落结构及多样性的影响,分析细菌群落结构与水质的相关性.结果表明:①尾水增加了夏季、秋季河道的NO₃--N、TN浓度.②由于尾水的排放,使夏季、秋季河道细菌多样性下降.③共检测到43个门,其中变形菌门（Proteobacteria）为最优势菌门,平均占比为60.11%,其次为放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,尾水主要影响夏季、秋季河道Proteobacteria的相对丰度,其中假单胞菌属（Pseudomonas）夏季增加49.14倍,秋季减少0.95倍;鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）夏季增加6.63倍,不动杆菌属（Acinetobacter）秋季减少0.98倍.④TN浓度对细菌菌属分布影响最大,其与微球菌属（Micrococcaceae）、Hgcl_clade呈负相关;与盐单胞菌属（Halomonas）呈正相关.研究显示,尾水排放对河道的影响主要表现在夏季和秋季,使NO₃--N、TN浓度显著上升,而使细菌多样性下降,对河道Proteobacteria下的Pseudomonas、Acinetobacter、Sphingomonas相对丰度影响较大,水中的细菌分布主要受TN浓度影响.