Enhanced methane production in an anaerobic digestion and microbial electrolysis cell coupled system with co-cultivation of Geobacter and Methanosarcina

The anaerobic digestion(AD)and microbial electrolysis cell(MEC)coupled system has been proved to be a promising process for biomethane production.In this paper,it was found that by co-cultivating Geobacter with Methanosarcina in an AD–MEC coupled system,methane yield was further increased by 24.1%,achieving to 360.2 m L/g-COD,which was comparable to the theoretical methane yield of an anaerobic digester.With the presence of Geobacter,the maximum chemical oxygen demand(COD)removal rate(216.8 mg COD/(L·hr))and current density(304.3 A/m_3)were both increased by 1.3 and 1.8 fold compared to the previous study without Geobacter,resulting in overall energy efficiency reaching up to 74.6%.Community analysis demonstrated that Geobacter and Methanosarcina could coexist together in the biofilm,and the electrochemical activities of both were confirmed by cyclic voltammetry.Our study observed that the carbon dioxide content in total gas generated from the AD reactor with Geobacter was only half of that generated from the same reactor without Geobacter,suggesting that Methanosarcina may obtain the electron transferred from Geobacter for the reduction of carbon dioxide to methane.Taken together,Geobacter not only can improve the performance of the MEC system,but also can enhance methane production.     

潮白河流域1980—2013年平均水平衡特征研究

论文采用潮河、白河流域1980—2013年间气象、水文资料,基于水热耦合模型方法,分析了潮河、白河流域水循环要素相应于不同土地覆被类型结构变化和水平衡的特征。通过对未来10 a流域下垫面状况的预估,预测了未来变化环境条件下流域径流量的变化情况。研究对预测潮白河流域水资源变化特征、确保密云水库水资源安全具有重要意义。研究结果显示:该模型在潮、白河流域适用;在现有下垫面资料的基础上,利用林地面积和草地流域下垫面参数相结合的方法,对潮河流域和白河流域未来下垫面的变化分别做出了11种预测情景,并在11种情景的基础上预测两流域的未来10 a径流变化,结果显示潮河流域的径流深在26.47~53.55mm范围内波动,而白河流域的径流深在17.57~41.53 mm范围内变动。研究的创新点为,在对未来下垫面状况预测的基础上,利用水热耦合模型预测流域未来的可能径流状况。     

海南岛近岸海域贝类中的麻痹性贝类毒素

为了弄清海南岛近岸海域麻痹性贝类毒素(paralytic shellfish poison,PSP)的污染状况,于2010年12月至2011年9月间,在海南岛近岸海域设立了5个采样点,采集了14种贝类共95份样品,用小白鼠生物法和高效液相色谱法对样品进行PSP的毒性测定和毒素分析。结果显示,海南岛海域贝类软组织中PSP含量普遍较低,最高检出毒力值为3.576 Mu/g,低于我国目前暂定的4 Mu/g警戒值,检出率为11.58%;贝类中PSP的检出率季节性变化显著,以冬季最高,达62.5%,夏末次之,为3.26%,春季和夏初均未检出PSP。另外,贝类中PSP毒素污染状况也具有明显的地理分布差异,产于陵水、文昌海域的贝类中毒素检出率较高。主要染毒贝类为近江牡蛎(Crassostrea rivularis)、细纹卵蛤(Pitar striata)、白织纹螺(Nassarius coronatus)、翡翠贻贝(Perna viridis)和栉江珧(Atrina pectinata)。经高效液相色谱荧光检测法分析染毒的贝样发现,贝类中含有11种PSP成分,分别为GTX4、GTX1、C1、C2、NEO、STX、dcGTX2、dcGTX3、GTX3、GTX2和dcSTX,其中,GTX1,GTX4,C1,C2检出率分别为90.9%,100%,81.8%和81.8%,为染毒贝类中的主要毒素成分。     

地下水位和土壤温度对若尔盖泥炭地CH4排放的影响

为了深入分析环境因子对湿地CH₄排放产生的影响,利用中型试验生态系对若尔盖典型泥炭地开展地下水位和土壤温度控制试验,比较不同条件下泥炭地2012年生长季(5—10月)CH₄排放通量的月变化情况. 结果表明:高水位(土壤表面0 cm)下CH₄排放通量最高,中水位(地表以下10 cm)下次之,低水位(地表以下20 cm)下最低;其中,10月CH₄排放通量变化不明显,不同地下水位下泥炭地的CH₄排放通量均在7月达到最大值,并且均呈明显的单峰曲线,高、中、低地下水位下CH₄排放通量平均值分别为6.263 3、4.754 4和3.949 8 mg/(m2·h). 而且,在一定温度范围内,不同地下水位条件下CH₄排放通量随土壤温度的升高均呈指数式增长. 其中,高水位下CH₄排放通量对土壤温度变化最为敏感,中水位下次之,低水位下相对最不敏感. 研究显示,若尔盖泥炭地CH₄排放通量表现出明显的季节性变化差异,并且季节性升温和涨水均会促进CH₄排放通量的增加.      

不同后处理器对DMCC发动机PM排放的影响

在一台整车排放达到国Ⅲ标准的YC4D140电控单体泵增压中冷柴油机上加装甲醇喷射系统,改成柴油甲醇组合燃烧(DMCC)发动机.使用AVL 415S烟度计和DMS 500快速颗粒物光谱仪研究不同后处理器对DMCC发动机颗粒物(PM)排放的影响.试验结果表明,各工况下单独CDPF、DOC+CDPF基本可以消除发动机产生的干炭烟.DOC+CDPF后处理方式与单独CDPF相比,颗粒物捕集效率明显提高,且前者对颗粒物中核态部分的捕集效果更加突出.甲醇掺烧后,炭烟和颗粒物几何平均直径降低.经CDPF和DOC+CDPF处理,415S烟度计测得的炭烟进一步降低;DMS颗粒物光谱仪显示的颗粒物粒径,因其中核态部分大部被氧化捕集而仅余较大几何平均直径的部分.小负荷时经CDPF和DOC+CDPF处理,颗粒物的几何平均直径会增大,大负荷时则相反.各工况下相比于CDPF,DOC+CDPF对核态颗粒物捕集更有效.     

液相色谱-串联质谱法检测甲醛暴露产生的两种DNA加合物

针对两种甲醛-DNA加合物,N~6-羟甲基腺嘌呤(N~6-HOMe-d A)和N2-羟甲基鸟嘌呤(N_2-HOMe-d G),本实验室建立了基于液相色谱串联质谱的分析方法,以便从DNA分子水平上探讨甲醛暴露对DNA的损伤作用机理,其中[~(15)N_5]N~6-Me-d A和[~(13)C_(10)~(15)N_5]N_2-Me-d G为内标;液相分离所用色谱柱为Thermo Polar Advantage II C_(18);方法的精密度较好(RSD5%)、灵敏度较高(检出限分别为0.014和0.0064 ng·m L~(-1))、回收率良好(94.9%~111%).后用小牛胸腺DNA进行体外染毒实验,设置甲醛染毒的浓度梯度(0.001,0.01,0.05,0.1,0.5和1 mmol·L~(-1))和染毒时间组(0、2、4、8、12、16、24 h),利用建立的LC-MS/MS方法检测了DNA中N~6-HOMe-d A和N_2-HOMe-d G的含量.结果表明,两种甲醛-DNA加合物N~6-HOMe-d A和N2-HOMe-d G的量与甲醛暴露存在剂量-反应和时间-反应关系.     

不同模式对珠三角地区细颗粒物污染模拟效果对比评估

运用CAMxv5.4、CMAQv4.7.1、CMAQv5.0.2(AEOR5)和CMAQv5.02(AEOR6)模拟2013年12月珠三角地区空气质量,并对比评估不同模式、不同模式版本、不同气溶胶机制在PM_(2.5)模拟上的表现.各模式在PM_(2.5)的模拟上均表现良好,呈现出合理且相似的时空特征,在市区和非超标时段CAMx模式表现最优,而在郊区和超标时段则不存在表现最优的模式.CMAQ系列模式在市区和郊区、超标时段和非超标时段均表现相似,CMAQ4模式表现均优于CMAQ5系列模式,而CMAQ5AE6模式在反映PM_(2.5)的浓度水平的能力上强于CMAQ5AE5模式,但在重现PM_(2.5)小时浓度变化趋势的能力上却劣于CMAQ5AE5模式.边界条件是不同模式PM_(2.5)模拟差异的主要来源之一,且在超标时段边界条件对PM_(2.5)模拟效果的影响大于非超标时段.此外,CAMx模式与CMAQ5AE5模式之间硫酸盐、硝酸盐和有机颗粒的差异导致了其PM_(2.5)模拟表现上差异,CMAQ4模式与CMAQ5AE5模式之间硫酸盐、硝酸盐和铵盐等无机盐组分的差异是导致其PM_(2.5)模拟差异的主要原因,硝酸盐和铵盐的差异是CMAQ5AE5模式与CMAQ5AE6模式之间PM_(2.5)模拟差异的主要因素.     

双向微槽道多孔复合结构沸腾传热研究

目的研究出新型的表面结构,以提高沸腾传热强化。方法在紫铜板上烧结铜粉多孔层,然后利用线切割对多孔层进行开槽。研究槽道参数包括槽数、槽宽、槽间距和槽向等对沸腾传热效果的影响。结果开槽增大了传热的表面积,有利于气体逸出,减少气体的逸出阻力,从而多孔表面开槽强化了沸腾传热效果,传热系数与光滑表面相比可提高2~3倍。与单向微槽道相比,双向交叉槽道有着更好的传热效果,能够形成一个稳定的液体补充和气体逸出网络。结论在多孔表面加工微型复合结构,能够大幅度提高沸腾传热强化。     

Bi2O3-TiO2复合光催化剂协同处理铬-邻苯二甲酸酯复合污染

以硝酸铋和钛酸丁酯为前驱体,采用水热法制备了Bi_2O_3-TiO_2复合半导体材料,并利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UVVis)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对复合材料的结构进行了表征.同时,考察了Bi_2O_3-TiO_2复合材料对重金属Cr(Ⅵ)和难降解邻苯二甲酸二丁酯(DBP)复合污染的处理性能,并探讨了复合催化剂协同处理复合污染的作用机制.结果表明:该复合催化剂在可见光下能同时降低重金属Cr(Ⅵ)和有机物DBP的浓度,抑制电子和空穴复合,表现出比对单一Cr(Ⅵ)及DBP污染物更高的处理效率.当Bi_2O_3含量为4%时,复合催化剂表现出最佳的光催化活性.     

珠江三角洲新垦大气核化速率研究

计算了珠江三角洲新垦地区的大气核化速率,对核化机制及核化速率计算的影响因素进行了分析. 基于PRIDE-PRD2004观测实验期间新垦站点的气溶胶数浓度谱分布观测数据,计算出3 nm粒子的表观形成速率. 根据表观形成速率与核化速率之间的关系式,分析了1 nm粒径临界核的大气核化速率. 结果表明,新粒子事件期间3 nm粒子的表观形成速率为7.2～9.4 cm^-3·s^-1,1 nm临界核的大气核化速率为7.65×10²～1.14×10⁵ cm^-3,与前体物硫酸蒸气浓度比较一致,气态硫酸应是主要的核化前体物. 新垦地区背景气溶胶中积聚模态对碰并汇贡献较大,事件期间气溶胶数浓度变化对核化速率计算结果影响不大. 本研究获取了新垦核化速率信息,有助于进一步了解核化机制. 由于成核临界粒径的不确定性对核化速率计算结果影响很大,确定成核临界粒径对核化速率计算十分重要.