Mitigating Impact of Devils Lake Flooding on the Sheyenne River Sulfate Concentration

Devils Lake is a terminal lake located in northeast North Dakota. Because of its glacial origin and accumulated salts from evaporation, the lake has a high concentration of sulfate compared to the surrounding water bodies. From 1993 to 2011, Devils Lake water levels rose by ~10 m, which flooded surrounding communities and increased the chance of an overspill to the Sheyenne River. To control the flooding, the State of North Dakota constructed two outlets to pump the lake water to the river. However, the pumped water has raised concerns about of water quality degradation and potential flooding risk of the Sheyenne River. To investigate these perceived impacts, a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was developed for the Sheyenne River and it was linked to a coupled SWAT and CE‐QUAL‐W2 model that was developed for Devils Lake in a previous study. While the current outlet schedule has attempted to maintain the total river discharge within the confines of a two‐year flood (36 m³/s), our simulation from 2012 to 2018 revealed that the diversion increased the Sheyenne River sulfate concentration from an average of 125 to >750 mg/L. Furthermore, a conceptual optimization model was developed with a goal of better preserving the water quality of the Sheyenne River while effectively mitigating the flooding of Devils Lake. The optimal solution provides a “win–win” outlet management that maintains the efficiency of the outlets while reducing the Sheyenne River sulfate concentration to ≤600 mg/L.     

供水管网生物膜有机物的二氯乙腈与二氯乙酰胺生成特性

在饮用水输配系统中,来源于管壁生物膜的有机物可能耗氯并生成消毒副产物(DBPs),包括二氯乙腈(DCAN)与二氯乙酰胺(DCAcAm)等高毒性含氮DBPs(N-DBPs).研究考察管网常见的细菌与其胞外聚合物(EPS)以及模拟管壁生物膜氯化与氯胺化后DCAN与DCAcAm的生成,并与天然有机物(NOM)和水源水有机物进行比较.结果显示,铜绿假单胞菌、恶臭假单胞菌与藤黄微球菌与氯反应生成的DCAN、DCAcAm浓度分别为1.48～2.02、0.21～0.38μg·mg~(-1)(mg~(-1)以TOC计),高于同反应条件下NOM的生成量;相比于氯化反应,3株细菌细胞氯胺化生成的DCAN与DCAcAm浓度明显更低.3株菌的EPS也是氯与氯胺化反应生成DCAN与DCAcAm的前体物,且其氯胺化反应生成的DCAcAm浓度高于氯化反应生成的.与NOM、水源水相比,模拟管壁生物膜氯化后生成的N-DBPs与三氯甲烷(TCM)浓度比更高,表明生物膜有机物比NOM与水源水有机物更倾向生成DCAN与DCAcAm类N-DBPs,且模拟管壁生物膜氯胺化的DCAcAm生成量高于氯化反应的,说明管壁生物膜有机物是供水管网系统中DCAN与DCAcAm类N-DBPs的重要前体物.     

基于不同废污泥源的短程反硝化快速启动及稳定性

为探究不同废污泥源快速启动短程反硝化和实现稳定NO_2~--N积累的可行性,在3个完全相同的SBR反应器(S1、S2和S3)分别接种:实验室城市污水反硝化除磷系统排泥、城市污水厂剩余污泥及河涌底泥,比较其短程反硝化启动快慢和NO_2~--N积累特性,考察系统短程反硝化活性和NO_3~--N→NO_2~--N转化性能,并从微生物学角度分析反应器功能菌群特征.结果表明,在乙酸钠为唯一碳源、高碱度和适宜COD/NO_3~--N比进水条件下,3个SBR短程反硝化反应器在短时间内均能够成功启动,系统平均NO_3~--N→NO_2~--N转化率为S1 S2 S3(75. 92% 73. 36% 69. 90%).同时发现持续低温条件下S1和S2呈现不同程度的短程反硝化性能恶化趋势,但S3能够稳定维持良好NO_2~--N积累性能.微生物高通量测序表明,变形菌门和拟杆菌门居PD系统主导地位,3个短程反硝化反应器NO_2~--N积累关键功能菌属Thauera属丰度差异明显:S3 S1 S2(25. 09% 4. 71% 3. 60%),表明S3具备稳定高效的NO_2~--N积累性能,同时高丰度Thauera属可能是维持低温短程反硝化活性的重要原因.     

河岸过滤中氨氮的削减及其浓度对细菌与氨氧化微生物的影响

通过小试滤柱模拟河岸过滤,结合荧光定量PCR和高通量测序等手段研究了河岸过滤对氨氮的削减效能和进水氨氮浓度对细菌与氨氧化微生物的影响.结果表明,低浓度（0.2 mg·L^-1）氨氮未被削减,较高浓度（1.0 mg·L^-1和2.0 mg·L^-1）氨氮的削减率可达70%.进水处细菌丰度随氨氮浓度升高而增加,细菌群落组成随氨氮浓度升高发生规律性变化.出水处氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea,AOA）丰度与氨氮浓度呈负相关,氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）丰度与氨氮浓度无显著相关关系;进水处AOA-α多样性与氨氮浓度呈正相关,但AOB-α多样性与氨氮浓度呈负相关;进水处AOA群落组成受氨氮浓度影响,而进、出水处AOB群落组成均受氨氮浓度影响.可见,进水氨氮浓度会影响河岸过滤对氨氮的削减效能,还会影响细菌、氨氧化微生物的丰度及群落结构,AOB对氨氮浓度的变化比AOA更敏感.     

核壳结构KNbO3@Co(OH)2的制备及其活化过一硫酸盐降解帕珠沙星的研究

制备了以KNbO₃为载体材料的Co（OH）₂复合材料并对其进行了详细的表征,分析了材料的组成成分、组成形态进而确定了其为核壳结构形貌的KNbO₃@Co（OH）₂.利用合成的样品作为催化剂活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate,PMS）来降解帕珠沙星（pazufloxacin,PZF）,结果表明制备的催化剂对PZF的去除效率显著增加.讨论了不同初始PMS剂量对降解效率的影响,发现随着PMS增加可活化生成更多的硫酸根自由基（sulfate radicals,SO₄^·-）和羟基自由基（hydroxyl radicals,HO^·）来降解PZF,但继续增大PMS用量降解效率未见明显提升.酸性和中性pH值条件下利于反应活化PMS降解PZF,而碱性体系减缓反应,甚至强碱体系更易形成Co（OH）₂沉淀不利于反应体系中活性组分CoOH⁺的形成,大大抑制了催化性能.此外,在体系中加入淬灭剂叔丁醇（tert-Butanol,TBA）或者乙醇（ethanol,ETOH）进行自由基的淬灭实验,结果表明SO₄^·-自由基为体系降解PZF过程中主要贡献的自由基,而HO^·自由基的贡献较少.催化剂具有较好的稳定性5次循环之后仍能在10 min之内完全去除PZF.本研究提出了新的思路为制备其他载体的Co（OH）₂核壳结构提供参考依据,同时将该催化剂结合高级氧化技术应用到水体新兴有机污染物净化领域具有很好的应用前景.     

红树林土壤解磷菌的分离鉴定及解磷特性

从罗源湾红树林根际土壤中分离解磷菌,筛选出洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia, NR 113645.1）和短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus, NR 043242.1）,研究它们的解磷特性和动态解磷过程. HPLC结果表明, B. cepacia菌液上清中含葡萄糖酸、丙酮酸、乳酸、乙酸、丁二酸, 这些有机酸的产生导致磷酸盐溶解. B.pumilus菌液上清中仅检测到少量的葡萄糖酸, 因此该菌溶磷效果不佳. 在细菌动态溶磷过程中发现, 经B. cepacia菌处理的磷酸钙, 其X射线衍射（XRD）特征峰强度随时间的增长降低, 显微镜图像显示磷酸钙颗粒随时间增长变小, 甚至消失. 而经B.pumilus菌处理的结果表明, 在试验期间内磷酸钙峰强度和颗粒大小没有明显变化. 细菌产生有机酸是溶解磷酸盐的重要前提, 这是解决板结土壤中难溶性磷源转化为生物可利用磷源问题的关键.     

Responses of nitrification performance, triclosan resistome and diversity of microbes to continuous triclosan stress in activated sludge system

Triclosan(TCS) is commonly found in wastewater treatment plants,which often affects biological treatment processes.The responses of nitrification,antibiotic resistome and microbial community under different TCS concentrations in activated sludge system were evaluated in this study.The experiment was conducted in a sequencing batch reactor(SBR)for 240 days.Quantitative PCR results demonstrated that the abundance of ammonium oxidizing bacteria could be temporarily inhibited by 1 mg/L TCS and then gradually recovered.And the abundances of nitrite oxidizing bacteria(NOB) under 2.5 and 4 mg/L TCS were three orders of magnitude lower than that of seed sludge,which accounted for partial nitrification.When the addition of TCS was stopped,the abundance of NOB increased.The mass balance experiments of TCS demonstrated that the primary removal pathway of TCS changed from adsorption to biodegradation as TCS was continuously added into the SBR system.Moreover,TCS increased the abundance of mexB,indicating the efflux pump might be the main TCS-resistance mechanism.As a response to TCS,bacteria could secrete more protein(PN) than polysaccharide.Three-dimensional excitation-emission matrix revealed that tryptophan PN-like substances might be the main component in PN to resist TCS.High-throughput sequencing found that the relative abundances of Paracoccus,Pseudoxanthomonas and Thauera increased,which could secrete extracellular polymeric substances(EPS).And Sphingopyxis might be the main TCS-degrading bacteria.Overall,TCS could cause partial nitrification and increase the relative abundances of EPS-secreting bacteria and TCS-degrading bacteria.     

长三角背景点夏季大气PM2.5中水溶性无机离子污染特征及来源解析

为研究长三角背景点夏季PM_2.5污染特征,于2018年5月30日—8月15日在上海市崇明岛对PM_2.5样品进行昼夜采集,并对其中水溶性无机离子(Cl-、NO₃-、SO₄2-、Na+、NH₄+、K+、Mg2+、Ca2+)进行了分析.运用PSCF(潜在源贡献)方法判别污染物排放源区,并结合PCA(主成分分析)和PMF(正交矩阵因子)源解析探究PM_2.5来源.结果表明:①观测期间崇明岛ρ(PM_2.5)平均值为(33±21)μg/m3,低于GB 3095—2012《环境空气质量标准》一级标准限值(35 μg/m3),但在部分时段存在显著超标现象,ρ(PM_2.5)最高值在120 μg/m3以上.②水溶性无机离子质量浓度平均值为(14±9.3)μg/m3,占PM_2.5的42.4%,其中SNA(SO₄2-、NO₃-、NH₄+三者统称)为主要离子,占水溶性离子总质量浓度的85.7%.③n(NH₄+)/n(SO₄2-)(NH₄+与SO₄2-的摩尔浓度比)显示,清洁期〔ρ(PM_2.5) < 15 μg/m3〕呈贫铵状态,过渡期〔15≤ρ(PM_2.5)≤35 μg/m3〕和污染期〔ρ(PM_2.5)>35 μg/m3〕均呈富铵状态;过渡期SNA主要以NH₄HSO₄和NH₄NO₃形式存在,而污染期则主要以(NH₄)₂SO₄和NH₄NO₃形式存在.④通过对两次典型污染事件进行离子相关性分析和PSCF分析发现,E1污染事件(5月30日—6月8日)为局地生物质燃烧型污染事件,E2污染事件(7月23日—8月1日)为区域传输污染事件.源解析结果进一步表明,两次典型污染事件期间气态污染物的二次转化对PM_2.5的贡献最显著,贡献率分别为62.8%和59.8%;其次是生物质燃烧,其贡献率分别为32.5%和20.1%;E2污染事件期间海盐源对崇明岛PM_2.5贡献率较高(16.6%),远超过E1污染事件期间对PM_2.5的贡献率(2.7%).研究显示,区域输送对崇明岛PM_2.5有显著贡献,二次颗粒物累积是崇明岛PM_2.5超标的主要原因.      

生物气溶胶的吸湿性

归纳了有关气溶胶吸湿性的测量方法以及过去近30a来文献中报道的生物气溶胶吸湿性的主要研究成果,总结了不同种类生物气溶胶之间吸湿性的差异.已有研究表明,绝大部分的生物气溶胶粒子都具有一定的吸湿性,当相对湿度为90%时,吸湿增长因子约为1.04（真菌孢子）~1.22（细菌）,花粉颗粒物吸湿后的质量与之前的比值为1.30~1.55.最后,提出了目前关于生物气溶胶吸湿性研究中尚未解决的科学问题及该领域的主要发展方向.     

三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征及潜在硝化速率

氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是氨氧化作用的主要驱动者,其分布特征及其对硝化作用的相对贡献是氮素循环的研究热点.采用实时荧光定量PCR技术研究了三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征,并通过测定潜在硝化速率分析了AOB和AOA对硝化作用的相对贡献率.结果表明,多数采样点中,AOA amoA基因丰度高于AOB amoA基因丰度; AOB丰度冬季较高,AOA丰度夏季较高,且冬季AOA和AOB丰度的比值较低;溶解氧、pH、总有机碳和硝态氮对AOB和AOA丰度影响较大; AOB和AOA在夏季的潜在硝化速率均高于冬季,冬季AOA对硝化作用的相对贡献率较高而夏季则是AOB在硝化作用中占主导地位,AOB和AOA的潜在硝化速率与amoA基因丰度均不存在显著相关性.