Molecular characterization of effluent organic matter in secondary effluent and reclaimed water: Comparison to natural organic matter in source water

Municipal wastewater reclamation is becoming of increasing importance in the world to solve the problem of water scarcity. A better understanding of the molecular composition of effluent organic matter(Ef OM) in the treated effluents of municipal wastewater treatment plants(WWTPs) is crucial for ensuring the safety of water reuse. In this study, the molecular composition of Ef OM in the secondary effluent of a WWTP in Beijing and the reclaimed water further treated with a coagulation–sedimentation–ozonation process were characterized using a non-target Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry(FT-ICR MS) method and compared to that of natural organic matter(NOM) in the local source water from a reservoir. It was found that the molecular composition of Ef OM in the secondary effluent and reclaimed water was dominated by CHOS formulas, while NOM in the source water was dominated by CHO formulas. The CHO formulas of the three samples had similar origins. Anthropogenic surfactants were responsible for the CHOS formulas in Ef OM of the secondary effluent and were not well removed by the coagulation-sedimentation-ozonation treatment process adopted.     

基于Logistic方程描述的鱼食和阿特拉津共同作用对铜绿微囊藻生长的影响

在养殖水域中地表径流等可引起水域中除草剂浓度升高,威胁养殖水环境的生态平衡.为评价阿特拉津和鱼食在水环境中的生态风险,以ρ（阿特拉津）（0、5、10、20和40 μg/L）及鱼食（鱼食为MⅡ培养基中的氮、磷营养源）投加量（0.05、0.20 g;d < 0.85 mm）为变量,基于Logistic方程探讨阿特拉津和鱼食共同作用下铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的生长,并研究藻类生长对鱼食营养盐的利用.结果表明:在ρ（阿特拉津）为0~40 μg/L范围内,铜绿微囊藻生长曲线均可用Logistic方程描述（R2=0.975~0.996）;一般情况下,基于Logistic方程得到的比生长速率、增殖速率和抑制率拟合公式均可描述相应实测值的变化,相关性分析得到的拟合值与实测值相关系数（R2）分别为0.861~0.992、0.381~0.839和0.621~0.839.相同ρ（阿特拉津）下,鱼食投加量对藻细胞密度有显著影响（P < 0.05）,Logistic方程拟合得到的理论最大藻细胞密度（K）随鱼食投加量的增加而增大.相同鱼食投加量下,ρ（阿特拉津）为5~40 μg/L时对藻类生长有抑制作用,随ρ（阿特拉津）增加,抑制强度逐渐升高,藻细胞密度越低,最大藻细胞密度随ρ（阿特拉津）的增加而减小.藻细胞密度与PO₄3--P利用量之间关系可用方程N=a×△cb描述,R2为0.23~0.99;藻细胞密度与NH₄+-N利用量之间关系可用方程N=a+b×△c描述,R2为0.04~0.99;藻细胞密度与TN/TP、NH₄+-N/TN和PO₄3--P/TP的关系均可用幂函数方程N=a"xb'描述,R2分别为0.72~0.78、0.66~0.83和0.55~0.56.研究显示,Logistic方程可用于分析阿特拉津和鱼食对铜绿微囊藻生长的影响,且藻类生长与营养盐质量浓度之间存在一定的定量关系.      

铁纳米线对水中Cu2+的吸附性能及机理

为研究nZVI（纳米零价铁）材料对水中Cu2+的吸附性能,采用液相还原法合成核壳结构的nZVI,即FSCNs（铁纳米线,Fe@Fe₂O₃ core-shell nanowires）.通过批处理吸附试验研究pH、离子强度、FSCNs投加量、反应时间、初始ρ（Cu2+）、反应温度等因素对Cu2+去除率的影响,运用动力学模型、等温吸附模型和吸附热力学模型分析FSCNs对Cu2+的吸附特性,并利用SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）和XPS（X射线光电子能谱）等表征手段探讨FSCNs对Cu2+的吸附机制.结果表明:①在pH为5、离子强度为0.01 mol/L、FSCNs投加量为0.5 g/L、反应温度为318 K条件下,FSCNs对Cu2+产生的吸附容量最大,为387.6 mg/g.②FSCNs对Cu2+的吸附反应在30 min内达到吸附平衡,此时的最大吸附率可达96%;FSCNs对Cu2+的吸附更符合准二级动力学模型（R2≥0.992）,表明化学吸附可能为该反应的限制步骤;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地拟合吸附结果（R2≥0.992）;该吸附过程是自发的吸热反应〔ΔG0（吉布斯标准自由能） < 0,ΔH0（标准焓变）>0〕.③大部分Cu2+在加入FSCNs后转化为Cu、Cu₂O和CuO,被吸附在FSCNs表面,吸附、还原与共沉淀可能是FSCNs去除水中Cu2+的主要机理.研究显示,FSCNs对Cu2+的最大吸附容量为387.6 mg/g,能快速高效吸附水中的Cu2+,应用前景良好.      

FeCl3改性MOFs在低温下对Hg0的吸附性能

为提高吸附剂对Hg0（零价汞）的吸附效率,利用MOFs（金属有机框架）材料发达的孔隙结构和高比表面积（1 997.010 0 m2/g）,采用FeCl₃溶液浸渍改性,制备了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）用于脱除Hg0.在小型固定床反应器上考察了浸渍浓度、反应温度、氧含量等对Hg0去除的影响.结果表明:FeCl₃@MIL-101（Cr）在进口ρ（Hg0）为2×10-3 mg/L,c（FeCl₃）为0.2 mol/L,反应温度60℃,气体流速400 mL/min,φ（O₂）为1%的条件下,吸附穿透时间长达62 h,相应的吸附容量为14.27 mg/g.在此基础上,进一步利用BET（比表面积测试）、SEM（扫描电镜）-EDX（能量色散X射线光谱）、XRD（X射线衍射）、XPS（X射线光电子能谱）等常用表征手段研究了改性前后吸附剂的物理化学特性,证明了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）吸附零价汞是物理吸附与化学吸附共同作用的结果,含氯官能团在吸附Hg0过程中也发挥了相当大的作用,并且氧气可促进其吸附效果.最后,分析了其吸附机理.研究显示,该种吸附剂在低温条件下具有较为优良的脱汞性能,应用前景良好.      

大沽河口潮间带沉积物重金属污染特征

为了解胶州湾大沽河口潮间带沉积物重金属污染现状,2015年采集60个大沽河口潮间带表层沉积物样和2个柱状样,测试了样品的粒径及主要重金属元素含量。结果显示,大沽河口地区以黏土质粉砂为主,局部含有砂质粉砂和粉砂质砂;潮汐对粒径较大的砂、粉砂的分选性较好,对黏土的分选性较差;沉积物重金属污染程度较低,Zn、Pb、Cu、Cr、Cd、As和Hg等7种重金属元素的平均含量为30.29×10-6、29.35×10-6、80.55×10-6、69.92×10-6、0.08×10-6、0.05×10-6和8.63×10-6;表层沉积物中各金属元素与平均粒径之间有较强的负相关性;利用Hakanson潜在生态危害指数法对各金属元素的潜在生态危害程度进行了评价,结果显示大沽河口潮间带重金属污染程度整体较低,Hg为主要超标元素,近年来,该地区环境有所改善。     

2016年冬末长江口及邻近海域海气CO2交换特征分析

基于2016年3月对长江口及邻近海域的调查,剖析该海域CO₂分压及相关参数的区域分布特征,估算其海-气界面CO₂的交换通量,并探讨了源/汇分布特征背后的物理机制。研究表明,调查区域海表pCO₂变化范围为321~575 μatm,整体呈现出近岸高、离岸低的分布趋势。至冬季末期,海表pCO₂分布主要受控于低温低盐高pCO₂的河口水与高温高盐低pCO₂的东海陆架水的水团混合影响,水体垂直混合作用对海表pCO₂影响不大。长江口及邻近海域冬季整体表现为大气CO₂的弱汇,通量值为-4.43±7.41 mmol/m2/d。从区域碳汇强度看来,近岸长江冲淡水区近乎与大气保持平衡,黄东海混合水区和台湾暖流区表现为大气CO₂的中/强汇,是冬季末期海洋吸收大气CO₂的主要贡献区域。     

石墨烯负载铁锰氧化物活化过一硫酸盐降解金橙G

利用水热法制备了rG-MnFe_2O_4活化剂,通过TEM、XRD、FT-IR、Raman等手段对活化剂进行了系统表征,通过其对偶氮染料OG的降解实验评价了rG-MnFe_2O_4活化PMS的效果,同时考察了PMS浓度、rG-MnFe_2O_4投加量、初始pH、Cl~-浓度对OG降解效果的影响.结果表明,当rG-MnFe_2O_4投加量为0.3 g·L-1,n(PMS)∶n(OG)=40∶1时,rG-MnFe_2O_4活化PMS的效果显著,反应27 min时,OG降解率为100%,并且随PMS浓度、rG-MnFe_2O_4投加量的提高,OG降解效率明显增加.初始pH对OG降解有较大影响,pH=5.00时效果最好.Cl~-对活化降解OG具有促进作用,Cl-浓度越高,OG降解得越快.r G-MnFe_2O_4在重复使用5次时仍具有较好活化性能.通过紫外可见光谱和气相色谱-质谱(GC/MS)对OG降解过程进行分析,表明OG分子中的萘环结构和偶氮键均被破坏,并检测出主要降解产物有对硝基苯酚和邻苯二甲酸;且rG-MnFe_2O_4/PMS降解体系对染料OG具有一定的矿化率.     

铅锌尾矿砂污染下的岩溶土壤微生物群落碳源代谢特征

以广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染的水稻田、玉米地、柑橘园以及对照(旱地)土壤为研究对象,采用碳素利用法和18S rRNA变性梯度凝胶电泳技术探究岩溶区重金属污染下土壤微生物群落碳源代谢特征以及土壤真菌与土壤有机碳的交互关系.结果表明,广西阳朔思的村铅锌矿尾砂污染区土壤重金属总体含量(Pb、Zn、Cu、Cd)依次为:水稻田玉米地柑橘园对照;同时地累积综合指数显示该区重金属污染以Pb、Cd为主,其中Cd带来的环境风险最高.受Pb、Zn、Cu、Cd等重金属复合污染物影响,土壤微生物生物量碳、微生物熵和碳源代谢速率表现出随总体重金属质量分数增加而降低的变化规律,但土壤总有机碳质量分数却表现为:水稻田对照柑橘园或玉米地.DGGE结果进一步显示对照组土壤存在担子菌门多孔菌目Pycnoporus sp.ZW02.30,柑橘园和玉米地土壤存在镰刀菌属Fusarium solani和Fusarium oxysporum以及柑橘园土壤存在青霉属Penicillium decumbens.然而,上述参与淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等糖类降解过程的真菌没有在水稻田土壤检出.加之,水稻田土壤微生物功能多样性指数和微生物熵最低而土壤有机碳质量分数最高,说明铅锌尾矿砂通过影响不同样地土壤微生物糖类代谢过程,进而调节土壤碳在微生物特别是真菌作用下的矿化速率.     

周村水库主库区水体热分层形成过程中沉积物间隙水DOM的光谱演变特征

运用三维荧光光谱(EEMs)技术结合平行因子分析法(PARAFAC)以及紫外-可见光谱技术,对周村水库热分层形成过程中沉积物间隙水中溶解性有机物(DOM)的垂向分布及光谱特性进行分析.结果表明:周村水库沉积物间隙水DOM的紫外-可见吸收光谱吸收系数的变异系数在-400%~400%之间,表明其性质在不同深度上存在差异; E2/E3变化说明随着热分层的形成,富里酸所占DOM的比例也随之升高; E3/E4 3. 5以及SR 1表明DOM为生物源,以富里酸为主;荧光光谱中出现了类富里酸峰(C1、C3)、类蛋白峰(C2、C5)和类腐殖酸峰(C4、C6);类富里酸以及类蛋白是DOM的主要构成组分; DOM总荧光强度、各组分荧光强度随着热分层形成过程呈下降趋势,垂向间和采样点的分布差异明显;热分层形成过程中水库沉积物间隙水的高BIX、FI、β:α以及低HIX,表明沉积物间隙水DOM以生物活动的内源为主,具有低腐殖化,强自生源特征.     

不同运行策略下厌氧氨氧化的脱氮性能

采用厌氧氨氧化反应器(ASBR)处理模拟生活污水,考察低基质比、降温方式及pH对系统脱氮性能的影响.结果表明,温度为30℃时,控制进水NO_2~--N浓度为(30±0.2)mg·L~(-1),基质比(NO_2~--N/NH_4~+-N)由0.9升至1.4,系统NH_4~+-N和NO_2~--N去除率均值分别从54.4%和65.3%升至95.8%和92.5%;当基质比继续升高至1.6时,NH_4~+-N去除率基本不变,而NO_2~--N去除率降至54.6%,即基质比接近理论值1.32时,其厌氧氨氧化脱氮性能较强.当反应温度一次性从30℃降低至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率由97.5%和98.5%分别降至35.2%和40.1%,当采用阶梯式降温方式(30℃→25℃→20℃→15℃)时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别由97.7%和98.6%逐渐降至52.7%和62.4%.控制NO_2~--N/NH_4~+-N为1.4,逐步升高pH由7.7至8.5时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率先增大后减小,当pH为8.3时系统脱氮性能最佳.