甘肃白龙江流域水源涵养服务时空格局及其影响因素

白龙江流域是长江上游的主要生态屏障和水源涵养区,对维系流域生态和可持续发展至关重要。以甘肃白龙江流域为例,基于参数本地化的InVEST模型对1990—2016年水源涵养时空变化及其影响因素进行分析。结果表明:流域多年平均水源涵养深度为47.50 mm,呈现先减少后回升的趋势。空间上,其高值区主要集中于迭部、文县和舟曲的中高山阴陡坡林区（平均涵养深度在该三县2500~3500 m海拔段、阴坡和半阴坡、25°以上坡段和林地高于流域的平均涵养深度）;低值区主要位于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区（平均涵养深度在该两县 2500 m以下海拔段、阳坡和半阳坡、25°以下坡段和耕、草地低于流域的平均涵养深度）。气候背景下,人类活动驱动的土地利用/覆被格局空间差异是影响水源涵养时空变化的重要因素,退耕还林对减缓气候变暖背景下水源涵养深度的下降具有重要意义。     

市县“双评价”中优势农业空间划定研究：理论、方法和案例

我国城镇化迅速蚕食宝贵的耕地资源和乡村聚落,保护基本农田、保护乡村、保护农业空间的需求迫在眉睫。新一轮市县国土空间规划“双评价”中,针对“农业空间”只重视基本农田和粮食生产的不足,旨在构建“优势农业空间”划定的理论框架和技术方法,为保护农林牧副渔大农业空间、全农业领域生产者和特色、重点农村地区奠定基础。（1）在生态保护极重要区以外,开展全域、全要素的种植业、畜牧业、渔业生产适宜性评价,识别农业生产适宜区和不适宜区;（2）基于高产稳产、规模经营和集中连片三原则,进一步细化评价重要经济作物适宜区、地域特色农产品适宜区等;（3）在此基础上,结合特色村落、重大农业基础设施要素识别优势农业空间。该技术框架在沈阳和温州市县“双评价”中取得了科学实用的评价成果,为我国正在展开的国土空间规划提供了科学支撑。     

LiCl溶液对4种空调典型霉菌、细菌的抑制研究

为防止空调系统内霉菌、细菌的过度孳生,本文以空调系统内常见的黑曲霉（A. niger）、大肠埃希氏菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）、枯草芽孢杆菌（B. subtilis）为典型霉菌、细菌,基于纸片扩散法药敏试验,研究了空调除湿常用工质LiCl溶液对上述典型菌种的抑制作用及浓度影响规律.结果表明：在常见除湿浓度范围（35%~40%）内,LiCl溶液对上述4种典型菌种均有抑制作用;特别是对A. niger抑制效果最强,在15%的低浓度下即可产生明显抑制;其次为E. coli,而对S. aureus和B. subtilis的抑制相对较弱.此外,所得抑制效果随LiCl溶液浓度的提高而明显增强,特别是对A. niger和E. coli,溶液浓度与抑菌圈直径呈显著的正相关性.     

鄱阳湖沉积物重金属污染影响因素分析——基于STIRPAT模型

为探究人类活动对鄱阳湖沉积物重金属污染的影响,于2017年10月在鄱阳湖入口、出口及湖区布设20个采样点位,开展鄱阳湖沉积物重金属表层及垂向分布特征调查,评价其潜在生态风险.利用¹³⁷Cs和²¹⁰Pb计年法推算出鄱阳湖沉积物的平均沉积速率,并结合柱状分层样品重金属含量,得出具体年代的重金属蓄积特性.基于STIRPAT模型,通过偏最小二乘回归分析得到鄱阳湖沉积物重金属演变与总人口数量、城镇化率、实际人均GDP、绿色专利申请数、第二产业占比、第三产业占比6种社会经济指标的多元非线性模型.结果表明：（1）鄱阳湖表层沉积物重金属Cu污染最为严重且生态风险程度最高, 地累积指数为“强”或“中-强”污染范畴,单因子潜在生态风险指数平均值为47.25,属于“中等”生态风险.整个湖区的总潜在生态风险指数RI平均值为107.07,表明鄱阳湖表层沉积物重金属总体处于低生态危害水平.（2）1988~2017年总人口数量是影响鄱阳湖沉积物重金属Cd和Cu污染的最主要正向因素,其他正向因素为第二产业占比、第三产业占比、城镇化率及实际人均GDP,绿色专利申请数所反映出的区域绿色技术创新能力及环保研发投入对鄱阳湖沉积物重金属Cd、Cu污染具有负相关关系.     

Degradation of kanamycin from production wastewater with high-concentration organic matrices by hydrothermal treatment

It is known that many kinds of fermentative antibiotics can be removed by temperature-enhanced hydrolysis from production wastewater based on their easy-to-hydrolyze characteristics. However, a few aminoglycosides are hard to hydrolyze below 100°C because of their stability expressed by high molecular energy gap (ΔE). Herein, removal of hard-to-hydrolyze kanamycin residue from production wastewater by hydrothermal treatment at subcritical temperatures was investigated. The results showed the reaction temperature had a significant impact on kanamycin degradation. The degradation half-life (t_1/2) was shortened by 87.17-fold when the hydrothermal treatment temperature was increased from 100°C to 180°C. The t_1/2 of kanamycin in the N₂ process was extended by 1.08-1.34-fold compared to that of the corresponding air process at reaction temperatures of 140-180°C, indicating that the reactions during hydrothermal treatment process mainly include oxidation and hydrolysis. However, the contribution of hydrolysis was calculated as 75%-98%, which showed hydrolysis played a major role during the process, providing possibilities for the removal of kanamycin from production wastewaters with high-concentration organic matrices. Five transformation products with lower antibacterial activity than kanamycin were identified using UPLC-QTOF-MS analysis. More importantly, hydrothermal treatment could remove 97.9% of antibacterial activity (kanamycin EQ, 1,109 mg/L) from actual production wastewater with COD_Cr around 100,000 mg/L. Furthermore, the methane production yield in anaerobic inhibition tests could be increased about 2.3 times by adopting the hydrothermal pretreatment. Therefore, it is concluded that hydrothermal treatment as a pretreatment technology is an efficient method for removing high-concentration hard-to-hydrolyze antibiotic residues from wastewater with high-concentration organic matrices.     

Surface characterization of metal oxides-supported activated carbon fiber catalysts for simultaneous catalytic hydrolysis of carbonyl sulfide and carbon disulfide

The sol–gel method was used to synthesize a series of metal oxides-supported activated carbon fiber (ACF) and the simultaneous catalytic hydrolysis activity of carbonyl sulfide (COS) and carbon disulfide (CS₂) at relatively low temperatures of 60°C was tested. The effects of preparation conditions on the catalyst properties were investigated, including the kinds and amount of metal oxides and calcination temperatures. The activity tests indicated that catalysts with 5 wt.% Ni after calcining at 400°C (Ni(5)/ACF(400)) had the best performance for the simultaneous catalytic hydrolysis of COS and CS₂. The surface and structure properties of prepared ACF were characterized by scanning electron microscope-energy disperse spectroscopy (SEM-EDS), Brunauer–Emmett–Teller (BET), X-ray diffraction (XRD), carbon dioxide-temperature programmed desorption (CO₂-TPD) and diffuse reflectance Fourier transform infrared reflection (DRFTIR). And the metal cation defects were researched by electron paramagnetic resonance (EPR) method. The characterization results showed that the supporting of Ni on the ACF made the ACF catalyst show alkaline and increased the specific surface area and the number of micropores, then improved catalytic hydrolysis activity. The DRFTIR results revealed that -OH species could facilitate the hydrolysis of COS and CS₂; -COO and -C–O species could facilitate the oxidation of catalytic hydrolysate H₂S. And the EPR results showed that high calcination temperature conditions provide more active reaction center for the COS and CS₂ adsorption.     

曹妃甸采暖期和非采暖期PM2.5中不同重金属元素污染特征及健康风险评价

为探讨曹妃甸采暖期和非采暖期PM_2.5中Cr、Pb、As和Cd元素的污染特征、来源及健康风险,以华北理工大学曹妃甸校区为研究地点,于2017年12月—2018年10月采集98份PM_2.5样品.利用重量法测定空气中PM_2.5浓度,使用电感耦合等离子体质谱仪分析PM_2.5中4种重金属元素(Cr、Pb、As和Cd)的浓度;采用Wilcoxon Mann-Whitney U检验比较采暖期与非采暖期,以及PM_2.5超标日与非超标日各元素含量的差异,利用Kruskal-Wallis H检验法比较不同PM_2.5浓度分级下4种金属元素浓度差异,用PMF(正定矩阵因子分解)模型对4种重金属元素的来源及贡献率进行解析,并用美国环境保护局推荐的人体暴露健康风险评价模型进行健康风险评估.结果表明:①曹妃甸采暖期PM_2.5及Pb、As和Cd浓度均高于非采暖期,而Cr浓度略低于非采暖期.②PM_2.5超标日Pb、As和Cd浓度均高于非超标日,不同PM_2.5浓度级别下Pb、As和Cd浓度有所差异,且Pb、As和Cd浓度随PM_2.5浓度的增加而增加.③PMF模型源解析表明,燃煤源及交通源是曹妃甸采暖期PM_2.5金属元素主要来源,二者贡献率分别为50.4%和31.7%;工业源及交通源是非采暖期PM_2.5金属元素的主要来源,二者贡献率分别为47.4%和37.0%.④健康风险评价结果表明,采暖期和非采暖期4种重金属元素的非致癌风险值均小于1.采暖期3种致癌性重金属(Cr、As和Cd)对成年男性、成年女性和儿童青少年的致癌风险均高于人类可接受风险水平(1×10-6);非采暖期Cr和As对成年男性、成年女性和儿童青少年的致癌风险均高于人类可接受风险水平;重金属非致癌风险(Cr、Pb、As和Cd)和致癌风险(Cr、As和Cd)指数高低均呈成年男性>成年女性>儿童青少年的特征.研究显示,在采暖期和非采暖期曹妃甸PM_2.5中Pb、As和Cd浓度随PM_2.5浓度的增加而增加,燃煤源和工业源是其主要来源,Cr、As和Cd对人群存在一定的致癌风险.      

长江流域上游地区“三磷”污染现状及对策研究

长江流域上游地区是我国“三磷”(磷矿、磷化工企业和磷石膏库)最为集中的区域,总磷污染尤为严重.为保障长江流域水环境安全,支撑长江经济带可持续发展,从分析长江上游“三磷”污染状况出发,剖析总磷污染成因,提出“三磷”污染控制对策建议.结果表明,长江流域上游地区总磷污染成因主要包括:磷矿资源丰富,长期开采对上游水环境产生显著影响;围绕磷矿开采的磷化工产业发展迅速,但管理薄弱导致总磷超标排放;存量磷石膏临河不当处置与堆存,环境污染与安全隐患大.针对总磷污染成因,按照“重点突出,精准施策”原则,以长江流域上游地区“三磷”集中片区为重点开展综合整治,提出几点对策建议:①重点加强沱江上游德阳段绵远河、石亭江,乌江上游贵州段瓮安河、洋水河和清水江,湖北省宜昌-兴山-神农架一线和钟祥-南漳一线三个片区的磷矿治理;②推动绵远河、石亭江、乌江、香溪河流域等涉磷工业园区/工业集中区的技术改造升级,促进磷化工产业绿色发展;③加强四川省(沱江)、贵州省(乌江)、湖北省(香溪河)等磷石膏堆场密集分布区域的规范化综合管理;④以法规和标准为准绳,加快完善涉磷污染源监管系统.      

响应面法优化CANON工艺处理猪场沼液脱氮性能研究

为了得到全程自养脱氮（completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON）工艺处理猪场沼液脱氮性能的最佳工艺条件,以处理实际猪场沼液的连续流CANON工艺为研究对象,采用BBD响应面法优化其关键运行参数,探究了HRT（水力停留时间）、温度和进水ρ（NH₄+-N）各因素的交互作用.结果表明:①HRT、温度和进水ρ（NH₄+-N）对反应器脱氮效率均有显著影响,且数学模型拟合度良好,各因素对TN、NH₄+-N去除率的影响程度由强到弱依次为进水ρ（NH₄+-N）> HRT >温度.②通过BBD响应面法获得最佳脱氮条件为HRT 1.35 d、温度34.4℃、进水ρ（NH₄+-N）415 mg/L.在接近响应面优化后的条件下进行验证试验,得到出水ρ（NH₄+-N）平均值为74.68 mg/L,NH₄+-N去除率为83.05%;出水ρ（TN）平均值为108.28 mg/L,TN去除率为73.91%,与模型预测值较接近.研究显示,BBD响应面法能在较少的试验次数下检验影响因素之间的交互作用,可科学地优化CANON工艺处理猪场沼液的脱氮性能.      

三种次生矿物固定A. ferrooxidans的Fe2+氧化及成矿性能比较

氧化亚铁硫杆菌（A.ferrooxidans）介导的生物矿化方法促使可溶性Fe向次生铁矿物转变对酸性矿山废水（AMD）治理具有重要意义.化能自养菌A.ferrooxidans易受水流冲击而流失,常采用固定化方式来提高菌密度,从而保证较高的Fe²⁺氧化和成矿速率以满足实际需要.本研究在相同初始条件下（pH=2.30、Fe²⁺浓度4.48g/L、A.ferrooxidans密度8×10⁶cells/mL）生物合成固定有A.ferrooxidans的施氏矿物、黄钾铁矾和黄铵铁矾,比较矿物溶解前（固定态）和溶解后（游离态）A.ferrooxidans的Fe²⁺氧化性能,并分析各矿物对A.ferrooxidans的固定能力.结果表明,生物成因次生铁矿物干重排序为施氏矿物（0.24g） < 黄铵铁矾（0.35g） < 黄钾铁矾（0.67g）,但矿物固定A.ferrooxidans的能力却依次为施氏矿物 > 黄铵铁矾 > 黄钾铁矾.以游离态A.ferrooxidans的Fe²⁺氧化速率作为参比,推算出本研究所得施氏矿物、黄铵铁矾、黄钾铁矾固定A.ferrooxidans的有效生物量依次为5.33×10⁷~ 5.33×10⁸,5.72×10⁶~5.72×10⁷,6.35×10⁶cells/g（干基）.次生铁矿物载体有效生物量不仅直接影响AMD体系中Fe²⁺氧化速度,也间接决定了总Fe的矿化去除效果.