农作物秸秆焚烧污染与防治

农作物秸秆属于农业生态系统中一种十分宝贵的生物质能资源。农作物秸秆资源的综合利用对于促进农民增收、环境保护、资源节约以及农业经济可持续发展意义重大。秸秆焚烧危害较大,目前我国秸秆综合利用率较低,因此必须采取合理的方法解决秸秆综合利用的问题,以实现2020年全国秸秆综合利用率达到85%以上的目标。     

低温下A2/O-BAF反硝化除磷脱氮特性

在11~14℃低温下,采用A~2/O-BAF系统处理低C/N生活污水,研究了污染物去除特性、反硝化除磷过程中除磷脱氮比例(ΔPO_4~(3-)/ΔNO_3~--N)以及BAF中曝气量和有效填料高度对硝化反应的影响.结果表明,在COD、NH_4~+-N、TN和PO_4~(3-)的平均进水浓度分别为193.1、58.6、60.3和5.1 mg·L~(-1)时,平均出水浓度分别为46.3、2.5、13.4和0.3 mg·L~(-1),达到国家城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准.对ΔPO_4~(3-)/ΔNO_3~--N进行线性拟合,比值分布在0.47~1.75之间;运用正态分布对ΔPO_4~(3-)/ΔNO_3~--N进行数理统计,其均值为1.20,标准差0.29.BAF中曝气量为60 L·h~(-1)和100 L·h~(-1),出水NH_4~+-N浓度小于5.0 mg·L~(-1)时所需填料高度分别为1.8 m和1.0 m;继续增大BAF中曝气量为120 L·h~(-1)时,气水流冲击导致生物膜脱落,造成出水NH_4~+-N大于5.0 mg·L~(-1).     

我国典型城市环境大气挥发性有机物特征比值

城市环境大气挥发性有机物(VOCs)比值能够提供有用信息.基于在我国典型城市进行的7次VOCs观测数据,利用正交最小二乘法(ODR)、线性拟合法等4种方法计算了VOCs组分比值,并探讨其在监测数据质量评估、来源诊断和光化学过程研究中的应用.结果显示:间,对-二甲苯与邻-二甲苯浓度在7次观测中均呈现非常好的相关性(r为0.975~0.997),且不同观测中比值接近(2.78~3.05),这一比值可以用来对城市大气VOCs(尤其是芳香烃)测量数据的可靠性进行评估.以甲苯/苯(T/B)和丙烷/乙烷(P/E)为例初步分析了我国不同城市大气VOCs来源的差异.上海和广州T/B最高,分别为2.37和1.78,高于隧道实验中T/B比值(1.52),说明还受到溶剂涂料等富含甲苯的排放源影响,北京夏季T/B与隧道实验接近,而成都、北京冬季和重庆T/B较低(0.744~1.36),说明受到生物质燃烧、煤燃烧等其他富含苯的排放源影响.P/E分析结果显示,广州P/E(1.27)显著高于其他数据集(0.270~0.645),与2010年广州部分公交车和出租车仍利用液化石油气(LPG)作为燃料有关.另外,基于邻-二甲苯/乙苯变化特征表征光化学反应程度,并初步估算出典型城市大气上午·OH暴露量为(2.70~4.45)×10~(10)molecule·cm~(-3)·s.     

海洋微生物胞外分泌物(EPS)对船用结构钢腐蚀行为的影响

目的研究微生物活性与船用钢DH32腐蚀行为之间的关系,并通过胞外分泌物的提取,研究分泌物浓度对材料腐蚀性能的影响。方法通过傅里叶红外光谱(FT–IR)分析胞外分泌物的组成,通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)分析金属离子的含量,并使用用原子力显微镜(AFM)观测去除腐蚀产物后的表面形貌。结果通过电化学阻抗谱的拟合分析,短期内,EPS通过阻碍溶解氧的扩散抑制腐蚀速度,EPS浓度越高,效果越好,即实验初期试样腐蚀的速度与EPS浓度成反比。随着时间的延长,EPS浓度低的溶液中,其EPS络合金属离子的能力很快达到饱和,所以尽管其络合行为能促进试样的阳极溶解,但影响作用有限,此时起到主要影响的还是EPS抑制溶解氧扩散。对于浓度高的EPS溶液,其过量的EPS会促进EPS的官能团与材料表面更多的Fe~(2+)/Fe~(3+)离子键合,使得沉积的EPS保护层变得疏松失去隔离溶解氧的作用,进而加速试样腐蚀。结论海洋微生物胞外分泌物对船用钢腐蚀行为的影响与胞外分泌物的结构与浓度有关,随着浓度升高,EPS从抑制腐蚀变为加速腐蚀。     

有机改良剂及生物炭对离子型稀土矿尾砂地生态修复的改良探究

选取有机改良剂稻草、锯末、城市污泥、鸡粪及麻杆生物炭进行单施或配施,通过室内杂交狼尾草和红麻盆栽实验,探讨有机改良剂及同时生物炭对离子型稀土矿尾砂地土壤的改良效果.结果表明:①单施4种有机改良剂均能显著提高杂交狼尾草生物量,其中鸡粪处理效果最好;但鸡粪处理中实验前后土壤中有机质亏损高达73.8%,其改良效果持久性较低;而锯末处理中有机质仅亏损16.0%,改良效果持久性更佳.②相对于单施鸡粪,配施麻杆生物炭或锯末均显著增加红麻生物量,显著提高土壤中有机质的含量及土壤持水性,减缓了营养元素的流失;且明显改善有机质亏损,尤其配施锯末后土壤有机质亏损降至45.4%,提高了改良效果持久性.因此,鸡粪配比麻杆生物炭或锯末处理改良长效性较好,环境风险低,可应用于稀土尾砂地基质改良,加快植被复垦.     

太湖流域河网4种典型抗生素的时空分布和风险评价

分析了太湖流域人口密度大且养殖业发达的宜溧-洮滆水系水相和沉积相中典型抗生素磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)、氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)、罗红霉素(Roxithromycin,ROM)和土霉素(Oxytetracycline,OTC)的时空分布特征,并应用商值法进行了健康风险(Health Quotients,HQs)和生态风险(Risk Quotients,RQs)评价.结果表明,宜溧-洮滆水系中OTC、ROM、OFL、SMX在水相的检出率分别为96.5%、57.0%、60.5%和4.5%,沉积相中的检出率分别为96.5%、95.5%、90.0%和44.5%;水相检出浓度最高的抗生素为OTC,最高浓度为17.85 ng·L~(-1);沉积相检出浓度最高的抗生素为SMX,浓度为46.74 ng·g~(-1);相比于其他3种抗生素,流域水相和沉积相中OTC的检出率和检出浓度均较高.宜溧-洮滆水系主要包括南河和长江客水区,丰水期南河水系抗生素的检出水平高于长江客水区.沉积相中抗生素浓度沿水流方向逐渐降低,入湖河口所有点位由于沉积物堆积作用均呈现抗生素富集现象.渔业养殖中抗生素的大量施用是导致该水系抗生素时空分布差异的主要原因.健康风险评价结果表明,4种抗生素均属于可接受风险(HQs0.01).生态风险评价结果表明,4种抗生素均呈现低风险(RQs0.1),其中,生态风险最高的抗生素是OTC,其值为0.086.为有效管控太湖流域抗生素生态风险,应加强对南河水系水产养殖业监管;入湖河口的抗生素富集现象也应引起重视.     

游离亚硝酸抑制硝化杆菌属(Nitrobacter)活性动力学研究

为探究游离亚硝酸（FNA）对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属（Nitrobacter）活性抑制动力学影响,采用序批式活性污泥（SBR）反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象（宏基因组物种注释和丰度分析显示上Nitrobacter占细菌总数40.3%）,基于批次试验,考察不同FNA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程比亚硝态氮氧化速率（SNiOR）变化规律,进而拟合FNA抑制Nitrobacter活性抑制动力学模型,并进行统计学分析.结果表明,当FNA≤0.1mg/L时,随着FNA浓度升高,SNiOR迅速升高.当FNA>0.1mg/L时,SNiOR随着FNA浓度升高而降低.尤其当FNA浓度高于0.7mg/L时,SNiOR始终维持在0gN/（gVSS·d）,表明Nitrobacter活性统被完全抑制.统计学分析结果显示相对于Haldane、Aiba、Edwards-1#、Edwards-2#、Luong抑制动力学模型,Han-Levenspiel模型最适合描述FNA对Nitrobacter活性的抑制影响.其统计学常数：残差平方和（RSS）为0.02、可决系数（R²）为0.90、拟合方程的方差检验统计量F值为78.1、可信度P值为3.29×10^-12,其动力学常数值分别为：最大比亚硝态氮氧化速率（r_max）为1.57gN/（gVSS·d）;半饱和常数（K_S）为0.01mg/L;临界抑制常数（S_m）为0.66mg/L.     

大连湾表层海水全氟烷基化合物污染水平及分布研究

全氟烷基化合物（PFASs）作为一类新型有机污染物已被广泛关注。本研究采用固相萃取前处理与高效液相色谱串联质谱联用（HPLC-MS/MS）相结合的方法,测定了大连湾表层海水中的17种PFASs的含量,并对其污染水平以及分布进行了分析。各站位水样中均有PFASs检出,表明大连湾普遍存在PFASs的污染,∑PFASs浓度介于8.1~13.8 ng/L之间。其中,全氟辛酸（PFOA）、全氟丁酸（PFBA）和全氟丁基磺酸（PFBS）是目前大连湾表层水体中的主要PFASs污染物。短链物质正在逐渐成为主要的PFASs污染物,需引起重视。在污染分布上,受海水稀释扩散和潮流的影响,湾内PFASs污染高于湾外;但三山岛西部PFASs污染相对偏高,潜在污染源有待于进一步研究。     

好氧颗粒污泥技术处理乡镇污水应用

为研究好氧颗粒污泥技术是否适用于处理乡镇污水,采用该技术对处理规模为400 m3/d的乡镇污水处理厂进行改造,考察了污泥颗粒化过程、污染物去除效果及接种絮状污泥与好氧颗粒污泥微生物群落结构差异.结果表明,以进料负荷的交替变化作为调控措施,反应器启动后第13天污泥出现颗粒化,颗粒污泥平均粒径0.499 mm;启动第40天污泥完全颗粒化,颗粒污泥平均粒径1.336 mm.完全颗粒化后SBR反应器内ρ（MLSS）稳定在8~12 g/L,SVI维持在25~40 mL/g,出水ρ（COD_Cr）、ρ（NH₃-N）、ρ（TN）始终满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准要求.群落结构的研究结果表明,相比于接种絮状污泥,好氧颗粒污泥群落丰富度和多样性均明显减少,反硝化功能菌和聚磷菌丰度显著增加;在好氧颗粒污泥中,Nitrosomonas（亚硝化单胞菌属）、Nitrospira（硝化螺旋菌属）是主要的硝化功能菌;Dechloromonas、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的反硝化细菌;Aeromonas（气单胞菌属）、Clostridium sensu stricto 13（梭菌属）是主要的聚磷菌;Uncultured Xanthomonadaceae、Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）是降解有机物的主要菌种,其中Comamonas（丛毛单胞菌属）、Zoogloea（动胶菌属）也是好氧污泥颗粒化过程中的关键菌株.      

微生物诱导碳酸盐沉淀及其在固定重金属领域的应用进展

生物矿化已受到化学、物理、生物、材料、医学、生命及环境等多学科的广泛关注,其中,以尿素为底物的MICP（微生物诱导碳酸盐沉淀）技术是生物矿化领域的研究热点之一.在分析MICP过程中的酶解机理和生物大分子在微生物矿化过程中的作用基础上,通过对重金属离子的矿化产物和碳酸盐矿化菌的成矿因素分析,揭示MICP矿化产物的特征及形成条件.碳酸盐矿化菌主要产生脲酶分解尿素,增加土壤CO₃2-饱和度,其代谢产生的胞外聚合物具有多种功能团组合和键能连接,起着调控生物矿化的作用.MICP技术可用于固定土壤和水体中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属,重金属主要以共沉淀的形式被固定,阴阳离子型重金属以类质同象置换方式分别占据方解石中的CO₃2-位和Ca2+位,从而促使污染土壤中的可交换态重金属向碳酸盐结合态转移.但是,MICP技术主要针对减少重金属的生物可利用性,不能满足以全量来计算的现行土壤环境质量标准,且MICP技术在长期有效性、生物安全性和土壤理化性质等方面存在诸多隐患.因此,由试验条件转向实际应用具有一定挑战.建议寻找更稳定的方法以阻止碳酸盐矿物中的重金属溶出,且有必要将开发高效的土著微生物复合菌剂作为未来MICP研究的方向之一.