小型池塘水-气界面CH4冒泡通量的观测

为了量化亚热带浅水养殖塘CH_4冒泡通量占CH_4总通量的比例,选取安徽省全椒县两个小型池塘为研究对象,采用倒置漏斗法和顶空平衡法,自2016年7月28日至8月13日观测夏季水-气界面的CH_4通量.结果表明,两个池塘CH_4冒泡通量分别是121.78 mg·(m~2·d)~(-1)和161.08 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4扩散通量分别是3.38 mg·(m~2·d)~(-1)和3.79 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4冒泡通量占总通量比例分别是97.5%和96.4%.CH_4冒泡通量具有高度空间异质性,A塘CH_4冒泡通量的变化范围为0.11~446.90 mg·(m~2·d)~(-1),B塘CH_4冒泡通量变化范围为0.05~607.51 mg·(m~2·d)~(-1).两个池塘的气体冒泡速率都是白天高于夜间,主要受风速控制.对于较浅的池塘,在小时尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速;在日尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速和水深,其中CH_4冒泡通量与风速呈正相关关系,与水深呈负相关关系.不同纬度的水体CH_4冒泡通量不同,中纬度地区的淡水环境比高纬度地区CH_4冒泡通量更高.通过观测手段量化小型浅水池塘CH_4冒泡通量,可以为准确估算内陆水体对区域和全球碳循环的贡献提供数据支持和理论参考.     

深水型水库热分层诱导水质及真菌种群结构垂向演替

水体真菌种群在调控水库生态系统健康过程中发挥重要作用,为探明热分层诱导深水型水库水体真菌种群结构垂向演替特征,采集金盆水库主库区0.5、10、25、40、60和70 m水深水样,分析水质参数、并运用高通量DNA测序技术诊断水库水体真菌种群结构垂向异质性.结果表明,金盆水库表层水温最高为22.33℃,底层最低为7.21℃(P0.05).水体溶解氧(DO)随水深增加显著降低(P0.05),电导率、总磷(TP)和铁含量随着水深增加显著升高(P0.05),垂向形成稳定的变温层、斜温层和等温层结构.水体真菌种群高通量DNA测序共发现1 247个OTUs,隶属4门14纲39属,主要包括接合菌门(Zygomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和壶菌门(Chytridiomycota).等温层水体真菌种群Shannon指数和Chao 1多样性指数最高,分别为3.45和360,显著高于斜温层水体(P0.05).红酵母属(Rhodotorula,27.23%)、链格孢属(Alternaria,24.28%)、分子孢子菌属(Cladosporium,22.98%)、链格孢属(Alternaria,32.00%)、亚隔孢壳属(Didymella,17.47%)和分子孢子菌属(Cladosporium,28.17%)分别是0.5、10、25、40、60、70 m的优势菌属,不同水深均存在大量未知真菌(Unclassified).热图(heat map)结果表明,热分层期间金盆水库水体真菌种群结构垂向分布差异显著、不同水层具有不同的真菌种群结构.主成分分析(PCA)表明水温、DO、TP、电导率是调控水体真菌种群结构垂向异质性的主要水质因子.该研究结果为水源水库热分层期间水质与真菌群落的偶联机制提供科学依据.     

磁性纳米铁对厌氧颗粒污泥特性及其微生物群落的影响

考察了磁性纳米铁(Fe3O4NPs)对厌氧颗粒污泥溶解性微生物产物(SMP)、疏松胞外聚合物(LB-EPS)、紧密胞外聚合物(TB-EPS)的影响,同时利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥内微生物群落结构的变化进行了分析.结果表明,在长期接触实验过程中,投加Fe3O4NPs的反应器对COD去除率为83.6%,与对照组相比降低了5.7%.对照组与实验组中厌氧颗粒污泥TB-EPS含量(以VSS计)分别为178.20 mg·g-1和138.24 mg·g-1,而SMP含量分别为34.88 mg·L-1和27.44 mg·L-1;同时投加Fe3O4NPs后,在LB-EPS三维荧光(EEM)光谱中,紫外光区类腐殖酸荧光峰消失,辅酶F420荧光峰强度有所降低.在长期接触实验后,甲烷杆菌属(Methanobacterium)所占比例从76.15%增至86.76%,而甲烷丝菌属(Methanothrix)所占比例从17.1%降至7.51%,Methanothrix对于Fe3O4NPs更为敏感;总细菌群落变化明显,其中变形菌门(Proteobacteria)所占比例从66.44%降至47.16%,放线菌门(Actinobacteria)所占比例从8.97%增至17.33%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占比例从8.07%增至17.74%,厚壁菌门和拟杆菌门比例的增加对有机物的厌氧水解过程发挥积极的作用.     

南昌市扬尘PM2.5中多环芳烃的来源解析及健康风险评价

为了解南昌市道路扬尘和土壤风沙尘PM_2.5中多环芳烃（PAHs）的来源和健康风险,利用颗粒物再悬浮系统采集PM_2.5样品,测定了PM_2.5中16种优先控制的多环芳烃的含量.结果表明,南昌市道路扬尘PM_2.5中ΣPAHs含量范围为48.85~166.16μg·kg^-1,平均值为（114.22±39.95）μg·kg^-1,土壤风沙尘PM_2.5中ΣPAHs含量范围为31.05~62.92μg·kg^-1,平均值为（40.79±9.39）μg·kg^-1.道路尘和土壤风沙尘PM_2.5中的PAHs都是以4~5环组分为主.主成分分析/多元线性回归分析结果表明,南昌市道路扬尘PM_2.5中PAHs的来源包括机动车的排放和燃煤源与石油泄漏,贡献率分别为51.7%和48.3%,总估计值与实际值的线性拟合有很好的一致性.对于儿童和成年男性,不同暴露途径的PAHs致癌风险值从大到小依次是皮肤接触 > 摄食 > 呼吸吸入,而成年女性则表现为摄食 > 皮肤接触 > 呼吸吸入.各暴露途径中,PAHs对成人的致癌风险均高于儿童.所有人群中,PAHs的总致癌风险值均低于美国EPA推荐的致癌风险阈值10^-6,没有致癌风险.     

高速公路沿线PM2.5中重金属污染特征

为研究高速公路沿线PM_(2. 5)中重金属的污染特征,于2018年3～8月分3次集中采集南昌市周边3条高速公路(昌樟、昌铜和温厚)的服务区、收费站、隧道和公路沿线的PM_(2. 5)样品,运用电感耦合等离子体质谱联用仪(ICP-MS)监测了PM_(2. 5)中6种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Cr和Ni)浓度,分析其污染状况和分布情况,并利用地累积指数法、潜在生态风险指数法评价其污染特征、潜在生态危害程度.结果表明,3条高速公路服务区和收费站的PM_(2. 5)和PM_(2. 5)中重金属均未表现出显著差异.高速公路沿线中PM_(2. 5)和PM_(2. 5)中的重金属显示为特长隧道长隧道公路沿线、服务区和收费站,重金属浓度从高到低依次为Zn(3. 8μg·m~(-3))、Pb(10. 2×10-2μg·m~(-3))、Cr(6. 8×10-2μg·m~(-3))、Cu(3. 5×10-2μg·m~(-3))、Ni(1. 5×10-2μg·m~(-3))和Cd(0. 1×10-2μg·m~(-3)).不同月份PM_(2. 5)及PM_(2. 5)中重金属浓度的显著差异可归结为温度和降水的影响.其中PM_(2. 5)的浓度与温度呈反相关,而PM_(2. 5)中Zn浓度与温度呈极显著正相关,主要是由于温度升高加重轮胎磨损和金属腐蚀.高速公路PM_(2. 5)中重金属污染程度和潜在生态危害程度表现为Zn和Cd Pb Cu Ni和Cr,其中Zn和Cd污染及危害程度是评价标准中最严重的等级,大气污染防治计划应着重考虑交通源的Zn和Cd污染.     

可见光驱动微生物光电化学池处理剩余污泥同步产氢

氢气是一种理想的清洁能源.太阳能驱动的微生物光电化学池(Microbial photoelectrochemical cell, MPEC)因可同时实现废物处理与自发产氢而受到人们的关注.本文以剩余污泥为底物,构建了一种由无定型硫化钼改性硅纳米线(MoS_3/SiNWs)光阴极和生物阳极组成的MPEC系统,研究了3组MPEC在不同的酸性阴极液pH和外加电压条件下的产氢及污泥减量效果.研究结果表明,MPEC在阴极液pH为1和3的条件下均能在无外加电压下自发产氢;pH=1的MPEC-1实验中平均产氢速率为(0.66±0.02) mL·h~(-1),约是pH=3的MPEC-2实验平均产氢速率的1.5倍,但阴极过酸的条件限制了其实际应用; pH为3、外加0.2 V电压的MPEC-3与MPEC-2相比,产氢周期由15 h增加到40 h,平均产氢速率由(0.44±0.05) mL·h~(-1)提高到(0.52±0.04) mL·h~(-1),污泥TCOD、SCOD、TSS、VSS的降解率分别可达53.96%、70.18%、38.21%和61.76%.可见本文构建的MPEC系统是一种有前景的利用太阳能进行废物处理和资源化的新技术.     

三维有序介孔铈钴铜催化剂的制备及其降解邻二甲苯的机制

以PMMA为模板,通过聚乙二醇(PEG400)和柠檬酸辅助的溶胶凝胶法制备三维有序介孔铈钴铜(3DOM 3C)催化剂,应用BET、SEM、XRD和XPS等对不同煅烧温度的3DOM 3C催化剂进行表征分析,研究了催化剂活性及其影响因素,并利用FT-IR和GC-MS对降解产物进行分析,推测出催化降解邻二甲苯的机理.结果表明,煅烧温度500℃时制备的3DOM 3C催化剂表面具有三维介孔结构,且分散均匀,表面的晶体氧化物最少,存在大量的Cu~(2+)、Ce~(3+)和表面氧,催化剂表面存在更多的固溶体、表面活性位点和氧空位,有利于提高催化活性.在邻二甲苯初始浓度600 ppm、空速16000 h~(-1)、50%O_2条件下,煅烧温度500℃时制备的3DOM 3C催化效果最佳,在260℃时,3DOM 3C催化剂对邻二甲苯的转化率达98%,T_(90)为250℃. 3DOM 3C对邻二甲苯的转化率随着初始浓度、空速和相对湿度的升高而呈下降趋势,随着O_2含量的增加而增加.气流中混入150 ppm的乙酸乙酯能够提高邻二甲苯的转化率,提高其低温催化性能.邻二甲苯催化反应后催化剂表面的O—H、■、C—H和金属—氧键都相应的减少,降解中间产物主要有邻甲基苯甲醛和邻甲基苯甲酸.邻二甲苯降解反应涉及Mars Van Krevelen机理(MVK),先被氧化成邻甲基苯甲醛,再进一步氧化成邻甲基苯甲酸,最终生成CO_2和H_2O.     

生物炭对三氯生的吸附热动力学研究

以玉米秸秆、皇竹草和花生壳为原料制备成玉米秸秆生物炭(BCcs)、皇竹草生物炭(BCn)、花生壳生物炭(BCps),采用CEC、等电点滴定,表面官能团分析,元素分析、FT-IR、扫描电镜等方法对3种生物炭进行表征,采用单因素静态吸附实验方法考察了生物炭吸附三氯生的主要影响因素.结果表明:CEC和表面官能团数量排序为BCcsBCnBCps,BCcs极性和亲水性更强,孔结构发育更加完善,其次是BCn,BCps的极性和亲水性最弱,孔隙极少.3种生物炭对三氯生的吸附去除率均随着三氯生初始浓度的升高而升高,随着温度的升高而降低,酸性更有利于吸附实验的进行.低离子强度有利于BCcs和BCn吸附三氯生,BCps则相反.在10、25、40℃3种温度下,3种生物炭对三氯生的吸附均更符合准二级反应动力学,Freundilich等温方程和Langmuir等温方程都能描述这3种生物炭对三氯生的吸附行为,吸附反应属于自发、放热反应.吸附机制主要为物理吸附,生物炭与三氯生之间无化学键、配位基交换等强作用力.     

氯化钙种子气溶胶对甲苯二次有机气溶胶与氨形成含氮有机物的影响

苯系物光氧化反应形成的二次有机气溶胶(SOA)是大气细粒子的重要组成部分.SOA羧酸和二元醛组分能与氨反应形成有机酸铵和咪唑类含氮有机物,它们能够吸收205 nm和270 nm的紫外辐射,是棕色碳的主要组分.氯化钙等无机种子气溶胶具有较大的比表面积,可为气相羰基化合物和氨提供凝结与反应载体,从而影响含氮有机物的形成.基于此,本文利用烟雾腔研究氯化钙种子气溶胶存在时甲苯SOA与氨的反应,采用紫外-可见分光光度计测量产物溶液在205 nm和270 nm处的吸光度,并定性研究不同浓度、湿度和酸度的氯化钙种子气溶胶对含氮有机物形成的影响.结果表明:氯化钙种子气溶胶能够促进甲苯SOA含氮有机物的形成;含氮有机物的生成浓度随着氯化钙种子气溶胶浓度和pH值的增加而逐渐增大.但当氯化钙种子气溶胶为碱性时,OH~-会与凝结的有机酸发生酸碱中和反应并抑制二元醛化合物水合形成四醇产物,从而不利于含氮有机物的生成;水分子的增加占据了氯化钙种子气溶胶表面的吸附活性位点,氨被吸附和凝结的量减少,从而导致含氮有机物的生成浓度随着相对湿度的增大而降低.本研究可为人为源SOA棕色碳的形成机制和化学组成研究提供实验依据.     

澜沧江梯级水坝库区沉积物重金属和营养盐污染特征及评价

为研究梯级水坝运行条件下沉积物中重金属和营养盐的污染状况,于2016年对澜沧江漫湾和大朝山梯级水坝库区表层沉积物中重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)和营养盐(总有机碳TOC、总氮TN)的污染特征展开了调查,并采用潜在生态风险指数(RI)、有机指数(OI)、有机氮百分数(ONP)、TOC/TN和Pearson相关分析评价了梯级水坝库区沉积物污染状况及空间分布特征.结果表明,沿着库区河流纵向梯度,重金属和营养盐污染均表现为坝前静水区相对较高的空间分布格局.重金属潜在生态风险指数(RI)评价结果表明,上游漫湾库区重金属生态风险(I～III级)总体高于下游大朝山库区(I～II级);而营养盐污染程度则表现为下游大朝山库区高于上游漫湾库区的分布格局.两库区沉积物有机质主要由水库水体产生,漫湾库区坝前静水区雨季有机质来源主要为陆源.Pearson相关分析表明,沉积物重金属生态风险与营养盐污染的来源具有一定的空间差异性.梯级水坝工程对沉积物的重金属和营养盐污染具有显著的累积和拦截效应.