不同施肥模式下甘薯乙醇生命周期能效与环境影响分析

采用生命周期分析方法,以1 000 L甘薯乙醇为单位功能单元,将甘薯乙醇生产体系分成作物种植、原料运输和乙醇转换等3个单元,对其生命周期能耗与环境排放进行清单分析和影响评价,比较习惯施肥与测土配方施肥下甘薯乙醇生命周期9类环境影响潜力的差异。结果表明：两种施肥模式下甘薯乙醇生产体系的生命周期能源效率分别为1.41和1.43。习惯施肥模式下甘薯乙醇生命周期主要环境影响类型包括人体毒性、富营养化、酸化、淡水生态毒性、能耗和全球变暖,其环境影响潜力分别相当于2000年世界人均影响潜力的40%、40%、31%、29%、25%和20%。测土配方施肥降低了化学氮肥和磷肥使用量,提高了肥料利用效率和甘薯单产,使富营养化、淡水生态毒性、酸化和全球变暖潜力分别降低了31%、15%、9%和7%。可见,测土配方施肥模式可改善甘薯乙醇生命周期的能源效率并显著缓解其负面环境影响。     

超声辅助乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸洗脱土壤重金属及环境风险削减评价

采用超声辅助乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)淋洗修复重金属污染土壤,结果表明,超声辅助EGTA对Cu和Cd的洗脱效果较好,对Zn和Pb的洗脱能力较弱,增加液固比可显著提高淋洗效果,增加超声时间和功率的效果则相对较小.淋洗处理后Cu、Zn和Cd浸出浓度减小,Pb浸出浓度增加.构建综合考虑土壤重金属残留量、浸出浓度和毒性的环境风险指数对修复效果进行评价,考察了EGTA投加量、液固比、超声时间以及超声功率等淋洗条件对重金属去除率和环境风险削减率的影响,并进行模拟和优化.当淋洗条件为EGTA投加量1.7 g·L~(-1)、液固比10、超声时间40 min、超声功率600 W时,环境风险削减率预测值为79.7%,实测值为78.0%.可还原态Cu残留量、弱酸提取态Pb残留量和可还原态Zn残留量显著减少,弱酸提取态Zn残留量显著增加,而Cd各不同形态组分残留量均显著减少.超声辅助EGTA淋洗可有效削减Cu和Zn环境风险,但显著提高了Pb环境风险,EGTA投加量过高还可能提高Cd的环境风险.因此不适用于Pb污染土壤修复,用于Cd污染土壤修复时需管控其可能产生的二次污染风险.     

高铁酸钾降解嗅味物质异佛尔酮的效能及机理

采用高铁酸钾降解水中典型嗅味物质异佛尔酮(IPO),考察了高铁酸钾投加量、溶液初始pH、IPO浓度、温度和反应时间等因素对IPO降解率的影响.采用响应面法进行多因素实验设计,利用二次多项式和逐步回归法拟合了IPO降解率、Fe~(2+)、Fe~(3+)与降解条件之间的关系,对降解条件进行了优化.采用GC-MS分析IPO的降解产物,探讨了IPO的降解机理.结果表明,高铁酸钾可以在1 min内迅速降解IPO. IPO降解率与高铁酸钾投加量正相关,与溶液初始pH负相关.在IPO初始浓度为6.0 mg·L~(-1)、溶液初始pH值为4.0、高铁酸钾投加量为0.9 g·L~(-1)、反应时间为5 min时,IPO降解率可达100%. Mn~(2+)、Mg~(2+)、NH~+_4和HCO~-_3等共存离子会抑制高铁酸钾对IPO的降解.高铁酸钾对IPO的氧化降解作用大于吸附、混凝的去除作用. GC-MS检测到的降解产物有4-羟基-4-甲基-2-戊酮、5-异丙基-5-甲基二氢-2(3H)-呋喃酮和4-甲基-4-戊烯-2-酮等物质,推测高铁酸钾对IPO的降解途径主要是氧化、加氢和脱碳等.     

超声辅助硫酸亚铁活化过碳酸钠降解4种典型DDTs

采用超声波辅助硫酸亚铁活化过碳酸钠(SPC/Fe~(2+))体系降解水中的4种典型有机氯农药DDTs(包括p,p′-DDD、p,p′-DDE、o,p′-DDT、p,p′-DDT),考察超声波功率、过碳酸钠投加量和硫酸亚铁投加量等实验条件对DDTs降解的影响,采用响应面法设计多因素实验,采用二次多项式和逐步回归法拟合DDTs降解率、毒性削减率与实验条件之间的关系,通过模型优化和验证实验获得最佳降解条件,通过GC/MS检测分析DDTs降解产物并推断其降解途径.结果表明,超声波辅助Fe~(2+)/SPC能够在5 min内高效降解DDTs,当超声波功率为30 W、超声5 min、过碳酸钠和硫酸亚铁投加量分别为3.21 g·L~(-1)和0.64 g·L~(-1)时,DDTs总毒性削减率可达98.2%.DDT首先脱氯生成DDE和DDD,再进一步降解生成DDMU等其他物质.     

高铁酸盐与过硫酸钠联合降解水中滴滴涕和六六六

针对滴滴涕(DDTs)和六六六(HCHs)等有机氯农药(OCPs)难以同步降解的问题,采用高铁酸钾(K_2FeO_4)和过硫酸钠(Na_2S_2O_8)联合降解水溶液中的7种OCPs;分别考察了K_2FeO_4投加量、Na_2S_2O_8投加量和溶液初始pH因素的单独作用及交互作用对OCPs降解率的影响;采用气相色谱-质谱联用仪分析鉴定了降解产物,并探讨了K_2FeO_4/Na_2S_2O_8体系对各OCPs的降解机理。结果表明:K_2FeO_4/Na_2S_2O_8体系处理的OCPs降解率大于K_2FeO_4单独处理下的降解率;碱性环境(pH=9～11)有利于α-HCH和γ-HCH的降解,弱碱性环境(pH=7～9)有利于DDTs的降解,中性环境(pH=7)有利于β-HCH的降解。采用二次多项式和逐步回归法可以较好地拟合和预测OCPs降解率与反应条件的关系,当K_2FeO_4投加量8 g·L~(-1)、Na_2S_2O_8投加量2 g·L~(-1)、pH=11时,总环境风险削减率可达79.16%,与验证实验结果相近。这表明模型具有较好的预测能力。K_2FeO_4/Na_2S_2O_8联合处理对OCPs的降解途径主要为脱氯脱氢,但仍有不完全脱氯产物残留。与K_2FeO_4单独处理相比,K_2FeO_4/Na_2S_2O_8双氧化体系实现了对DDTs和HCHs的高效同步降解。     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

PRB活性介质球磨硫铁矿去除硝基苯

采用机械化学法制备了球磨硫铁矿粉末（BMP）,采用批次实验研究了BMP对硝基苯（NB）的还原性能,采用砂柱实验考察BMP用于填充可渗透反应屏障（PRB）以修复硝基苯污染地下水的可行性.X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对BMP反应前后的形态、晶体结构和元素组成进行表征分析.结果表明,BMP可以有效地去除NB,去除率达98.8%,主要还原产物为苯胺（AN）.准一级动力学模型较好地拟合了NB的降解过程,降解动力学常数为59.03×10^-3min^-1.GC-MS分析未检出除AN外的其它污染物.砂柱实验结果表明,BMP-PRB可以连续高效去除模拟地下水中的NB,地下水成分保持稳定,急性毒性显著降低.表征分析表明,BMP对NB及其还原产物有一定的吸附作用.BMP表面持续产生具有还原性的Fe²⁺和S^2-等活性物质,可与NB的强吸电子基团硝基反应生成AN和Fe³⁺,而Fe³⁺氧化硫铁矿会产生Fe²⁺并促进Fe²⁺-Fe³⁺循环.     

蓖麻对镉的耐性、积累及与镉亚细胞分布的关系

本研究以淄蓖麻3号为供试材料,通过营养液栽培实验,研究了不同Cd浓度(0、10、25、50、100、200、400μmol·L-1)对蓖麻生理特性、镉积累和亚细胞分布特征的影响,揭示镉细胞分布特征对镉耐性与积累的影响.结果表明,镉处理对蓖麻叶片丙二醛含量影响不显著,叶绿素含量则对镉具有较强的敏感性,可作为蓖麻镉耐性的评价指标.随着营养液镉含量的增加,蓖麻根、茎、叶镉含量均呈上升趋势,各器官镉含量呈现出根茎叶的分配特征,根系对镉具有较强的积累能力和滞留作用.镉在蓖麻根系和叶片各亚细胞组分的含量均为可溶组分细胞壁细胞器,随着镉胁迫的增加,蓖麻根系细胞壁中镉的相对含量呈增加趋势,可见液泡区隔化和细胞壁固持是蓖麻应对镉胁迫的重要耐性机制.镉在蓖麻体内的茎-叶转移系数为0.35~0.62,而根-茎转移系数仅为0.02~0.11,可见镉从根系向茎的转移能力较弱是降低蓖麻地上部镉富集的重要原因.统计分析表明,蓖麻根系镉的亚细胞分布特征对镉从根向茎的迁移转化能力有显著影响.根-茎转移系数随着根系细胞壁和细胞器镉分配比例的增加而递减,随可溶组分镉分配比例的增加而递增.     

EDTA和BR对黑麦草铅积累与耐性的调控作用

通过盆栽试验研究了乙二胺四乙酸(EDTA)与植物生长调节剂芸苔素内酯(BR)单施或配施对Pb胁迫条件下黑麦草生长、生理特性及铅富集与转运特征的影响.结果表明,叶面喷施0.05~0.1 mg·L~(-1)的BR提高了黑麦草地上部Pb含量与积累量、植株干重、叶绿素a、叶绿素b、酸溶性巯基(SH)和络合素(PCs)含量.单施2.5 mmol·kg-1EDTA对黑麦草生长没有显著影响,但显著提高了植株Pb含量和积累量;EDTA与BR配施处理中,随着BR浓度的升高,地上部Pb含量与积累量、转移系数和富集系数随之提高,生物量则没有显著变化;叶面喷施0.1 mg·L~(-1)的BR配合根施2.5 mmol·kg~(-1)的EDTA,可使地上部Pb积累量提高8.79倍.BR单施在提高Pb积累的同时,通过提高SH和PCs含量来提高其对Pb的耐性;BR与EDTA配施处理则在进一步提高黑麦草对Pb的富集与转移能力的同时,通过提高As A含量来提高其对Pb胁迫的耐性.     

纳米零价铁和过氧化钙联合降解土壤淋洗废液的α-HCH

采用纳米零价铁(nZVI)和过氧化钙(CaO_2)组成非均相类芬顿试剂降解土壤淋洗废液中的α-HCH,研究其降解效能及机制.结果表明,nZVI/CaO_2可在较广的pH范围内有效降解α-HCH,当nZVI和CaO_2的投加量为1 g·L~(-1),pH值为5时降解率可达93. 23%. nZVI和CaO_2单独或联合处理α-HCH过程均呈准一级反应动力学模式,联合处理的反应速率常数大于单独处理之和,表明两者联合降解α-HCH具有较好的协同作用.自由基淬灭实验发现,超氧自由基对降解α-HCH的贡献率远大于羟基自由基. nZVI/CaO_2降解α-HCH的中间产物主要是三氯苯和氯苯,其中三氯苯呈先急剧上升后迅速降解趋势,氯苯含量较低且变化较小,因此推测α-HCH主要降解途径是先还原为三氯苯,再继续还原为氯苯或矿化为二氧化碳和水.