运用三维荧光光谱解析高温厌氧产氢反应过程对温度变化的响应

为建立反应器运行状态的荧光光谱快速监测方法,应用三维荧光光谱表征了高温厌氧反应器的出水,采用平行因子分析方法分析后得到3种荧光组分——蛋白质、辅酶NADH和核黄素,并获得它们的激发发射光谱图及相对浓度.结果表明,当温度从50 ℃上升到60 ℃的过程中,3种荧光物质的相对浓度均呈现相应的变化,它们与反应器的运行参数呈现明显相关性.进一步研究表明,核黄素是高温厌氧产氢反应中的特有荧光物质,采用标准加入法和二阶校正方法可以测定其实际浓度,出水中核黄素浓度变化范围为0.04~0.13 mg·L^-1.该研究为厌氧产氢反应器的运行监控提供了理论基础.     

BI废水制取己二酸过程中分解反应催化剂的研究

以环己烷空气氧化装置产生的酸性洗涤废水(BI有机废水)为原料,通过分析不同条件下分解氧化产物组成,考察了分解反应催化剂种类、用量及分解反应时间对产物二元酸的分布及己二酸表观收率的影响。试验结果表明,在钴盐存在下使BI有机废水浓缩液回流反应120min以上,再经硝酸氧化可使由BI有机废水制取己二酸的表观收率达到BI有机废水总质量的10%～12%。     

pH和络合剂对五价锑在水钠锰矿和水铁矿表面吸附行为的影响

研究了pH和络合剂对Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面吸附性能的影响.结果表明,水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)有良好的去除效果,初始pH显著影响水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)的去除效率.随着初始pH值的降低,水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)的去除率显著增加.在初始pH 5.0时,Sb(Ⅴ)的去除率、吸附速率和吸附量要优于pH 7.0和9.0.Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附行为符合准二级动力学模型.在初始pH 5.0时,Langmuir模型可以较好地描述Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附过程.柠檬酸和乙二胺四乙酸(EDTA)两种络合剂显著抑制了Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附效果.     

序批式生物反应器填埋场脱氮微生物多样性分析

为探究序批式生物反应器填埋场脱氮过程中的微生物作用机制,本研究采用建立脱氮功能基因(amoA、nosZ)克隆文库及PCR-RFLP技术对序批式生物反应器填埋场垃圾稳定化后期的主要脱氮功能微生物多样性进行分析.结果表明,矿化垃圾反应器中检测到的氨氧化细菌存在高度多样性,大部分为未知类群,且均为不可培养菌或未经分离获得的细菌,经系统发育树分析系统内氨氧化细菌以β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主;新鲜垃圾反应器中反硝化细菌种群丰富,主要有β-变形菌纲中的陶厄氏菌属(Thauera)和硫杆菌属(Thiobacillus).Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus属中的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种硫自养反硝化菌,可见新鲜垃圾单元稳定化后期以好氧反硝化和自养反硝化的脱氮途径为主.此外文库中检测到的一部分反硝化细菌可能归属于α-变形菌纲的慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae).     

间歇-阶段性酸雨入侵对填埋稳定化飞灰中重金属浸出行为影响

以间歇-分阶段进水方式进行了模拟酸雨柱式动态淋溶实验.结果表明,间歇-阶段性酸雨入侵会影响填埋飞灰中Pb、Zn、Cu、Cr和Ni的浸出行为;尤其间歇停滞期后的初期酸雨入侵会增加多数重金属的再浸出水平,且该部分重金属的释放主要源于前阶段酸雨侵蚀过程中所形成的非稳定性（弱酸态）重金属.各酸雨侵蚀阶段,部分重金属（如Pb-Zn）的浸出行为具有相关性,这与各重金属在飞灰基质内的赋存形态、矿物相稳定性及酸性侵蚀程度等有关.各阶段酸雨入侵会相继溶出飞灰中的可溶性（NaCl、KCl等）、难溶性氯盐（CaClOH）以及微溶性钙盐（CaSO₄）,并增加CaCO₃和Ca-Al-Si-O等矿物的峰强.各阶段酸雨入侵会使初始飞灰表面的团簇状结构逐渐被酸性（H⁺）侵蚀作用破坏,并暴露出大量棒状或条形状CaCO₃晶体,且随着酸雨入侵次数的增加,CaCO₃也将逐渐被侵蚀破坏.本研究为非连续酸性降雨条件下填埋稳定化飞灰的重金属浸出行为评价及风险管控提供了科学依据.     

有机化合物生物富集因子的计算机预测研究

有机化合物在生物体内的富集,通常用生物富集因子(bioconcentration factor,简称BCF)来表达,这是化合物生态环境毒性评估的重要指标。为合理预测有机化合物是否易于生物富集,首先从美国环保局网站收集了624个具有不同BCF值的化合物,然后采用7种分子指纹结合5种机器学习方法(包括支持向量机、C4.5决策树、k最近邻法、随机森林法和朴素贝叶斯法),构建了化合物BCF的分类预测模型,所有模型均采用独立外部验证集进行验证。其中,使用Chemo Typer分子指纹结合支持向量机方法得到的二分类模型,整体预测准确度最好,达到了85.4%。通过采用信息增益、频率分析等方法,进一步确定了化合物中易于引起生物富集的关键子结构,包括芳基氯、二芳基醚、氯代烷烃等。研究中所用到的方法为有毒化学品的生态风险评价提供了良好可靠的预测工具。     

垃圾分类对碳减排的影响分析：以青岛市为例

城市生活垃圾(MSW)处理单元是重要的温室气体排放源,垃圾分类可以实现垃圾减量化和提高资源化利用率,但对于温室气体减排的影响还鲜见报道.以青岛市内4区为研究对象,基于生命周期评价方法,研究了垃圾分类前后不同生活垃圾处置模式下的温室气体排放情况.结果表明,垃圾分类可以显著降低处置全过程中的温室气体排放,模式1(混合收集+填埋)、模式2(混合收集+焚烧)、模式3(垃圾分类+厨余垃圾厌氧消化和其他焚烧)和模式4(垃圾分类+厨余垃圾厌氧消化、可回收垃圾资源化和其他焚烧)垃圾处理全过程净碳排放量(以CO₂/MSW计)分别为686.39、-130.12、-61.88和-230.17 kg·t^-1.提高厨余垃圾回收效率并不能显著降低碳排放.随着垃圾回收效率的提高,碳减排量呈线性增加,可回收垃圾回收效率每提高10%,其净碳排放量降低26.6%(16.5 kg·t^-1).适度分离餐厨垃圾、提高可回收垃圾回收效率和降低厨余垃圾厌氧消化沼气泄漏率是目前减少生活垃圾温室气体排放和社会成本的可行策略.     

填埋场古细菌垂直分布格局及其与垃圾降解程度响应特征

研究了青岛市小涧西垃圾填埋场表层（3~12 m）、中上层（15~24 m）、中下层（27~36 m）和底层（39~45 m）古细菌的多样性、群落组成与垂直分布特征,以及垃圾降解程度与古细菌群落结构演替变化的响应关系.结果表明：垃圾有机质和凯氏氮含量随填埋深度增加呈降低趋势,而pH呈微弱升高趋势.填埋场中下层的古细菌群落多样性和丰度显著高于其他填埋层.在填埋层各深度上,广古菌门（Euryarcharota）为优势菌门,相对丰度达到90%以上,甲烷微菌纲（Methanomicrobia）和热源体纲（Thermoplasmata）为优势菌纲,二者相对丰度之和达84.69%~99.67%.属水平上,甲烷囊菌属（Methanoculleus）的占比在38.16%~64.46%之间变化,且与有机质相关性不显著,表明该类氢营养型产甲烷菌在垃圾中分布广泛,受垃圾降解程度影响较小.马赛球菌属（Methanomassiliicoccus）的相对丰度自表层的50%降至底层的20%,且与有机质呈显著正相关（r=0.95,p<0.05）,表明该类甲基营养型产甲烷菌的分布受有机质降解程度影响较大.以乙酸裂解产甲烷的甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）和甲烷丝菌属（Methanothrix）在填埋场中也占有重要地位,但二者相对丰度整体低于Methanoculleus.Methanosarcina自表层至底层所占比重逐渐升高,与有机质呈显著负相关（r=-0.96,p<0.05）;而Methanothrix仅在中下层有较高的丰度,与有机质相关性不显著,主要与两种菌属对乙酸亲和性的差异有关.不同填埋深度上产甲烷菌群落结构的演替变化反映了不同类型产甲烷菌对垃圾降解产物与稳定化程度的响应.     

基于改进偏最小二乘法的近红外快速分析强化生物除磷污泥胞内PHA

聚β羟基烷酸酯(PHA)是强化生物除磷系统中颗粒污泥胞内重要碳源和能源,其快速测定对强化生物除磷机理研究有重要意义.采用Savitzky-Golay平滑法(SG)-多元散射校正法(MSC)对污泥的近红外光谱进行预处理,通过改进的偏最小二乘法(i PLS、si PLS、bi PLS)建立污泥样品近红外光谱与PHA含量的定量分析模型.结果表明,SG-MSC预处理减弱噪声和背景等表面因素对光谱的影响,采用联合区间偏最小二乘法(si PLS)将全光谱等分为30个子区间,联合子区间[13 21 24 29]建立的模型预测效果最优,其交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.2018和0.3120,校正集和预测集相关系数分别达到0.9925和0.9391,该光谱区段与PHA分子结构中C—H的伸缩变形、弯曲振动和C=O的伸缩振动密切相关.改进偏最小二乘有效地优化光谱建模区域,提高模型预测能力,实现污泥胞内PHA含量的快速定量分析.     

矿化垃圾生物反应器中的细菌多样性分析

为探究准好氧生物矿化垃圾床处理渗滤液过程中的微生物作用机理,研究建立了16S r DNA克隆文库及PCRRFLP技术以研究矿化垃圾反应器的细菌多样性。结果表明:矿化垃圾反应器细菌具有高度多样性,反应器内有36种细菌分别属于13个纲,变形菌纲占绝对优势占70%(其中β-变形占56.5%,γ-变形菌纲占10%),拟杆菌纲、鞘氨醇菌纲,芽孢杆菌纲也具有一定优势;3%的Nitrosomonas属是渗滤液氨氮转化成亚硝酸盐氮的主要功能微生物,由于亚硝酸盐氧化菌不存在或丰度极低,因此造成反应器内亚硝酸盐积累;Thauera属(17%)和Thiobacillus denitrificans属(10%)是反应器内主要优势微生物属,是反应器内反硝化脱氮的功能微生物,由于Thauera属在好氧条件下具有反硝化特性,Thiobacillus denitrificans为严格自养反硝化菌,因此反应器脱氮主要途径为好氧反硝化、自养反硝化。