大型气候环境实验室综合控制管理系统网络结构设计

开展了大型气候环境实验室综合控制管理系统设计,以满足实验室飞机气候环境试验需求。通过梳理大型气候环境实验室工艺系统组成,分析了试验任务对试验过程控制、试验测试、数据管理、试验监控和试验信息展示等多方面需求,明确了综合控制管理系统功能,进行系统划分。综合运用当下主流的工业自动化过程控制方式,进行了实验室综合管控系统设计。搭建了实验室的综合控制管理系统网络结构,定义了网络通讯方式。该网络结构可作为综合控制管理系统各组成部分开展深化设计依据。     

MnCeOx/diatomite catalyst for persulfate activation to degrade organic pollutants

Persulfate(PS)-based oxidation technologies are attracting increasing attentions in water treatment due to their high efficiency and stability.In this study,a novel diatomite supported MnCeO_x composite(MnCeO_x/diatomite) was prepared and characterized for activation of PS to degrade organic pollutants.Results indicated that diatomite not only dispersed MnCeO_x and increased the specific surface area of catalyst,but also improved the low-valence metal site(Mn~(2+)and Ce~(3+)) and reactive oxygen species site(-OH) of MnCeO_x,thus enhancing the activities of MnCeO_x.MnCeO_x/diatomite/PS showed high efficiency for multiple dyes and pharmaceutical pollutants.Constant rate(k) of MnCeO_x/diatomite(k_(MnCeOx/diatomite)) was three times higher than the sum of constant rate of MnCeOx(k_(MnCeO_x))and constant rate of diatomite(k_(diatomite)).In addition,MnCeO_x/diatomite showed wide pH application(5-9).Cl~- and NO_3~(2-) had no effect while SO_4~(2-) and humid acid had slightly negative effects on MnCeOx/diatomite/PS system.Moreover,MnCeOx/diatomite showed good reusability and stability.Mechanism analyses indicated that electron transfer of Mn and Ce attributed to the activation of PS and oxygen to produce free radicals.SO_4·~-,·OH and O_2·~-on the surface of catalyst were the main active free radicals to attack pollutants.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

五氯苯酚对污泥性能和功能基因表达水平的影响

氯酚废水是一类广泛存在于环境的典型工业废水,具有显著的生态毒性,为探讨废水中氯酚类化合物对污泥性能和功能基因表达水平的影响,采用HRT（水力停留时间）为8 h、SBR（间歇曝气的序批式生物反应器）处理进水浓度为2 mg/L的PCP（五氯苯酚）废水,并与处理不含PCP的废水作对比分析,探讨PCP对污染物去除和微生物菌群的影响,并分析PCP诱导下污泥中Pseudomonas功能基因的表达水平.结果表明:①1~90 d,进水浓度为2 mg/L的PCP严重抑制污泥活性,出水ρ（COD_Cr）超过100 mg/L,PCP降解去除缓慢,而对照组出水ρ（COD_Cr）在31.6 mg/L左右波动.90 d后,降解PCP的优势菌群富集,水相、泥相PCP被降解去除,但PCP的毒性作用使其出水ρ（COD_Cr）仍高于对照组.②经PCP长期驯化污泥富集的优势菌属为Chondromyces、Ignavibacterium、Thauera、Pseudoxanthomonas、Bosea、Achromobacter、Comamonas和Salimesophilobacter,均归属于变形菌门和厚壁菌门,在降解氯酚类污染物方面起着重要作用.③当处理PCP的SBR处于稳定运行阶段时,SBR运行周期末污泥中降解PCP的菌属Pseudomonas调控ATP水解酶（ATPase）、过氧化氢酶（CAT）和细胞色素p450（CYP450）的功能基因表达被激活,而调控超氧化物歧化酶（SODb）、氨单加氧酶（AM）、脱氯水解酶（HDLH）和甘油三磷酸脱氢酶（GAPDH）的功能基因表达被抑制,即活性污泥中微生物调控不同基因的表达受进水PCP的抑制或激活.研究显示:进水PCP诱导SBR富集的优势菌属可实现废水中PCP的去除,起到削减废水毒性的作用;通过分析不同优势菌属的相关功能基因表达,可加强对不同微生物降解污染物机理的认识.      

基于拟杆菌16S rRNA基因进行微生物溯源的研究进展

微生物溯源方法可利用粪便中的微生物区分来自人或动物的粪便污染.其中,拟杆菌以其丰度高、不能体外繁殖和宿主特异性强等优势被广泛应用于微生物溯源研究中.本文以拟杆菌16S rRNA基因为标记物,总结了拟杆菌及其标记物在环境中的衰减、拟杆菌引物的敏感性和特异性以及分子生物学技术在微生物溯源中的运用,可为粪便污染源解析提供一定的科学参考依据.     

不同河道型微污染水源预处理工程水质净化效能及水质稳定性评价

为探究兼备水质净化及应急蓄水功能的两种不同微污染饮用水源预处理工程夏季高温期水质净化效果及浮游植物水华爆发风险,于2019年高温期（7—8月）对盐龙湖工程（由预处理单元、人工湿地净化单元及深度净化单元构成）和通榆河工程（由生物接触氧化池,高密度沉淀池及蓄水库构成）各处理单元出水水质及浮游植物群落进行监测分析.结果表明：①夏季蟒蛇河及通榆河水质较差,主要表现为浊度、营养盐和有机物浓度高,DO含量低.两种预处理工程都具有较高的除浊、降低营养盐和提升DO效率,其中,通榆河工程中分别高达89.01%、95.13%和227.00%,净化效能优于盐龙湖工程（分别高达50.55%、38.33%和144.00%）;②夏季高温期间,盐龙湖工程及通榆河工程蓄水单元总浮游植物及蓝藻细胞密度分别为1.71×10⁶ ind·L^-1和1.28×10⁶ ind·L^-1,2.23×10⁶ ind·L^-1和0.96×10⁶ cells·L^-1.两预处理工程蓄水单元藻类构成都以蓝藻为主,其中通榆河蓄水单元藻细胞密度较高,盐龙湖蓄水单元蓝藻细胞密度所占比例较高,结合蓄水单元水质变化（浊度降低,水下光照强度的增加）,两预处理工程蓄水单元仍都具有蓝藻水华的风险;③两种预处理工程中都划分出17个FG和6个MBFG.盐龙湖工程中优势FG为：B、D、P、TC、J、Lo、W1和W2;优势MBFG为：GroupⅢ、GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ和GroupⅦ;通榆河工程中优势FG为：B、D、P、Lo、M和W1;优势MBFG为：GroupⅣ、GroupⅤ、GroupⅥ和GroupⅦ.两种功能群都能很好地响应预处理工程中水环境的变化,而MBFG的生境响应性更强,影响优势MBFG的主要环境因子为浊度、电导率、营养盐和COD_Mn.因此,在夏季高温期,需优化预处理工程的工艺与运行,调控关键环境因子,以期能够控制浮游植物大量繁殖和维持水质稳定.     

小球藻对多种重金属吸附性能的研究

微藻是一种广泛存在、生长速度快、适宜大规模养殖的结构简单的植物.近年来,基于微藻的水污染控制技术被广泛研究并得到认可,其中,利用藻类吸附污染水体中的重金属类物质更被看作是一种极具前景的水处理手段.然而,当前的研究始终对藻类吸附重金属性能的决定性影响因素缺乏相对全面的探究,同时对藻类表面官能团在吸附过程中所起的作用也不明确.对此,本研究采取静态实验的方法,选取常见的淡水藻类小球藻Chlorella sp.和典型重金属Ni （Ⅱ）、Cr （VI）、Cd （Ⅱ）,以藻细胞密度、重金属离子浓度、温度、pH作为影响因素,探究其对小球藻细胞吸附性能的影响.结果表明,小球藻对Ni （Ⅱ）、Cr （VI）、Cd （Ⅱ）均显示出了很好的吸附能力.在所选的几种藻细胞密度下,小球藻吸附性能差异不大.当溶液处于中性偏酸性、重金属浓度低于5 mg·L^-1的情况下,小球藻吸附效果最好.在20~30℃范围内升高温度对吸附会产生有利影响.对小球藻进行红外光谱检测发现,官能团C—O、C=O、—COOH、—NH—在对重金属离子的吸附过程中起主要作用.     

电气石负载聚氨酯泡沫作为生物载体强化2,4,6-三氯酚还原

2,4,6-三氯酚在环境中广泛分布,是典型的持久性有机污染物.脱卤呼吸菌能还原分解氯酚,使其毒性大大降低,继而被其他微生物氧化分解并矿化.然而脱卤呼吸菌在自然环境中丰度较低,代谢速率慢,对电子利用能力较差,因此传统的生物添加或生物激活等原位修复方法往往导致效能受限,可应用性差.本研究驯化富集了具有稳定厌氧还原脱氯2,4,6-三氯酚能力的混合菌群,在添加乙酸钠（5 mmol·L^-1）和氢气（10 mL）的情况下,在6 d内将2,4,6-三氯酚还原脱卤为4-氯酚.研究采用聚氨酯泡沫作为生物载体材料,在聚氨酯泡沫表面负载电气石,发现在无氢气额外添加的情况下,2,4,6-三氯酚的还原脱氯速率提高了6倍,且脱卤性能稳定.对强化后混菌的群落结构及潜在核心脱氯功能菌属进行分析,16S rRNA测序鉴定结果表明假单胞菌属（Pseudomonas sp.）在混合菌群中的占比超过90%,为体系中的核心脱氯功能菌.本研究为地下水中还原脱卤菌群的应用提供了理论技术.     

升级A/O工艺污水处理系统中抗生素抗性基因的分布与去除研究

针对北方某采用升级A/O工艺的生活污水处理厂,使用实时荧光定量PCR技术,探究污水厂中ARGs的分布及各处理工艺段对ARGs的去除效果.结果表明：四环素抗性基因（tetA、tetC和tetM）、磺胺抗性基因（sul1和sul2）、大环内酯抗性基因（ermA和ermF）和喹诺酮抗性基因（parC和gyrA）在污水和污泥中均被检出.污水厂进水中ARGs的绝对丰度为2.65×10³~1.01×10⁶ copies·mL^-1,升级A/O工艺未能有效削减ARGs,出水中ARGs的绝对丰度为9.22×10³~1.15×10⁶ copies·mL^-1,污泥中ARGs的绝对丰度为8.07×10⁷~2.65×10¹¹ copies·g^-1.深度处理工艺对ARGs的去除效率对比结果显示,生物活性炭工艺对ARGs的削减效果优于紫外消毒.     

土地利用方式对会仙岩溶湿地土壤真菌群落和功能类群的影响

研究土地利用对会仙湿地土壤真菌群落及其功能类群特性的影响,可以为湿地的保护提供理论依据.以芦苇湿地(PCW)、华科拉莎草湿地(CCW)、稻田撂荒地(APF)、稻田(PF)和玉米地(CF)为研究样地,采用高通量测序法对不同土地利用土壤真菌群落结构进行分析,利用FUNGuild数据库对真菌的功能类群进行预测.结果表明,PF和CF的Simpson指数和Shannon指数显著高于PCW和CCW;在门水平上,子囊菌门(Ascomycota)为5种土地利用的最优势菌,丰度为70.60%～87.02%,隐真菌门(Rozellomycota)为PCW的次优势菌,丰度为7.14%;担子菌门(Basidiomycota)为CCW、 APF、 PF和CF的次优势菌,丰度分别为9.70%、 5.19%、 8.13%和7.50%.在目水平上,PCW中最优势菌为格孢菌目(Pleosporales),丰度为16.47%; CCW、 APF、 PF和CF的最优势菌均为肉座菌目(Hypocreales),丰度分别为22.52%、 23.50%、 17.60和23.80%.在属水平上,PCW和CCW中的最优势菌分别为粪盘菌属(Ascobolus)和子囊菌属(Archaeorhizomyces),丰度分别为6.65%和13.44%; APF、 PF和CF中的最优势菌均为镰刀菌属(Fusarium),丰度分别为10.22%、 10.51%和11.12%.会仙湿地土壤真菌的功能类群以腐生营养型为主,丰度为48.67%～80.13%.CF中的病理营养型的丰度为5.39%,显著高于PCW(2.34%)和CCW(1.53%)中的丰度.PCW和CCW的最优势功能类群分别为粪生-木材腐生菌和土壤腐生菌,APF、 PF和CF中最优势功能类群为动物病原-内生-地衣寄生-植物病原-土壤腐生-木材腐生菌.冗余分析表明,土壤含水率(SWC)和碳氮比(C/N)是影响真菌群落结构的主要因素,碱解氮(AN)是影响真菌功能类群的主要因素.以上研究结果表明,相对于天然湿地,土地利用改变了会仙湿地土壤真菌多样性和群落结构,使真菌功能类群的结构趋于复杂化,且使玉米致病风险提高.