海水淡化集成技术的相关研究

为了降低海水淡化的成本和能耗,对海水淡化的集成工艺进行相应研究。海水淡化集成技术主要分为两种形式:一是不同海水淡化工艺的集成,二是能源和海水淡化的集成。首先介绍了海水淡化工艺的相关集成技术,包括热法与热法集成、膜法与膜法集成、热法与膜法集成、预处理工艺与海水淡化的集成工艺;其次介绍了各种新能源与海水淡化耦合方式、代表工程及研究现状,最后对海水淡化集成技术的优化提出建议。     

Evolutionary processes and sources of high-nitrate haze episodes over Beijing, Spring

Rare and consecutive high-nitrate haze pollution episodes were observed in Beijing in spring2012. We present detailed characterization of the sources and evolutionary mechanisms of this haze pollution, and focus on an episode that occurred between 15 and 26 April. Submicron aerosol species were found to be substantially elevated during haze episodes, and nitrates showed the largest increase and occupation(average: 32.2%) in non-refractory submicron particles(NR-PM_1), which did not occur in other seasons as previously reported. The haze episode(HE) was divided into three sub-episodes, HEa, HEb, and HEc. During HEa and HEc, a shallow boundary layer, stagnant meteorological conditions, and high humidity favored the formation of high-nitrate concentrations, which were mainly produced by three different processes —daytime photochemical production, gas-particle partitioning, and nighttime heterogeneous reactions — and the decline in visibility was mainly induced by NR-PM_1.However, unlike HEa and HEc, during HEb, the contribution of high nitrates was partly from the transport of haze from the southeast of Beijing — the transport pathway was observed at ~800–1000 m by aerosol Lidar —and the decline in visibility during HEb was primarily caused by PM_(2.5). Our results provide useful information for air quality improvement strategies in Beijing during Spring.     

北京秋冬季有机碳和元素碳(黑碳)测试结果的细节研究

长期以来,对碳气溶胶的定量研究主要关注OC（有机碳）、EC（元素碳）或BC（黑碳）的整体测定结果,很少有对测定结果细节特征的深入解读.为全面掌握和利用仪器分析结果包含的科学信息,使用热光法IMPROVE_A协议（model 2001A）测定了2015年10月（秋季）和2016年1月（冬季）北京市PM_2.5中的ρ（OC）和ρ（EC）,使用光学法（黑碳仪AE31）测定了相应的ρ（BC）.结果表明:① ρ（OC）和ρ（EC）的秋季平均值分别为8.59、3.89 μg/m3,冬季分别为16.45和6.19 μg/m3,冬季明显高于秋季;② 热光法测定结果显示,秋季样品中ρ（OC₁）/ρ（OC）的平均值为0.08±0.04,而冬季则升至0.22±0.05,这可能与冬季较高的挥发性有机物（VOCs）排放及低温带来的冷凝效应有关;③ 七波长黑碳仪测定结果显示,在秋季,紫外波段（370 nm）测定的BC当量[ρ（BC370）]与红外波段（880 nm）测定的BC标准量[ρ（BC880）]的比值[ρ（BC370）/ρ（BC880）]为1.05±0.11,说明棕色碳（BrC）的吸光影响非常弱,而冬季该比值升至1.47±0.11,升幅达40%;④ 结合两种方法对强吸光碳的测定结果,发现ρ（BC）/ρ（EC）与ρ（PM_2.5）的变化趋势一致,证明污染程度加重会带来EC内混合比例上升,因而提高其吸光能力,使黑碳仪测得的ρ（BC）上升.然而,进一步考察表明,这种上升是有限度的,当ρ（PM_2.5）达到50~70 μg/m3时,ρ（BC）/ρ（EC）进入"平台状态",秋季"平台值"约为1.05,冬季约为0.55.研究显示,仪器的测定结果包含大量被忽略的信息,对其细节的深入解读有利于更好地了解碳气溶胶的综合特征.      

土壤中多环芳烃微生物降解能力模拟

为了揭示微生物菌种(组合)对土壤中PAHs(多环芳烃)降解率的影响以及不同类型PAHs抗微生物降解能力的差异,分析了北京市6个不同环境功能区土壤中微生物种类及其分布特征,从中筛选出部分微生物菌种对典型PAHs和原油进行降解模拟试验,对比分析微生物对不同PAHs降解能力的差异.结果表明:① 不同菌种组合对PAHs的降解能力存在明显差异,与假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌混合菌相比,假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌和微杆菌混合菌对PAHs的降解率高0.6%~4.5%;② 在相同降解条件下,不同PAHs的降解率存在明显差异,在单体培养基中,LMW PAHs(低环数PAHs)的降解率在25.3%以上,而HMW PAHs(高环数PAHs)的降解率都小于20.1%;③ 在单体培养基与混合培养基中PAHs的降解能力也存在一定差别,单体培养基中PAHs的降解率较混合培养基中高4.2%~26.6%;④ 无论在单体培养基中,还是混合培养基中这些化合物的降解率均存在随着降解时间的增加而增大的现象;⑤ 在原油培养基中不同PAHs的降解率更为复杂,并且出现了中低分子量PAHs降解率随降解时间增加反而降低的假象,这可能是由于随着时间增加,微生物对PAHs的降解能力加强,原油中含烷基的PAHs基团降解或HMW PAHs被微生物降解产生LMW PAHs中间产物造成.研究显示,假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌和微杆菌对HMW PAHs和LMW PAHs均有明显的降解效果,但不同PAHs的降解率存在明显的差异,即使是同一单体化合物,在单体培养基、混合培养基和原油培养基三种不同的降解条件下,其降解率也具有不同程度的差别.      

BS-CTMAB复配修饰膨润土的稳定性

为了探究两性阳离子复配修饰膨润土的解吸稳定性,采用阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)对两性表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰后的膨润土进行复配修饰,批处理法研究Na Cl溶液解吸下的土样稳定性,并对比温度、p H和盐溶液浓度对解吸的影响.结果表明:在相同BS-12修饰比例下,BS-CTMAB复配修饰膨润土的稳定性随CTMAB复配修饰比例的增加而减小;在相同CTMAB的修饰比例下,100%BS复配的土样相比50%BS稳定性更佳.解吸液p H和Na Cl溶液浓度的升高、温度的降低均促进土样稳定性增强;Na Cl溶液浓度、温度和p H值对BS-CTMAB复配修饰膨润土稳定性影响呈现为Na Cl溶液浓度最大,温度次之,p H值最小;100%BS+CT复配土样的解吸稳定性最好.     

部分还原氧化石墨烯-Fe3O4对水中Cd (Ⅱ)的吸附性能及机理

当前,治理可溶性重金属污染是环境保护的迫切任务.以氧化石墨烯(GO)和铁盐为前驱体,一步合成了部分还原氧化石墨烯-Fe_3O_4复合材料(rGO-Fe_3O_4),探索其作为Cd(II)高效吸附剂的潜力.同时,采用多种手段表征吸附剂结构和特性,重点研究了吸附剂对Cd(Ⅱ)的吸附特性和动力学.结果表明,在吸附剂中,纳米Fe_3O_4颗粒均匀地锚在石墨烯片层之间,避免了片层团聚,赋予其优良的吸附性能.在中性溶液中,使用rGO-Fe_3O_4(500 mg·L~(-1))吸附200.09 mg·L~(-1)Cd(II),5 min即可达到吸附平衡,吸附率和吸附量分别为90.88%和363.99 mg·g~(-1).另外,磁分离回收吸附剂仅需10 s,且循环吸附性良好.进一步研究显示,复合材料对Cd(II)的吸附为吸热、自发的化学吸附,过程受化学吸附和液膜扩散控制.     

基于不同接种污泥复合型厌氧氨氧化反应器的快速启动特征

为获得快速启动厌氧氨氧化的最佳污泥源及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成工艺,采用本实验室自主研发复合型CAMBR反应器(厌氧折流板反应器(ABR)+膜生物反应器(MBR),分别接种厌氧颗粒污泥(R1)和絮状反硝化污泥(R2),考察不同接种污泥的厌氧氨氧化启动特征和颗粒化程度.结果表明,R1与R2反应器分别耗时45 d和60 d均成功快速启动厌氧氨氧化,其启动过程均可分为活性停滞期、活性提高期、活性稳定期3个阶段,但每个阶段氮素的去除规律略有不同,稳定运行期内,R1和R2反应器内NH_4~+-N和NO-2-N的平均去除率均高达95%以上;此外,R1反应器中形成了直径0.8~1.6mm为主的厌氧氨氧化红色颗粒污泥,R2反应器则以不规则块状和絮状为主,颗粒化程度较低,两个反应器内均可观察到红色颗粒污泥上浮现象;稳定运行期内NH_4~+-N、NO-2-N和NO_3~--N之间的定量关系分析表明:R1反应器内可能存在着硝酸盐型厌氧氨氧化,致使NH_4~+-N过量转化,R2反应器内则为典型亚硝酸盐型厌氧氨氧化.     

龟石水库夏季富营养化状况与蓝藻水华暴发特征

龟石水库是贺州市主要的饮用水源,2014年夏季第一次暴发大规模的蓝藻水华.本研究通过分析水体的富营养化时空变化规律、外源污染来源以及浮游藻类群落结构动态变化特征,进而评价水体的富营养化状况,并提出合理的防控措施.结果表明,水库的氮磷浓度逐年升高,TN含量已远超过地表水Ⅱ类标准,部分样点的TP含量也超过Ⅱ类标准,且主要来源为规模化养殖和农业面源污染.水华期间浮游藻类细胞密度变化范围为8.60×10~6~5.36×10~8cells·L~(-1),水华优势种为惠氏微囊藻,密度最高达到5.36×10~8cells·L~(-1)以上,叶绿素a浓度最高为74.48μg·L~(-1),惠氏微囊藻细胞密度随时间推移呈现逐渐降低的趋势,并且垂直方向集中分布在表层及水下2 m处.水华期间浮游藻类总细胞密度与TN、TP、NO_3~--N和高锰酸盐指数呈现显著正相关,与透明度呈显著负相关.微囊藻毒素监测结果表明龟石水库水质未受到微囊藻毒素的污染.综合分析,对于中营养水平的龟石水库而言,蓝藻水华的防控既要关注气候和气象条件,更要尽量削减氮、磷营养盐入库量,维持较低营养盐水平是防范蓝藻水华的关键.     

nZVI/AC复合材料对水中锑的去除

利用液相化学沉淀法制备纳米零价铁/活性炭(nZVI/AC)复合材料,通过XRD、XPS、SEM、BET等表征手段对复合材料的结构、形貌、理化特征等进行分析,进一步考察了反应体系、nZVI负载量、初始pH、投加量等对除锑效果的影响,并对其去除机制进行了探讨.结果表明,液相化学沉淀法可成功制备nZVI/AC复合材料;在N_2氛围下,15%nZVI/AC投加量为0.2 g·L~(-1),初始pH为7.5(原水pH),反应2 h后,Sb(Ⅴ)的去除率达到76.2%,出水浓度仅为23.8μg·L~(-1);去除机制研究结果表明,Fe~(2+)在该体系去除Sb(Ⅴ)中起着主要的作用,是反应过程中的主要活性物质,结合反应前后nZVI/AC表面Sb元素分析,去除过程主要依靠Fe(0)和Fe~(2+)的还原作用,将Sb(Ⅴ)还原成Sb(Ⅲ),并通过吸附作用去除.     

高效反硝化菌和包埋填料性能及微生物群落分析

为考察高效反硝化细菌及其包埋填料对低温、低底物浓度的适应性和恢复性,实验采用2个条件(适宜、不利)、3个阶段(D_1、D_2、D_3),探究二者的反硝化能力,即:将初始适宜条件下培养的高效反硝化细菌[300 mg·(L·h)~(-1)]置于不利条件下运行(D_1),反硝化性能稳定后将其包埋,仍置于不利条件下运行(D_2),90 d后恢复到适宜条件(D_3).结果表明分别经过17d和16 d的运行,反硝化细菌和包埋填料在D_1、D_2阶段的速率最终稳定在5.4 mg·(L·h)~(-1)、4.8 mg·(L·h)~(-1),说明细菌及其包埋填料能够适应低温、低底物的不利条件;在D_3阶段发现,经过12 d运行填料的反硝化速率就可达到300mg·(L·h)~(-1),表明其具有快速的自我恢复能力.利用扫描电镜分析包埋填料的内外结构,发现其内外结构均利于细菌生长代谢和传质.高通量测序分析结果表明,D_2阶段的优势菌属仍为具有反硝化功能的Pseudomonas、Thauera、Gelidibacter,因而证明了细菌在不利条件的适应性;D_3阶段包埋填料的优势菌属Thauera、Petrimonas、Pseudomonas,与初始适宜条件下培养的高效反硝化细菌的优势菌属完全相同,这也充分证明了细菌包埋填料具有良好的恢复能力.