Predicting China's cultivated land resources and supporting capacity in the twenty-first century

In recent years, China's cultivated land has been shrinking, a change which has become one of the potential challenges to national sustainable development and global food security. In our research, we have predicted China's cultivated land resources for the next 50 years, based on scrutiny of systematic data and analyses of the loss of cultivated land. We have also designed an indicator of cultivated land equivalent per capita (CLEPC) to assess the capacity of cultivated land to support our population. The results show that China's cultivated land will decline to a minimum of 113.31 million ha between 2001–2010, while cultivated land per capita will decline from 0.101 ha to 0.083 ha. After 2010, the area of cultivated land will begin to increase slowly to 118.98 million ha in 2050. However, cultivated land per capita will still decline to 0.079 ha between 2010–2030; after 2030, it will start to increase and reach 0.085 ha in 2050. In contrast to the total area and per capita area of cultivated land, the CLEPC will remain at 0.101 ha between 2001–2010, and then increase to 0.156 ha in 2050. Overall, there will be increasing stress on China's cultivated land during the next two or three decades. Although the supporting capacity of cultivated land may not decline obviously with improvement in agricultural technology and infrastructure, China has to make great efforts to reduce the loss of cultivated land and to improve its productivity to ensure food security in the near future.     

生活垃圾渗滤液对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响研究

通过厌氧毒性实验、恢复实验和特征毒性模拟实验,研究了生活垃圾渗滤液对厌氧颗粒污泥微生物产甲烷活性的影响。结果表明,1 000 mg/L氨氮浓度下产甲烷活性均大于85%,说明相应氨氮浓度范围,垃圾渗滤液基质对厌氧颗粒污泥的微生物没有明显抑制作用。恢复实验后活性得到完全恢复,属代谢毒性。模拟废水氨氮浓度大于1 000 mg/L浓度时,开始出现抑制;氨氮浓度大于3 000 mg/L时,有明显抑制,产甲烷活性下降32.1%;相同氨氮浓度下,渗滤液最大活性区间滞后于模拟废水,产甲烷活性也小于模拟废水,存在除氨氮以外的毒性物质的影响。     

成都市区、城郊和农村生活垃圾重金属污染特性及来源

以快速发展的城郊地区为切入点,研究了成都市区、城郊和农村三区冬夏两季生活垃圾的物理组成、重金属污染特性和来源。研究发现,成都地区生活垃圾重金属浓度普遍高于当地土壤背景值,且呈现出夏季高于冬季的趋势。无论冬夏,三区垃圾中最主要的污染重金属均为Se(0.3~1.1 mg/kg)、Cd(0.3~0.9 mg/kg)和Cu(24.9~152.6 mg/kg),而其他重金属污染物如Pb、Hg和Cr在三区垃圾中的污染强弱顺序差异较大。通过Pearson相关性分析以及测定垃圾主成分中重金属浓度来研究重金属污染物的来源,结果显示:三区生活垃圾中Cd主要源于餐厨、尘土和塑料,Se可能源于废弃的电子产品,Cu和Zn源于尘土和包装纸;市区垃圾中的Pb主要源于尘土、塑料和包装纸;城郊垃圾中Cr、Se的主要源于尘土,而Hg主要来源于餐厨和尘土。     

基于MOVES的轻型车颗粒物排放来源和特征分析

利用实测数据对MOVES模型进行本地化修正,测算了轻型车颗粒物的排放来源以及粒径、组分构成特征。分析结果表明,全部颗粒物中,轻型汽油车的非尾气排放PM10所占比例为72.70%,PM2.5为42.64%;轻型柴油车非尾气排放PM10所占比例为40.78%,PM2.5为15.41%。2种燃油车辆的尾气排放颗粒物主要来源于尾气管排放,粒径集中在0~2.5 μm;而非尾气排放颗粒物主要来源于刹车磨损,粒径集中在2.5~10 μm。轻型汽油车的尾气排放颗粒物主要组分为有机碳,轻型柴油车则为元素碳和有机碳。进一步分析不同速度下颗粒物排放变化发现:轻型车非尾气排放颗粒物随行驶速度的增大而降低,而尾气排放颗粒物则随速度的增大先降低后升高;非尾气排放颗粒物占全部颗粒物比例随速度的增大先升高再降低;全部颗粒物中PM2.5的比例则随速度的增大先降低后升高。     

规模化猪场粪污废水生物聚沉氧化新工艺及其生产性实验效果研究

针对我国猪场粪污废水现行厌氧-好氧活性污泥法处理模式达标难度大、运行成本高的问题,研发出生物聚沉氧化新工艺（bio-coagulation dewatering followed by bio-oxidation, BDBO)。在广东惠州某5万头猪场构筑了采用该工艺的实际工程,通过现场采样,详细分析新工艺各个单元的污染物,包括化学需氧量（COD）、氨氮、总氮（TN）和总磷（TP）的变化情况,研究了新工艺对猪场粪污废水的处理效果及机制。结果表明,在水力停留时间（HRT）仅为2.5 d的新工艺系统中,猪场粪污原水（进水）的COD、氨氮和TP分别为（11 697±1 484）、（837±25）、（532±97）mg·L-1,处理出水水质分别为（273±58）、（44±9）、（4.5±1.0）mg·L-1,总去除率分别达到了97.7%、94.7%、99.2%,出水远优于广东省地方畜禽养殖业污染物排放标准（DB 44/613-2009）。运行成本大约6元·t-1,比原常规处理系统（采用生化处理+物化处理组合工艺）出水水质更好,成本约为原处理系统的1/2~1/3,并同步解决了污泥的深度脱水问题。研究发现新工艺可相对快速处理达标并且成本相对较低,其机制在于废水进入常规生化系统（A2/O）之前,高效去除了悬浮颗粒物（SS）,使得以SS形式存在的COD、P和部分N被大幅度削减。新工艺解决了目前猪场废水处理时间长、难达标（尤其是氨氮）、运行成本高的难题。     

废旧手机电路板酸性硫脲浸金过程动力学

废旧手机是一种典型电子废弃物,手机电路板中含有较高含量的贵金属,而金的回收是废旧手机资源化研究的热点。以硫脲为络合剂、硫酸铁为氧化剂、硫酸为调节剂,在pH为1.5、固液比为1:30、硫酸铁质量分数为0.3%的条件下,分别考查了硫脲浓度、反应温度、浸出时间等因素对酸性硫脲浸出废旧手机电路板中金的影响,采用核收缩模型探讨了酸性硫脲浸金体系浸出过程表观动力学,结果表明,酸性硫脲浸金过程的总体控制步骤为固体产物层扩散控制,其浸出过程动力学方程为1-2/3η-(1-η)2/3=KDt,硫脲浓度的反应级数为一级反应,该浸出过程表观活化能Ea=19.378 kJ/mol。由此推断,在酸性硫脲浸金体系中通过提高反应温度或通过增加硫脲浓度的途径来提高金的浸出率是有限的。     

生物塘-人工湿地工艺去除农田灌溉水中镉污染的效果

通过野外大田试验,探讨了生物塘-人工湿地工艺去除农田灌溉水中Cd污染的效果,并进一步分析了水力停留时间对Cd净化效果的影响及净化效果的日变化规律。结果表明:试验区灌溉水中全量Cd平均浓度为13.92 μg/L,是GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》中Cd浓度限值的1.39倍,且以溶解态Cd为主,约占77.8%;经生物塘-人工湿地工艺处理后全量Cd平均去除率为42.0%,出水达标天数率为85.2%;组合工艺的Cd去除率随水力停留时间的延长呈先升高后降低趋势,最佳停留时间约为19 h;生物塘和人工湿地的Cd去除率日变化规律均呈早晚低、中午高的单峰曲线,Cd最大去除率出现在13:00左右。     

磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂吸附Cu2+

以膨润土、壳聚糖、Fe3O4为原料,制备了在外加磁场作用下能实现快速固液分离的磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂.利用SEM、XRD、VSM、FTIR等分析手段对复合吸附剂的形貌及微观结构进行了表征.通过静态吸附实验研究了复合吸附剂对Cu2+的吸附性能,探讨了溶液初始pH值、吸附剂投加量、吸附时间和吸附温度等对Cu2+吸附效果的影响.结果表明,壳聚糖和Fe3O4均已负载到膨润土上.复合吸附剂吸附Cu2+的效果随溶液pH值和吸附剂投加量的增加而增加,并最终趋于稳定;当吸附剂投加量为7.2 g/L、pH值为6、Cu2+初始浓度为30 mg/L时,Cu2+的去除率可达98.5%.吸附动力学和吸附等温线数据分别较好地符合准二级动力学模型和Langmiur吸附等温模型.热力学参数表明,吸附是自发、吸热的过程.     

诱导结晶法去除地下水中氟离子

针对现行高氟地下水处理工艺中存在的工艺复杂、运行管理困难等问题,提出采用诱导结晶法除氟。其技术核心是在高氟水中投加氟磷灰石作为晶种,并投加磷酸盐和钙盐使水中氟离子在晶种表面生成氟磷酸钙（Ca10（PO4） 6F2）结晶。通过单因素实验得出最佳工艺条件：投加8g/L氟磷灰石,并投加NaH2PO4和CaCl2,使钙离子、磷酸根离子和氟离子的摩尔比为10：5：1,搅拌速度为100 r/min,反应时间1 h。反应中磷酸根离子和钙离子的利用率分别达到98%和25%以上。电子扫描显微镜（SEM）表征晶种在参与反应后,表面有结晶生成。研究表明,采用诱导结晶法可将水中氟离子浓度从5~10 mg/L降至1 mg/L以下,达到饮用水水质标准。     

Fabricating Fe3O4-schwertmannite as a Z-scheme photocatalyst with excellent photocatalysis-Fenton reaction and recyclability

Here we reported an effective method to solve the rate-limiting steps, such as the reduction of Fe³⁺ to Fe²⁺ and an invalid decomposition of H₂O₂ in a conventional Fenton-like reaction. A magnetic heterogeneous photocatalyst, Fe₃O₄-schwertmannite(Fe₃O₄-sch) was successfully developed by adding Fe₃O₄ in the formation process of schwertmannite. Fe₃O₄-sch shows excelle...