再悬浮过程中河流底泥PAHs的迁移与释放

利用再悬浮模拟(particle entrainment simulator,PES)装置模拟了河流底泥在受到上层扰动力后的再悬浮过程.结果表明,沉积物性质如粒径组成及PAHs含量对沉积物再悬浮过程中PAHs的释放影响显著.再悬浮过程中上覆水体总悬浮颗粒物(total suspended solids,TSS)含量与颗粒态PAHs之间存在极显著相关关系.切应力对再悬浮过程中PAHs释放的影响体现在两方面.一方面,单位体积的颗粒态PAHs随切应力增大而增大;另一方面,悬浮颗粒上PAHs的富集效应随切应力增大而减弱,是由于切应力强烈导致吸附作用弱的大颗粒进入水体.上覆水体中的PAHs总量在一段时间上升后于120 min或240min趋于稳定,而颗粒态与溶解态之间具有良好响应.高低环PAHs释放行为差异显著,由于中高环PAHs的疏水性,上覆水体中检测到的多为3~4环个体.     

电化学氧化PFOA阳极材料筛选及其机制研究

全氟辛酸(PFOA)具有环境持久性及内分泌干扰性,传统的生物降解及高级氧化法对PFOA的去除效果微弱.本研究采用电化学氧化法降解PFOA,选取BDD(掺硼金刚石电极)、Pt、Ti、Ti/RuO2、Ti/RuO2-IrO2、Ti/In2O3、Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2、Ti/SnO2-Sb2O5-RhO2、Ti/SnO2-Sb2O5、Ti/SnO2-Sb2O5-CeO2和Ti/SnO2-Sb2O5-Bi2O3这11种阳极材料为备选电极.采用线性扫描伏安法测试析氧电位(OEP),评价11种电极对PFOA的降解效果和脱氟效果,并采用超声-电化学协同方法间接证明PFOA分子在电极表面的直接电子转移是降解反应的第一步.Ti/SnO2-Sb2O5-Bi2O3、Ti/SnO2-Sb2O5-CeO2、Ti/SnO2-Sb2O5和BDD对PFOA有较好的电氧化效果,降解率分别是89.8%、89.8%、93.3%和98.0%.Pt、Ti/SnO2-Sb2O5-RhO2、Ti/SnO2-Sb2O5-IrO2和Ti/In2O3对PFOA的电氧化效果微弱,降解率分别是2.1%、2.3%、12.5%和3.1%.而Ti、Ti/RuO2和Ti/RuO2-IrO2对PFOA没有电氧化能力.PFOA分子经过电极表面的直接电化学氧化发生脱羧反应,后经过逐步脱掉CF2单元的循环生成短链的全氟羧酸类化合物C6F13COO-、C5F11COO-、C4F9COO-和C3F7COO-.     

微生物电解系统生物阴极的硫酸盐还原特性研究

针对传统硫酸盐生物还原方法中供氢体系能耗大和氢气利用率低的特点,构建双极室微生物电解系统(microbial electrolysis system,MES),研究了微生物利用阴极作为电子供体去除废水中硫酸盐及电子利用的特性.外加电压为0.8 V时,MES生物阴极在36 h内SO2-4平均去除量为109.8 mg·L-1,平均还原速率可达73.2 mg·(L·d)-1.运行时MES的最高电流密度为50~60 A·m-3,电子回收率为(43.3±10.7)%,约90%的电子被用于还原SO2-4.微生物利用MES阴极产生的H2作为电子供体还原SO2-4,主要还原产物为溶解态的S2-和气态的H2S,还原过程主要发生在前12 h.对MES施加不同外加电压的实验显示,外加电压为0.8 V时的SO2-4去除率和电荷量都比0.4 V时高;但0.4 V情形下MES的电子回收率可达到70%,且周期结束时阴极H2低于检出限,推测微生物可以直接利用阴极的电子从而提高了能量效率.实验结果最终表明,微生物可利用MES的阴极进行代谢去除废水中的SO2-4,阳极微生物产生电子降低了系统能耗,这为含硫酸盐废水的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

四环素光催化降解特性与选择性研究

研究了盐酸四环素的光催化降解行为,结果表明四环素光催化降解反应符合一级反应动力学方程,吸附过程为整个光催化降解的控制步骤,推断四环素的主要降解途径是吸附在二氧化钛(TiO2)表面发生光催化氧化反应.同时,通过对四环素与磺胺甲唑或阿莫西林混合样品的降解实验表明,改变pH、TiO2投加量等因素,两种抗生素的降解表现出了明显的选择性.     

磷回收对厌氧/好氧交替式生物滤池蓄磷/除磷的影响

为能提高生物除磷系统的除磷/回收磷效率,研究采用厌氧/好氧交替式生物滤池(AABF)处理低碳磷比废水,观察利用周期性扩增进水碳源进行磷回收时,生物滤池除磷效率及生物膜内微生物特性的变化.通过分析生物滤池除磷效率变化,生物膜多聚物染色、扫描电镜(SEM)观察以及荧光原位杂交(FISH)技术分析生物滤池系统实施周期性磷回收对生物膜内微生物菌群形态与组成的影响.结果发现,生物滤池在先后经历3次生物蓄磷-磷回收(PB-PR)的运行操作过程中,生物滤池除磷效率分别由磷回收前的60.3%、82.9%、86.6%提高到磷回收后的87.2%、91.2%、93.5%;生物滤池生物膜内优势菌群形态逐渐由大球菌演变为小球菌、杆菌与丝状菌;经过连续3个周期的PB-PR操作,生物滤池底部生物膜中聚磷菌所占比例由43%提高至70%;聚磷菌群在生物膜内混合菌群中的比例随着上流式生物滤池高度的增加而不断提高.结果表明,采用周期性的碳源扩增与回收磷的操作,可以提高生物滤池除磷效率;引起生物滤池生物膜内微生物菌群形态与组成发生变化,促进聚磷菌成为优势菌群.     

生物结皮的发育演替与微生物生物量变化

生物结皮在荒漠地区的生态恢复中具有重要的生态学意义,且不同发育演替阶段的结皮具有不同的生态功能.通过野外调查、显微观察结合微生物定量分析对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区生物结皮的发育演替进行了研究.结果表明该地区的生物结皮一般按照"藻结皮→地衣结皮→藓结皮"的模式发育演替.随着结皮的发育演替,光合生物生物量逐渐增加,微藻生物量却呈现先增加后减少的趋势.其中,具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)作为结皮藻类中的第一优势种,在藻结皮中生物量最大,达到0.33 mm3·g-1,而爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)和(一种)念珠藻(Nostoc sp.)在晚期的地衣结皮中生物量达到最大.另外,研究发现异养微生物生物量在藻结皮中开始增加,但在地衣结皮中呈下降的趋势,最后在藓结皮中异养微生物生物量再次增加并达到最大.其中细菌数量的增加与结皮有机碳、Na+含量的增加显著相关(P<0.05),真菌数量的增加与K+、Na+含量的增加显著相关(P<0.05).本研究观察了沙坡头地区生物结皮发育演替的模式,并从环境适应与功能需求的角度探讨了生物结皮发育演替过程中微生物生物量的变化特征,对于理解结皮的发育演替以及荒漠化地区生态恢复过程中结皮的维护管理具有重要的理论与实践意义.     

北京市PM5.0可吸入颗粒物反演及其时空分布分析

分析城市可吸入颗粒物的空间特征及影响因素对于制定更为有效的可吸入颗粒物污染控制政策具有重要的现实意义.本研究在实际采样和遥感数据处理基础上,构造差值植被指数(DVI),通过建立TM影像与对应PM5.0颗粒物实测值之间的相关关系模型,对北京市2008~2010年3 a的PM5.0的分布进行了反演计算和精度分析;研究了NDBI和NDMI对PM5.0浓度的影响,进一步揭示了北京五环区域范围内可吸入颗粒物的时空分布特征.结果表明,采用DVI反演PM5.0分布的方法可行,反演精度在可接受范围内;整体上研究区2008年PM5.0颗粒物污染最轻,西南三环和四环以及东南三四环之间为颗粒物污染的高值区,西北五环附近颗粒物污染较轻;NDBI(归一化建筑指数)、NDMI(归一化水汽指数)与PM5.0可吸入颗粒物的分布分别呈现显著的负相关和正相关关系,且二者对PM5.0的影响相近.     

水稻光合同化碳在土壤中的矿化和转化动态

作物光合碳是"大气-植物-土壤"碳循环的重要组成部分,是农田土壤有机碳的重要来源,然而其在土壤碳库中的矿化和转化动态尚不清楚.应用室内模拟培养实验,研究水稻收获后输入土壤的光合同化碳在土壤碳库中的矿化及其转化特征.结果表明,100 d的培养期内,原有有机碳的平均矿化速率在4.44~17.8μg·(g·d)-1之间,而光合碳(新碳)的矿化速率则在0.15~1.51μg·(g·d)-1之间.光合同化碳的输入对土壤活性碳库(DOC、MBC)的转化产生显著影响,在培养期内,14C-DOC的转化量为1.89~5.32 mg·kg-1,转化速率的变化幅度为0.18~0.34 mg·(kg·d)-1,原有DOC则在61.13~90.65 mg·kg-1,减少幅度为4.10~5.48 mg·(kg·d)-1;14C-MBC和原有MBC的转化量分别为10.92~44.11 mg·kg-1和463.31~1 153.46mg·kg-1,转化速率变化幅度分别为0.80~2.87 mg·(kg·d)-1和41.60~74.46 mg·(kg·d)-1,说明水稻光合碳的输入对MBC的周转要大于DOC的周转.而且,与原有有机碳相比,输入的"新碳"易被微生物矿化分解,100 d的培养期内,有13.5%~20.2%的新碳被矿化分解,而仅2.2%~3.7%的原有有机碳被矿化分解,光合同化碳的输入对维持稻田土壤的碳汇功能具有重要作用.     

秸秆烟尘和灰烬中元素碳的稳定同位素组成

选取稻草、麦草和玉米秸秆各6个品种,进行室内模拟焚烧试验,用同位素质谱计测定了灰烬和烟尘中元素碳(EC)的同位素比值.结果表明,稻草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别是-28.3‰、-28.7‰,比稻草总碳分别轻2.7‰、3.0‰.麦草明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-28.5‰、-28.0‰,比麦草总碳分别轻0.1‰、重0.4‰.玉米秸秆明火和闷烧烟尘中EC的δ13C平均值分别为-17.2‰、-13.6‰,比秸秆总碳分别轻3.4‰、重0.2‰.在稻草明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别是-27.5‰、-27.3‰,比稻草总碳分别轻1.8‰、1.6‰.在麦草的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-27.4‰和-26.0‰,比麦草总碳分别重0.9‰和2.4‰.在玉米秸秆的明火和闷烧灰烬中,EC的δ13C平均值分别为-15.0‰和-14.8‰,比玉米秆总碳分别轻1.2‰和1.0‰.3类秸秆,尤其是稻草和玉米秸秆,其烟尘和灰烬中的EC均发生了明显的同位素分馏.其同位素组成对于识别和估算大气气溶胶中此类秸秆燃烧来源的EC有参考意义.     

水稻秸秆生物炭对耕地土壤有机碳及其CO2释放的影响

为探究生物炭自身稳定性及其输入土壤后对于土壤本体有机碳的影响,本研究模拟自然条件,分别将500℃和700℃裂解的水稻秸秆生物炭(RBC500和RBC700)以0%(空白土壤)、3%、6%和100%(纯生物炭)的比例添加至耕地土壤进行室内培养实验,观测总有机碳(TOC)与易氧化态碳(EOC)含量的变化及CO2排放特征.结果表明,与空白土壤处理相比,土壤TOC、EOC含量均随水稻秸秆生物炭添加量的增加而升高;相同添加量条件下,RBC500对土壤TOC与EOC增加的贡献均高于RBC700.各处理土壤TOC含量在前30 d内均降低(最大降幅为15.8%),并于培养后期趋于稳定;土壤EOC含量在培养初30 d内均降低,当生物炭添加比例为3%和6%时,RBC500使土壤的EOC含量降幅分别为72.4%和81.7%,大于RBC700的61.3%和69.8%;培养结束时,添加相同裂解温度生物炭的土壤EOC值相近.培养前期土壤中EOC含量的下降可能与生物炭中易分解组分引起的矿化作用有关.在130 d培养期内,CO2累计排放量大小顺序为:土壤+生物炭混合处理<纯土壤处理<纯生物炭处理,可见,生物炭的土壤处理可以减少土壤CO2的排放,最大减排率可达41.05%.在一个长的时间尺度内,生物炭的土壤处理有利于土壤碳的固定.生物炭施用于土壤可作为碳储存载体.