微生物光电还原CO2合成乙酸对外电压的响应机制

以TiO₂光阳极结合自养型生物阴极,构建双室微生物光电合成（MPES）系统,以光能作为主要的能量来源,探究MPES还原CO₂合成乙酸的性能及其限制因素.结果表明,光阳极取代纯电化学阳极显著降低了MPES生物阴极对外电压的需求.MPES能持续稳定运行,平均产乙酸速率为（1.18 ±0.11） mmol/（L·d）,法拉第效率为45.75%±3.97%.光阳极驱动阴极产生氢气,推测阴极微生物倾向于利用氢转移的方式来进行电子传递.外加电压通过影响光阳极的给电子能力从而对MPES的性能产生显著的影响,当外电压从0.4V升高至0.6V时,MPES的电流,乙酸产量和法拉第效率都显著提高,系统的性能主要受限于阳极.当外电压高于0.6V,系统电流,乙酸产量的增速减缓,法拉第效率在外加电压0.8V时达到最大值,随后下降,表明生物阴极的得电子能力已经达到饱和,此时MPES的性能主要受限于阴极.作为电子传递中间体,H₂的不完全利用是法拉第效率没有随着外电压的增加进一步提升的原因.     

污泥基生物炭结构的共焦显微拉曼技术应用

采用共焦显微拉曼光谱仪探索不同热解温度(500~900)℃条件下所制备的污泥基生物炭结构变化的表征方法.结果表明,拉曼信号的荧光干扰与生物炭的理化特性有较强的相关性.随着热解温度升高,拉曼漂移系数减小,这与污泥基生物炭挥发分含量、H/C和O/C比变化趋势一致.其中,漂移系数与挥发分含量和H/C的相关性指数分别是0.97和0.94,其变化规律可用来准确评估生物炭挥发分含量和H/C的变化.同时,生物炭在拉曼光谱中的特征峰强度比D/G随着热解温度升高而增强,代表了污泥基生物炭无序化程度增加的过程.谷区域(V)与D峰强度比IV/ID随热解温度升高而减小,表明具有缺陷的稠合芳环结构的比例增加;另外,经分峰拟合后得到的ID1/IG1变化较小,而ID2/IG2呈增加趋势,证实了小分子侧链基团断裂形成的化合物部分沉积在炭表面,形成缺陷和非晶结构;IG1/IG2随着热解温度升高而减小,表明了炭基材料键角有序与无序比随着热解温度的升高而降低.因此,拉曼光谱可用于表征污泥基生物炭的微观结构变化,反映其结构演变规律.     

基于贝叶斯的苯并(α)芘PBPK模型优化与健康风险评估应用

应用基于生理的药代动力学(PBPK)模型预测苯并(α)芘(BaP)暴露的人体内部剂量,基于贝叶斯的马尔科夫链蒙特卡洛模拟(MCMC)方法对模型参数进行校准和优化,最后运用已优化的模型对BaP内暴露基准值进行推导.研究发现,基于贝叶斯的MCMC方法对模型后验参数校准后,模型精度明显提高,两个数据集验证结果显示残差平方和分别降低了72%和94%.PBPK模型以BaP和子代谢物3-羟基苯并(α)芘(3-OHBaP)的体内动力学过程为结构基础,模拟BaP体内浓度分布大小为脂肪>肾脏>皮肤>缓慢灌注组织>快速灌注组织>静脉血>肝脏;3-OHBaP体内浓度分布大小为肾脏>快速灌注组织>脂肪>肺>静脉血>缓慢灌注组织>肝脏>皮肤.敏感性分析显示,快速灌注组织-血分配系数对模型输出影响最大,灵敏度系数超过了200%;排泄系数影响最小,只有肾小球过滤率K_BR的灵敏度系数超过了1%.以美国国家环境保护局推荐的参考浓度2.0×10^-6mg/m³为外暴露安全基准值,基于PBPK模型推导了职业暴露的BaP生物监测当量(BE),结果显示BE值为0.405pmol/mol肌酐(尿液3-OHBaP平均浓度),为基于人体内暴露剂量水平进行定量健康风险评估奠定了基础.     

污泥基生物炭提升活性污泥系统处理性能

对污泥基生物炭提升活性污泥系统处理性能进行探讨,将活性炭和污泥基生物炭分别投入A²O工艺厌氧池活性污泥,发现其对COD削减率最高分别为72.9%和41.1%,均能有效削减,生物炭对TN削减率最高为74.1%,优于活性炭.表征显示污泥基生物炭上更易附着活性污泥且比表面积更大.在A²O小试厌氧池中以"1次/污泥龄"为频率投加活性炭、污泥基生物炭和脱脂污泥基生物炭,结果发现:投加污泥基生物炭对COD、TN、TP的削减均优于活性炭,投加脱脂污泥基生物炭对COD、TN的削减与投加活性炭相当,对TP平均削减率高达85.6%,优于活性炭,表明生物炭处理(BT)工艺比粉末活性炭处理(PACT)工艺处理生活污水能力更强,脱脂污泥基生物炭作为污泥脂质提取后的副产品更经济.     

改性椰壳炭钝化修复农田土壤镉、铅的长期稳定化效果及生态风险评估

为探究改性椰壳炭钝化修复土壤中镉、铅的长期效果及生态风险,采取硝酸-高锰酸钾改性方法优化椰壳炭表征,通过设置不同改性椰壳炭用量,探究其对土壤中镉、铅生物有效性的长期影响,结合土壤-农产品综合质量影响指数评价结果,最终验证其场地应用的可行性。结果表明:改性椰壳炭可显著提高土壤镉、铅的稳定性,当用量>20 g/kg时,钝化培养12周,土壤中镉、铅以残渣态为主,固定率较对照组分别提高了8%~23%和11%~24%。钝化培养15~18周,土壤镉、铅有效态含量均低于安全阈值,且种植蔬菜未检测到重金属超标,不存在生态风险。采用改性椰壳炭进行土壤重金属场地修复具有一定应用价值。     

泥浆生物反应器在土壤修复中的应用

泥浆生物反应器技术可用于极端环境、高浓度污染土壤的修复,相比于其他生物修复技术具有处理效率高和环境条件易控制等优势。介绍了泥浆生物反应器对多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、五氯酚(PCP)和总石油烃(TPH)等难降解有机物的处理效果,比较了污染物特性、降解途径、水土比和运行条件(pH、温度、溶氧量等)等因素对污染物去除效果的影响,综述了该技术的相关工艺、工程案例及应用成本。由于泥浆生物反应器综合应用成本较高、微生物修复过程复杂,目前国内的相关研究大多在实验室条件下进行。未来需进一步提升反应器修复效率,降低应用成本,推动泥浆生物反应器技术在国内的产业化应用。     

辽河铁岭段砷的人体健康水质基准研究

砷(As)是一种持久性、毒性强的致癌污染物。近年来我国As污染事件频发,故制定As的人体健康水质基准具有重要意义。以辽河铁岭段为研究对象,采集并分析水样和不同营养级的鱼样中As含量。结合文献调研,确定As的污染物毒性参数与辽河铁岭段饮水相关的部分人群暴露参数;基于线上问卷调查,计算本地居民人均第2、3、4营养级鱼类摄入量分别为0.0268,0.0323,0.0027 kg/d,进而推导出当地代表性鱼类As的第2、3、4营养级国家生物累积因子为8.256,9.281,10.197 L/kg。根据以上参数计算出辽河铁岭段As的人体健康水质基准值为1.976×10-5 mg/L,研究结果可为辽河流域制定水质标准提供参考,为更加科学有效地管控污染物排放和保护人体健康提供依据。     

基于遥感的SDG 15.1.2生物多样性指标计算与分析:以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

生物多样性评价为生物多样性保护提供重要的参考价值,联合国可持续发展目标(SDGs)中15.1.2指标对此提出了具体要求. 本研究借助遥感技术,以长三角生态绿色一体化发展示范区(简称“示范区”)为研究区,选取物种多样性层次、生态系统多样性层次和景观多样性层次的7个指标(生境质量指数、增强型植被指数、水网密度指数、生境面积百分比、辛普森多样性指数、景观分离度指数、蔓延度指数)构建生物多样性评价指标体系,实现了对研究区生物多样性的量化计算及生物多样性评估. 结果表明:①研究区生物多样性指数平均值为0.42,生物多样性高等级区域面积为526.65 km2,占研究区陆地面积的27.38%;研究区共28个乡镇,其中生物多样性高等级区域占乡镇陆地面积比例大于50%的乡镇有两个,分别是青浦区的华新镇和香花桥街道. ②探究了土地利用方式和城市不透水面占比对生物多样性的影响,生物多样性受人类活动干扰较为严重,不透水面占比与高等级生物多样性占比呈负相关,在植被稀少的城市和工业区域生物多样性等级较低. 研究显示,SDG 15.1.2指标区域得分为27.38分,距离实现2030年生物多样性可持续目标还面临一定的挑战;同时,该研究旨在构建县级区域生物多样性现状的评价指标体系,从而为SDGs指标本地化提供理论参考.      

基于EEM-PARAFAC解析厌氧生物滤池对城市污染河流中DOM的转化特性

为探究厌氧生物滤池(AF)处理城市污染河流的最佳工况和运行效能,以新河河水为研究对象,运用三维荧光光谱结合平行因子法(EEM-PARAFAC),研究AF中试试验系统在不同水力停留时间(HRT)及温度条件下对溶解性有机物(DOM)的转化特性. 结果表明:①河水中DOM主要包含3种荧光组分,其中,C1为类腐殖质物质,C2为类蛋白物质,C3为类腐殖质物质,类蛋白和类腐殖质物质平均占比分别为53.45%和46.55%. ②AF运行稳定后COD平均去除率为30.75%,出水UV₂₅₄降低19.80%;荧光组分分析表明,DOM的降低主要归因于C2和C3的有效转化,且提高温度和HRT有助于DOM的进一步降低. ③UV₂₅₄和<10 kDa的DOM沿程逐步减小,3~10 kDa和<3 kDa的DOM去除率分别为64.29%和22.81%;沿程出水三维荧光光谱显示,AF前端微生物活性较高,C1和C3变化较小,C2先升高后逐步下降,最终出水DOM总荧光强度出现明显的降低,表明AF第1级滤层是DOM去除和转化的主要区域. 研究显示,常温且HRT=24 h工况下,AF能够在一定程度上将难降解有机物转化为易降解有机物,有效去除城市污染河流中的DOM,可作为处理城市污染河流的潜在预处理手段.      

综合硅藻指数的建立及其在淡水生态评价中的应用

硅藻在水生态系统中具有重要作用,具有分布广泛、繁殖周期短、对环境变化反应敏感等特点,被广泛用于水体质量监测. 为建立适用于我国水体生态评价的硅藻指数,2017年8月—2018年8月调查了长江下游主要湖泊和青弋江水系的着生硅藻群落结构及环境特征,使用Speraman相关分析研究硅藻指数与环境因子的关系,使用箱形图分析硅藻指数的适用性. 结果表明:①通过研究长江下游主要湖泊和青弋江水系硅藻与环境因子的关系,确定了114种硅藻对水体TP、TN和COD_Mn浓度变化的最优值和耐受值及环境指示,建立了一个适用于青弋江和长江下游湖泊水体环境评价的综合硅藻指数(comprehensive diatom index, CDI). ②Spearman相关分析结果显示,无论在河流水体还是在湖泊水体中,CDI与TP、COD_Mn、TSP和TN的浓度均呈显著相关. ③箱形图结果显示,CDI在河流和湖泊中均呈现随水质梯度增加而变大的趋势,说明CDI可以很好地反映水体的环境质量. 研究显示,使用CDI评价长江下游湖泊及青弋江水系水体质量,得到较好的结果,是一种评价水体质量较好的生物评价方法.