单层硅烷负载磁铁矿纳米颗粒的制备及除磷性能

研究了N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷在水溶液中以单层形式负载于磁铁矿纳米颗粒表面的方法,并研究了单分子层硅烷负载磁铁矿纳米颗粒吸附剂(monolayer of silane on magnetite nanoparticles,MSMNPs)的除磷性能.结果表明,在低浓度下(平衡浓度小于300 mg·L~(-1))硅烷在磁铁矿纳米颗粒表面产生单层吸附,而反应温度90℃以上或离子强度0.1 mol·L~(-1)NaCl以上可以使单层硅烷在磁铁矿纳米颗粒表面的覆盖度达到~100%.FTIR和XPS图谱显示负载的硅烷以化学键的形式与磁铁矿纳米颗粒表面相结合.单层硅烷负载不引起磁性强度的明显变化.MSMNPs对磷的吸附等温线更符合Langmuir模型,拟合得到的最大吸附量为7.59 mg·g~(-1).由于磷吸附位位于MSMNPs的最外面,磷的吸附及脱附均很快,30 min内达到90%以上,1 h内达到平衡.因此,MSMNPs是一种易分离因而可反复使用,并且可快速吸附与脱附污染物的新型吸附剂.     

亚热带稻区大气NO2、HNO3及硝态氮污染特征及干湿沉降

二氧化氮(NO_2)和硝酸(HNO_3)是大气中的酸性含氮污染气体,是形成气溶胶和雨水硝态氮的重要前体物质,在高强度的大气氮氧化物排放下,我国亚热带稻区农业生态系统大气NO_2、HNO_3气体及气溶胶、雨水硝态氮污染特征及其干湿沉降量尚不清楚.本研究选取我国亚热带丘陵区一个典型双季稻区,对大气中NO_2-N、HNO_3-N、气溶胶和雨水硝态氮浓度及相关气象因子进行了同步监测,旨在明确大气NO_2-N、HNO_3-N及气溶胶、雨水硝态氮浓度特征及其影响因素,并定量其干湿沉降量.结果表明,大气中NO_2-N、HNO_3-N、大气颗粒物PM_(10)中NO_3~--N_p、雨水中NO_3~--N_r年均浓度分别为4.2μg·m~(-3)、0.7μg·m~(-3)、4.0μg·m~(-3)和1.0 mg·L~(-1),年氮沉降量分别为1.5、3.2、2.3和6.1 kg·hm~(-2).NO_2-N浓度与气温呈负相关;HNO_3-N浓度与风速呈负相关;NO_3~--N_p浓度与气温呈负相关,与NO_2-N浓度呈正相关,与HNO_3-N浓度未显著相关,表明NO_2-N浓度在本研究区域是形成NO_3~--N_p污染的重要限制因子;NO_3~--N_r浓度与降雨量呈负相关,与HNO_3-N浓度和NO_3~--N_p浓度呈正相关.本研究区域大气中NO_2-N、HNO_3-N、NO_3~--N_p及雨水NO_3~--N_r年总干湿沉降量为13.0 kg·hm~(-2),是稻田重要的氮素来源,对稻田及周边生态系统的影响不容忽视.     

猪粪稻秸超高温预处理促进后续堆肥腐殖化条件优化

以猪粪稻秸为原料,设计超高温预处理温度（75,85,95℃）、时间（2,4,8h）和通风量（0.3,0.6,0.9L/kgTS·h）的三因素三水平正交试验,研究不同超高温预处理条件对猪粪稻秸理化特性及后续模拟堆肥腐殖质生成的影响,结果表明,温度、时间和通气量对猪粪稻秸后续高温堆肥腐殖化系数影响各不相同,各因素对后续好氧发酵累腐殖化系数的影响大小顺序为大小顺序为预处理时间 > 温度 > 通气量;最佳超高温预处理条件为：预处理温度为95℃,停留时间为4h,通气量为0.6L/（kgTS·h）,与CK相比,最佳预处理参数下猪粪稻秸后续高温发酵60d腐殖化系数提高119%,腐殖质、胡敏酸含量分别增加105%、116%,而富里酸含量降低17.2%,结合预处理前后物料理化特性变化规律分析,表明超高温预处理促进了大分子有机物降解为可溶性有机碳,促进了木质纤维素组分降解溶出,促使其更多转化为多酚,同时增加了腐殖质前体还原糖、氨基酸的含量,从而有利于腐殖质的生成.     

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L~(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L~(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L~(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.     

基于生命周期评价的两种城市生活垃圾处理模式对比

应用Gabi软件,分析比较了使用厨余垃圾处理器和传统分类处理方法对城市生活垃圾处理处置全过程的生命周期评价(LCA)。研究表明,两种垃圾处理模式环境影响潜值分别为1.44×10~(-2)和1.39×10~(-2),两者的主要环境影响潜力贡献者均为全球变暖,垃圾焚烧为主要环境影响环节;厨余垃圾厌氧发酵技术主要环境影响为酸化,对全球变暖的改善效果明显;厨余垃圾粉碎直排较厌氧发酵技术对酸化的改善效果明显,但对富营养化影响增加了4×10~(-2),增加比例为22.5%,污水处理厂尾水收纳水体存在富营养化的风险。     

污水特质(水征)评价及其在污水再生处理工艺研究中的应用

近年来,在污水高标准处理研究和工程实践中,发现和遇到越来越多的现有常规水质指标、工艺理论和技术知识等难以解释的新现象和难以解决的新问题.以逐步建立水质复杂体系研究理论和方法体系,构筑科学、有效的污水处理风险管理和安全保障管理系统为目标,介绍了污水的复杂体系特征,阐述了污水高标准处理中工艺设计、运行和诊断面临系统理论方法缺失的问题及其根源,提出了可有效支撑污水工艺研究的污水特质,即"水征（water feature）"的概念.通过分析污水中污染物的浓度水平、组分特征、安全性和稳定性及其时空变化,定义了水征"四维度"内涵,即污染物污染程度、组分特征、毒害效应和转化潜势等4个维度.研究和实践案例表明,水征能有效支撑水质安全评价、处理特性预测、处理工艺设计和工艺诊断优化等.在以水环境质量改善和环境风险控制为目标的污水高标准处理新阶段,基于水征研究,发展高效处理工艺、构筑科学有效的风险管理和安全保障体系尤为重要.今后需深入、持续开展污水处理中水征指标评价方法与理论体系、水征与污染物处理关键技术开发与工艺优化、水征与风险评价管理等方面的研究.      

锆改性硅藻土吸附水中磷的研究

采用锆对硅藻土进行改性所得锆改性硅藻土,其氧化锆质量分数占12.39%,经XRD鉴定为无定形.SEM结果显示,改性后硅藻土表面出现粗糙多孔的絮状物.相比硅藻土,锆改性硅藻土的比表面积由14.00 m~2·g~(-1)扩大到75.22 m~2·g~(-1).XPS谱图显示,氧化锆与硅藻土之间以化学键方式,而非物理沉积方式结合.锆改性硅藻土对磷的等温吸附线更符合Langmuir模型,拟合得到最大吸附量为10.56 mg·g~(-1).锆改性硅藻土的吸附量按照氧化锆的质量分数计算为81.67 mg·g~(-1)ZrO_2,高于文献报道的纯氧化锆吸附剂.锆改性硅藻土对磷的吸附随pH的上升而下降,结合吸附前后材料的Zr3d高分辨XPS图谱,确定锆改性硅藻土对磷的吸附为配体交换过程.氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子共存不会抑制磷的吸附,而碳酸氢根离子具有一定的抑制作用.对磷浓度为2 mg·L~(-1)的富营养化湖水,锆改性硅藻土投加量大于1.25 g·L~(-1)时,反应后磷浓度即可满足《地表水环境质量标准》规定的湖库Ⅲ类标准.     

贵阳市某蔬菜地养殖废水污灌土壤重金属、抗生素复合污染研究

养殖废水灌溉农田易造成重金属、抗生素复合污染,从而引发环境健康风险.对贵阳市乌当区长期污灌蔬菜地土壤进行调查研究,探究长期污灌条件下土壤重金属、抗生素复合污染状况.同时,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对Zn、Cd、Pb、As和Cr含量进行测定,采用超声波提取,固相萃取-高效液相色谱-串联质谱分析的方法对抗生素进行测定.结果表明,与对照组比较,污灌土壤Cd呈积累趋势,Zn、Pb、As含量降低,Cr含量变化不大.Zn、Cd、Pb、As和Cr的污染指数分别为0.59、2.20、0.21、0.86、0.27,Cd达到中度污染水平.污灌土壤Cd、Pb以可还原态为主,Zn、As、Cr以残渣态为主,与对照相比,污灌土壤可还原态重金属普遍升高,其中,可还原态Cd从5.56%增加至57.2%,可还原态Pb从34.5%增加至52.3%.污灌土壤中四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素含量明显增加,总量范围分别为0.14~15.8、0.26~8.03、0.31~32.8μg·kg~(-1),未污灌对照土壤的四环素类、磺胺类未检出,喹诺酮类含量为0.77~1.13μg·kg~(-1).相关分析结果显示,重金属Pb和Zn与3类抗生素呈正相关关系,存在复合污染现象,而Cd、As和Cr与抗生素之间没有显著的相关关系.     

施氮和水分管理对光合碳在土壤-水稻系统间分配的量化研究

施肥和水分管理是影响水稻生长的两个关键因素,探讨水肥耦合条件下光合碳在"水稻-土壤"系统输入与分配动态,对深入解析稻田土壤碳循环具有重要意义.本研究通过盆栽试验,选用籼性常规水稻品种(中早39),采用13C-CO_2连续标记技术,量化研究施氮和水分管理对光合碳在"水稻-土壤"系统中分配的影响.结果表明:施氮增加了水稻地上部干物质重和碳、氮含量,却显著降低了水稻根冠比;干湿交替使施氮条件下的水稻地上部全碳、全氮含量较持续淹水处理分别提高了22%和33%,根系中全碳、全氮含量分别提高了36%、44%,这表明施氮有利于水稻地上部生长,而干湿交替显著促进了水稻根系的生长.施氮显著增加水稻地上部13C含量,与不施氮处理相比增加了32%~83%;施氮使光合碳在水稻地上部的回收率增加6%~32%,在根系的回收率减少18%~59%.水分管理对13C分配的影响表现为:连续标记22 d后,在施氮条件下,干湿交替使水稻地上部、根系13C量均有一定量的增加;不施氮条件下,干湿交替与持续淹水处理相比,地上部13C量减少10.3mg·pot-1,回收率降低了11%~12%;根系13C量增加1.9 mg·pot-1,回收率提高了24%~57%.施氮和干湿交替都显著增加了13C在根际土壤中的累积与回收率.因此,施氮增加了光合碳在土壤-水稻系统中的累积,但降低了光合碳在根系中的分配,干湿交替比持续淹水更利于光合碳向土壤中的传输与累积,水肥耦合管理显著调控了光合碳的传输与分配.该研究进一步量化了水肥管理条件下水稻光合碳的分配及其在土壤有机碳库中的传输特征,为稻田水肥管理、水稻土有机质积累持续机制提供了理论依据和数据支撑.     

石油污染与食细菌线虫对土壤微生物活性及石油降解的影响

随着经济快速发展,石油及其产品用量增多,石油污染问题日益严重,土壤石油污染治理刻不容缓.研究表明石油污染土壤中存在大量的食细菌线虫,但食细菌线虫在石油污染土壤中的作用还不清楚.本试验采用人工模拟石油污染土壤,通过接种不同密度模式线虫(Caenorhabditis elegans),研究食细菌线虫在石油污染土壤中的功能及其对污染土壤中石油降解及土壤微生物活性的影响.本实验共设6个处理:高温灭菌石油污染土壤(FSP),作为对照处理1;杀灭线虫土壤(S),作为对照处理2;石油污染土壤(SP);石油污染土壤+5条线虫/g干土(SPN5);石油污染土壤+10条线虫/g干土(SPN10);石油污染土壤+20条线虫/g干土(SPN20).研究结果表明:整个试验培养结束时,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比第0天采样时分别降低约60.78%、80.01%、67.63%和66.31%,处理SP、SPN5、SPN10和SPN20的石油残留量比处理FSP分别降低约43.60%、70.68%、52.34%和50.45%,得出接种线虫可以促进污染土壤的石油降解,其中接种5条线虫/g干土的处理促进石油降解效果最好.第7 d采样时,处理SP、SPN5、SPN10、SPN20中脱氢酶酶活性比处理S分别增加约132.76%、115.09%、118.67%和55.81%,表明石油污染可以激活脱氢酶;第14 d时,接种线虫处理SPN5、SPN10和SPN20的脱氢酶活性比未接种线虫处理SP的脱氢酶活性分别增加约5.16%、18.13%和29.56%,表明添加食细菌线虫也促进了土壤相关酶活性.该研究证明食细菌线虫可以在石油污染土壤中刺激微生物的繁殖,增强土壤酶活性,进而促进污染土壤石油的降解.