生物-电化学耦合系统供氢脱硫效应及微生物学研究

为研究和评价电化学强化自养硫酸盐还原连续运行工艺,提高处理能力,设计三维复合生物阴极,构建生物-电化学耦合系统,通过促进氢气传质、增大自养微生物量及电场强化的方式,提高以H2为电子供体的硫酸盐还原速率,并评价了体系连续运行脱硫效应.结果表明,当电流为0.50 mA、系统运行较为稳定时平均硫酸盐去除负荷为1.94 g/(L.d),最大去除负荷为2.23 g/(L.d).相同水力条件下,改变进水负荷时,优化传质和电场强化的耦合反应器具有更高的系统稳定性.扫描电镜观测发现,除膜丝外,石墨纤维毡表面附着大量微生物,显著提高体系生物量.PCR-DGGE种群结构分析表明,与接种菌源相比,种群丰度略有降低,群落结构得以优化,优势菌群为脱硫弧菌属和脱硫微菌属.传质优化、生物量提高、微生物群落结构优化及电场强化是系统具有较高硫酸盐还原能力以及适应能力的关键.     

絮体老化与调节对回流进水及混凝的影响机制

为探索絮体老化与pH值调节对回流进水颗粒组成及混凝的影响,采用激光粒度仪进行了絮体粒径分析并通过Al(OH)₃胶体(Al-gel)的老化实验探究了老化与pH值调节对絮体形态及性质的内在影响机制.结果表明,原水颗粒物粒径呈现单峰分布,絮体回流进水颗粒物粒径呈现双峰分布,并且回流进水颗粒d₅₀随着絮体老化时间的增加而减小;由于絮体回流提高了颗粒物与混凝剂接触机率和碰撞效率,因此加快了絮体的生长;絮体在pH=5的环境下老化12h后进行回流混凝的絮体粒径生长速率最高(1.16μm/s)并且生成的絮体具有较大的分形维数(2.35).Al-gel的老化实验结果表明,絮体老化过程会涉及羟桥反应和结晶反应并导致絮体的表面活性基团数量减少,从而不利于与原水颗粒物的相互作用.pH值调节对絮体产生不同的影响,p H=5的条件下进行老化会加速絮体的羟桥反应和结晶反应,而p H=9的条件下进行老化则会涉及溶解-沉淀-结晶反应.     

产氢发酵新菌Ethanoligenens sp.B49对铁的依赖性及产氢途径初探

采用典型产氢途径的丁酸梭菌和阴沟肠杆菌作为对比菌株,铁元素作为限制性因子,研究Ethanoligenens sp.B49的产氢代谢过程对铁的依赖性以及产氢机制.铁限制性培养结果表明,与完全培养条件相比,在铁浓度限制在2 mg·L-1条件下B49仍保持很好的生长状态和产氢性能,其产氢不受铁元素不足的影响,即其产氢行为不具有铁依赖性;这一性质与梭菌型产氢途径的丁酸梭菌表现出相似的规律,完全区别于阴沟肠杆菌铁依赖型的产氢机制.初步判断高效产氢菌B49的产氢代谢途径类似于梭菌型产氢途径.     

城市系统碳循环与碳管理研究进展

城市化带来的土地利用变化和化石燃料燃烧是引起全球气候变化和温室效应的主要原因之一。了解不同区域城市系统碳循环的过程、途径、方向和机制,有助于更好地进行未来大气温室气体的情景预测,并提出相应的碳管理措施。论文在国内外城市系统碳循环研究的基础上,对城市系统的特征、空间范围和碳过程特征进行了总结和分析;从城市能源使用碳排放、城市植被和土壤碳研究、城市扩展对碳排放的影响、城市代谢与碳过程、城市系统碳循环模拟等方面对目前城市系统碳循环的主要研究内容进行了综述;结合URCM研究计划,对城市碳管理的理论框架、科学问题和主要措施及目标进行了探讨;最后提出了该领域未来研究的主要方向和建议。     

自然状态下树木排放N2O的研究

大气中主要温室气体之一N₂O的部分来源尚不清楚,以前认为只有土壤微生物过程是N₂O的生物源,本文则旨在证明自然状态下植物也是N₂O的排放源.采用同步空气样品采集装置和气相色谱仪观测了长白山阔叶红松林内空气N2O的垂直分布特征,发现林冠或其附近处出现高N₂O浓度,高N₂O浓度比同一时刻其他高度处的正常N₂O浓度高3.03%～64.9%,差异显著或极显著.在林冠高度处的高N₂O浓度和树干高度处的正常N₂O浓度同时存在的现象证明了植物向外排放N₂O,即植物自身在自然状态下是N2O的一个排放源.     

1980年以来中国大宗作物空间格局变化分析

利用1980～2014年间的大宗作物(玉米、水稻、小麦、棉花、油菜)面积数据,以省级行政区为研究单元,采用多种数理统计和GIS空间分析技术,结合同期作物之间的竞争性用地关系,对全国上述五类大宗作物的空间分布格局及其变化特征进行分析.研究结果表明:玉米的空间分布相对较均衡;小麦的空间格局总的变化不明显但是省际分布最不均衡;棉花近30 a来空间格局变化极其显著,其面积重心从河南境内不断地向西北地区移动,目前位于甘肃省境内;油菜的面积重心自湖北境内不断地向南推移到湖南境内,水稻的面积重心则自江西境内逐渐向北移动到湖北境内.另外,部分区域的同期作物(如油菜与小麦、棉花与春玉米)空间格局变化存在明显的“消-长”关系,特别是在甘肃和内蒙,油菜小麦的面积变化有着极强的负相关性,其pearson系数低于-0.8.作物种植的成本收益变化是造成这些大宗作物空间格局变化的主要原因,城市化发展的程度、农民非农就业机会的高低、同期作物之间的比较效益差距等也是这些大宗作物时空格局产生变化的重要原因.     

g-C3N4制备及其协同PDS可见光催化降解布洛芬的研究

以尿素为主要原料,采用热聚合法在不同条件下制备了光催化剂g-C3N4(石墨相碳化氮),通过改变尿素在马弗炉中加热的温度(350℃、400℃、450℃、500℃)和时间(0.5 h、1 h、1.5 h),得到不同烧结温度和时间的光催化剂,并对其进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱分析仪(FT-IR)、紫外可见漫反射光(UV-Vis)表征,并通过可见光光催化降解布洛芬试验,探究了制备温度、时间对g-C3N4光催化性能的影响;并在溶液中加入PDS(过硫酸钾),联合g-C3N4在可见光下光催化降解布洛芬。结果表明,当烧结温度为500℃、烧结时间为1.5 h时,制备的g-C3N4在可见光区有较强吸收且具有较大的比表面积,以致其表现出最佳的光催化性能;PDS的存在对布洛芬的降解有促进作用,且加快了g-C3N4对布洛芬的光催化降解,相比于纯g-C3N4,4 h内布洛芬的降解率由63%提升为90.5%。以异丙醇、甲醇、对苯醌、草酸钠、重铬酸钾、甲醇分别为羟基自由基(·OH)、·OH和硫酸根自由基(SO4^-·)、超氧自由基(·O2-)、空穴(h+)、电子(e^-)的捕获剂。通过对反应过程的活性物种鉴定,·OH、SO4^-·、h+、e^-均参与了布洛芬的光催化降解,其中h+在反应中的贡献率达到了82.9%,在降解布洛芬过程中起主导作用;在反应体系中添加PDS后,催化剂g-C3N4的荧光强度变小,即加入PDS能够有效降低g-C3N4的光生空穴与电子的复合率,提高g-C3N4的光催化性能。     

我国低碳社区建设经验及对武汉的启示

城市是全球温室气体排放的主要排放源,社区是城市的重要组成部分,通过总结国内低碳社区建设的相关经验,为武汉市低碳社区建设提供借鉴和启示,可以有效减少碳排放和能源消耗。     

安徽省冬小麦单产的时空演变特征及其对ENSO的响应

安徽省是我国最重要的冬小麦生产省份之一,研究其产量的时空演变特征对保障区域粮食安全有着重要意义。依托74个区县1973-2014年间冬小麦单产的逐年序列,采用K-means聚类与气候诊断方法探讨了单产变化特征的区域差异。主要结果如下：（1）基于时序特征指标和K-means聚类分析,安徽省划分为江南、江淮、淮北这3个呈现出不同单产变化特征的子区域;（2）与其他区域相比,淮北地区冬小麦的单产水平更高,且单产的逐年增幅更为显著;（3）淮北地区冬小麦单产呈现出更强的年际变异性和更高的气候致灾风险,但其气候灾损率呈现出显著的下降趋势;（4）与其他区域相比,江南地区的冬小麦气候产量对ENSO指数更为敏感,特别是前期8月份厄尔尼诺-3区的平均海面温度（Nino 3）与来年气候产量之间的负相关性最为显著。     

树木模拟燃烧排放烟尘中水溶性离子的组成

模拟林火中生物质的两种燃烧方式,明燃和闷燃,对10种乔木的干树枝和绿树枝进行室内燃烧试验,测定了排放烟尘中的水溶性离子.结果表明,干树枝明燃烟尘中水溶性离子的平均总含量为(28.88±17.54)g·kg~(-1).SO_4~(2-)、Cl~-、K~+是主要组分,其平均排放因子为101.0~118.2 mg·kg~(-1).干树枝闷烧烟尘中水溶性离子的平均总含量为(6.38±2.79)g·kg~(-1).Na~+、SO_4~(2-)、K~+、Cl~-是主要组分,其平均排放因子为101.1~245.7 mg·kg~(-1).绿树枝明燃烟尘中水溶性离子的平均总含量为(22.13±13.52)g·kg~(-1).SO_4~(2-)、Cl~-、K~+是主要组分,其平均排放因子为136.4~197.6 mg·kg~(-1).绿树枝闷燃烟尘中水溶性离子的平均总含量为(15.71±19.09)g·kg~(-1).Cl~-、SO_4~(2-)、Na~+是主要成分,其平均排放因子为298.6~869.1 mg·kg~(-1).两类树枝在每种燃烧条件下产生的烟尘中,Cl~-与K~+的含量均显著正相关.干树枝闷烧时Cl~-的排放因子与含水率显著正相关.燃烧条件、树种及含水率均对森林生物质烟尘中水溶性离子的组成及排放因子有明显的影响.这对估算大气中林火来源的污染物有参考意义.