Concentration Evolution of Gas Species within a Collapsing Bubble in a Liquid Medium

In this study numerical methods are used to investigate the relationship between chemical concentration of gas species within a cavitating bubble, equilibrium radius of the gas bubble and pressure variations in the ambient liquid. For this purpose, governing equations are developed to describe the dynamic equilibrium of a bubble in a flowing fluid and mass transfer between gas and liquid phases, where it was assumed that gases undergo isothermal compression, obey the ideal gas law, Henry law. It is further assumed that the concentration of each phase within the bubble is uniform. The resulting nonlinear equations are solved using implicit Trapezoidal method with Newton iteration. Four gas species are modeled under various initial and ambient pressure variation conditions. These conditions maybe considered to represent typical cavitation events. The numerical results obtained are presented in terms of dimensionless numbers. These results indicate that chemical damage maybe an important component of cavitation surface damage, since high concentration profiles may develop within a collapsing bubble. Proposed formulation and numerical solutions are simple and cost effective to implement. The results presented in this study maybe used to benchmark experimental investigations or other more complex solutions, which are outside the scope of this study.     

Modelling the environmental degradation of water contaminants. Kinetics and mechanism of the riboflavin-sensitised-photooxidation of phenolic compounds

The aerobic visible-light-photosensitised irradiation of methanolic solutions of either of the phenolic-type contaminants model compounds (ArOH) p-phenylphenol (PP), p-nitrophenol (NP) and phenol (Ph), and for two additional phenolic derivatives, namely p-chlorophenol (ClP) and p-methoxyphenol (MeOP), used in some experiments, was carried out. Employing the natural pigment riboflavin (Rf) as a sensitiser, the degradation of both the ArOH and the very sensitiser was observed. A complex mechanism, common for all the ArOH studied, operates. It involves superoxide radical anion (O₂^√−) and singlet molecular oxygen (O₂(¹Δ_g)) reactions. Maintaining Rf in sensitising concentrations levels (≈0.02 mM), the mechanism is highly dependent on the concentration of the ArOH. Kinetic experiments of oxygen and substrate consumption, static fluorescence, laser flash photolysis and time-resolved phosophorescence detection of O₂(¹Δ_g) demonstrate that at ArOH concentrations in the order of 10 mM, no chemical transformation occurs due to the complete quenching of Rf singlet excited state. When ArOH is present in concentrations in the order of mM or lower, O₂^√− is generated from the corresponding Rf radical anion, which is produced by electron transfer reaction from the ArOH to triplet excited Rf. The determined reaction rate constants for this step show a fairly good correlation with the electron-donor capabilities for Ph, PP, NP, ClP and MeOP. In this context, the main oxidative species is O₂^√−, since O₂(¹Δ_g) is quenched in an exclusive physical fashion by the ArOH. The production of O₂^√− regenerates Rf impeding the total degradation of the sensitiser. This kinetic scheme could partially model the fate of ArOH in aquatic media containing natural photosensitisers, under environmental conditions.     

分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用

目前分子生物技术发展日新月异,已渗透到各相关学科。本文综述了分子生物技术的基本原理与方法,及其在环境工程微生物领域的应用。讨论了分子生物技术在环境工程微生物的检测应用及在污泥、生物膜、底泥和土壤等微生物种群的多样性分析方面,以及环境工程菌的挑选和培养等方面的研究成果及其巨大研究前景,对该技术在环境工程领域的应用与发展提出了一些见解。     

生物强化系统微生物分子诊断技术的应用及新发展

现代分子生物技术的飞速发展及其在环境研究领域的应用，为生物强化技术的研究和发展提供了新方法和新思路。本文从生物强化系统特异微生物检测及定量化技术、生物强化系统微生物群落结构组成及动态演替规律研究、生物强化作用机制的分子生物学解析、生物强化菌的基因工程构建、生物强化系统微生物的安全释放及控制技术几方面，对生物强化系统微生物分子诊断技术的应用和发展作了较为全面的综述。     

利用分子信标和EXO III放大荧光信号快速检测Ag+

设计新型的DNA探针,其主要功能区域包含适配体区域和分子信标互补区域;当无靶标存在时,羧基荧光素（FAM）的荧光被黑洞猝灭基团（BHQ）猝灭,加入靶标后,Ag⁺与适配体区域特异性结合,使得分子信标与其互补区域发生结合,加入EXO Ⅲ后,分子信标被酶解,从而释放Ag⁺/DNA探针复合物用于下一轮反应,同时产生大量的FAM,因此,可以通过荧光的增强来定量检测靶标的含量.评价了该方法的灵敏度和选择性,探究它在实际样品中的表现能力.结果表明,适配体区域与分子信标间隔2个碱基的DNA探针与分子信标结合效果最好,检测的信噪比最大.该方法对Ag⁺的检测最低下限（LOD）为0.1nmol/L,在0.5~200nmol/L范围内,荧光值与靶标浓度成线性关系（R²=0.994）.对实际样品的检测在20~200nmol/L范围内呈线性关系（R²=0.998）,且能很好的从混合样品中区分10nmol/L Ag⁺.该研究建立的快速检测Ag⁺方法具有良好的线性定量能力和操作性能,且灵敏度高、特异性强,可满足现实的需求.     

新乡市镉污染土壤细菌群落组成及其对镉固定效果

重金属污染土壤中具有丰富的微生物群落组成,为生物修复提供了微生物资源.本研究以新乡市某电池厂周边Cd污染土壤为研究对象,采用高通量测序和平板分离方法分析其细菌群落组成.传统培养方法表明新乡市重金属污染土壤细菌由厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门这4个门,芽孢杆菌属、节杆菌属和根瘤菌属等30个属组成;高通量测序表明,其由变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等25门及400属组成.相较于培养方法,高通量测序群落组成更为丰富.基于高通量测序的分子生态网路分析表明其关键细菌分别为Arthrobacter、Marmoricola、Nocardioides、Ferruginibacter、Flavitalea、Nitrospira和Lysobacter等组成.对分离的159株可培养菌株进行Cd摇瓶吸附实验,结果表明Aneurinibacillus、Arthrobacter和Bacillus等11个属的30株菌具有较好地固定效果.效果验证实验表明,Ochrobactrum sp. 1-6、Bacillus sp.2-11和Pseudomonas sp.1-9等6株高效菌株能提高青菜(鸡毛菜)生物量、降低青菜不同组织中的Cd含量.本研究为新乡市重金属污染土壤修复提供菌种资源,同时为重金属污染土壤细菌群落和功能提供参考依据.     

低浓度甲醛促进K562细胞增殖的分子机制探究

低浓度甲醛(Formaldehyde,FA)可以促进细胞增殖.本实验选用K562细胞为实验对象,用不同浓度的甲醛溶液处理细胞,探究其中可能存在的分子机制.测定细胞活力及胞内氧化损伤程度后,发现当甲醛浓度为75μmol·L~(-1)时,细胞增殖率上升(p0.05或p0.01),Warburg效应中的丙酮酸激酶M2型同工酶(PKM2)、葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)、乳酸脱氢酶A(LDHA)、葡萄糖和乳酸含量上升(p0.05);此外,细胞周期调控因子Cyclin D-cdk4与转录因子E2F1含量也上升(p0.05).同时,细胞内氧化损伤加强,其中活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)含量上升(p0.01),还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)下降(p0.05).然而,在加入抗氧化剂VE后,氧化损伤程度减弱,细胞增殖率降低,PKM2、GLUT1、LDHA、葡萄糖、乳酸,Cyclin D-cdk4、E2F1含量均下降.结果表明低浓度甲醛可能通过氧化应激诱导Warburg效应和影响细胞周期调控因子两条途径促进细胞的增殖.     

水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌脱氮的影响

本研究以水源水库热分层期沉积物中有机物为研究对象,在分析其相对分子质量分布和有机物荧光特性的基础上,探究了沉积物中有机物为碳源时,好氧反硝化细菌的脱氮效能、细菌生长及碳去除性能.结果表明：①水源水库在热分层期,沉积物中相对分子质量>100×10³的有机物所占比例较高;同时相比于不同月有机物的相对分子质量分布,7月时沉积物中相对分子质量大的有机物所占的比例最低（44.62%）,显示出较小的相对分子质量;②水源水库沉积物中有机物由陆地类腐殖质组分C1（250 nm,425 nm）、类色氨酸和氨基酸物质C2（230 nm/280 nm,322 nm）和传统微生物类腐殖质混合物C3（250 nm,340 nm）所组成,其中色氨酸和氨基酸类的物质（组分C2）所占比例较高,同时在7月时显示出较大的总荧光强度;③好氧反硝化过程中,5月有机物显示出较好的作为电子供体的特征,而7月的有机物却表现出较好的作为能源物质的性能,同时使得好氧反硝化细菌WGX-9显示出较高的氮去除特性;④相比于天然有机物、藻类有机物和实际水源水库水,沉积物中有机物作为碳源时可以较好地促进菌株WGX-9的好氧反硝化脱氮效能.本文阐明了水源水库热分层期沉积物中有机物特性及对好氧反硝化细菌的影响,将为微污染水体氮污染控制工程提供依据.     

稀土/Y分子筛多相催化电解氧化深度去除渗滤液中难降解有机物

采用浸渍和焙烧法制备了以Y分子筛为载体的几种稀土催化剂,并用玻璃纤维包埋催化剂形成反应床体,构建稀土多相催化电解氧化体系,探索这一体系对垃圾渗滤液中难降解有机物的去除效果.同时,以COD值为控制指标,考察了焙烧温度、浸渍液金属离子浓度、稀土元素种类对电催化活性的影响.最后,用SEM和XRD等手段对催化剂的微观结构、表面形貌进行了表征,并与稀土/γ-Al2O3催化剂的电催化活性和结构进行了比较.结果表明,Y分子筛中引入稀土元素后没有破坏Y分子筛的晶体结构,稀土/Y分子筛催化剂的表面并没有检测到稀土氧化物的物相,稀土/γ-Al2O3催化剂的表面形成了明显的稀土氧化物衍射峰;稀土/Y分子筛催化剂的最佳制备条件为焙烧温度400℃,浸渍液中金属离子质量分数1%～3%,负载金属为铈;所制备的稀土/Y分子筛催化剂具有良好的电催化活性和稳定性,其活性高于稀土/γ-Al2O3催化剂.     

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.