分子光谱技术在水体微塑料监测中的应用

水域、陆地和空气中的微塑料污染不仅对人们赖以生存的生态系统有潜在危害,而且对人类的身体健康存在持续性危害。针对这些污染问题开展研究的首要任务之一就是需要鉴定微塑料的成分,从而明确可能产生污染的源头以及引起污染的途径。分子光谱技术是鉴别微塑料最常用的分析方法之一,尤其是红外光谱法和拉曼光谱法。建立了基于分子光谱技术的水体微塑料检测方法,可实现对水体中1～5 000μm尺寸范围内的微塑料的自动化测试。其中,尺寸大于10μm的微塑料颗粒物可以通过显微红外光谱仪进行检测,尺寸大于1μm的微塑料颗粒物可以通过显微拉曼光谱仪进行检测。该方法操作简单、检测速度快、结果呈现直观,可作为微塑料检测的有力工具。     

利用16S rRNA高通量测序技术考察温度对生物脱氮硝化过程中亚硝酸盐氧化菌代谢功能的影响

为探究温度对生物脱氮硝化过程微生物代谢及功能基因的影响,采用16S rRNA高通量测序技术,以富集的亚硝酸盐氧化菌(NOB)为研究对象,考察了活性污泥系统硝化过程中菌属与比亚硝酸盐氧化速率(SNiOR)的相关性。通过LEfSe分析筛选出3种温度(25、35和40℃)条件下的生物标记物,并利用KEGG数据库解析了微生物的代谢功能、氮代谢相关酶类型及相对丰度。结果表明,在3种温度条件下,NOB富集系统内的Nitrospira是SNiOR的唯一影响因子,且两者呈现显著的正相关性,Spearman相关系数(ρ)为0.95。此外,在温度条件为25、35和40℃时,分别筛选出14种、6种和8种生物标记物,显著优势菌分别是Xanthomonadales目、Sphingomonadales目和Gammaproteobacteria纲。以上结果说明：温度对微生物的代谢功能具有一定程度的影响,低温有利于碳水化合物代谢、能量代谢;较高温度会抑制能量代谢,NOB丰度降低;随着温度的升高,亚硝酸盐氧化还原酶(nxr)类基因(nxrA和nxrB)的数量基本保持不变。     

中试厌氧膜生物反应器处理养猪废水

猪场养殖废水是一类有机污染物浓度高、悬浮物多、性质复杂的废水,在传统厌氧处理中存在消化污泥流失及处理效率低等问题。本研究采用中试规模外部浸没式厌氧膜生物反应器处理猪场实际废水,设计处理水量为1 m³·d⁻¹,在HRT分别为8、5、3 d的3个阶段连续运行4个多月,考察了厌氧膜生物反应器的沼气产量、运行稳定性、污染物去除效果及膜组件运行性能和清洗效果。结果表明,系统运行期间ORP在−486~−545 mV;随着HRT缩短,有机负荷由0.5~1.88 kg·(m³·d)⁻¹升高到5 kg·(m³·d)⁻¹,沼气产量逐渐增大,产率为0.38~0.45 m³·kg⁻¹。在整个运行过程中,VFA/ALK始终小于0.1,系统运行稳定。对TCOD、溶解性COD、氨氮、TN、TP去除率分别达到74%~86%、48%~68%、7%~12.8%、4.6%~16.7%、5%,其中溶解性COD去除率占总COD去除率的55%左右。系统运行期间初始膜通量设定为5 L·(m²·h)⁻¹,在HRT=8 d时,清洗周期为20 d,随后不断缩短,当HRT为3 d时,清洗周期仅为10 d。通过水冲洗与化学清洗相结合的方式可有效缓解膜污染,进而恢复膜通量。以上研究结果可以为厌氧膜生物反应器处理猪场养殖废水工程应用提供参考。     

北京市实验室危险废物产生量预测及管理机制建设建议

随着我国科学技术研发投入的快速增长,源自科研和监测等活动的实验室危险废物产生量迅速增加。但目前我国尚缺乏系统性的实验室危险废物环境无害化管理政策支撑,相应废物管理存在着较大的环境和健康风险。本文采用灰色系统模型预测了北京2021-2030年实验室危险废物产生量,系统总结、分析了国家和地方主管部门、高校和产业园区实验室危险废物管理政策的现状和存在的问题。结果显示,2021年-2030年北京实验室危险废物产生量将呈逐年增长趋势,预计2025年和2030年产生量分别为2.91×10⁴和5.20×10⁴ t,采用该方法和参数对全国实验室危险废物产生量进行简单地预测,预计2025年和2030年产生量分别可达133.17×10⁴和231.16×10⁴ t。在管理方面,仍存在政策不健全、收运处置困难、环保意识不足等问题,需进一步明确实验室危险废物责任主体,形成管理机制及指南。针对收集环节,建立高校定时定点收集处理和小微企业豁免相结合的收集体系,并进一步加强高校实验室危险废物能力建设。     

氧氟沙星敏化光解磺胺甲恶唑

抗生素是环境中广泛存在的一类新兴污染物,因其可诱导细菌抗药性及产生抗性基因而备受关注.本研究发现氟喹诺酮类抗生素具有的光化学活性,可能影响共存的磺胺类抗生素（SAs）的转化.系统考察了一种典型的氟喹诺酮类抗生素—氧氟沙星（OFLO）对磺胺甲恶唑（SMX）的光化学转化.结果表明,在365 nm紫外光照条件下,OFLO可以有效敏化光解SMX.激发三重态（³OFLO^*）是促进SMX光解的主要活性物质.密度泛函理论（DFT）计算结合高分辨率质谱（HRMS）分析表明,³OFLO^*将SMX分子中的氨基氮氧化成一个自由基阳离子（R-NH₂^?+）.该自由基阳离子可水解生成羟胺衍生物,并进一步氧化生成亚硝化和硝化产物.此外,它们也可以二聚生成偶氮产物.光反应过程中,敏化剂OFLO也发生了降解.但OFLO的光解产物均保留了核心喹诺酮结构,因此也保留了OFLO分子的光敏活性.该研究有助于进一步了解抗生素复合污染情况下的环境行为,具有重要的环境意义.     

二氧化钛催化降解中性红的历程研究

通过监测二氧化钛降解中性红过程中体系pH值的变化,并对体系的UV-VIS光谱进行分析,进而推导出中性红的降解历程,可为降解条件的优化提供依据.     

基于物质流分析的建筑垃圾产生量预测

针对建筑垃圾产生量激增但其统计数据缺失问题,基于1stOpt拟合平台和Visual Basic编程软件,构建城镇住宅和非住宅建筑垃圾产生量动态预测模型,定量模拟不同建筑寿命情景下建筑垃圾产生量及其组分的变化趋势。结果表明:我国城镇住宅建筑和非住宅建筑存量面积分别在2058年和2064年达到峰值(657.35亿和569.41亿m²)。在短、中、长建筑寿命情景下,住宅和非住宅建筑的新建面积均在21世纪20年代达到峰值,拆除面积峰值将在21世纪下半叶实现。在短、中、长寿命3种情景下,我国城镇住宅建筑垃圾总产量分别于2072年、2081年和2100年达到峰值(28.69亿、21.71亿和16.50亿t);非住宅建筑垃圾总产量分别于2077年、2084年和2100年达到峰值(26.25亿、20.29亿、15.48亿t)。2000年之前,建筑垃圾主要成分为施工垃圾,2000年之后,以拆除垃圾为主,至2100年拆除垃圾占比达98%。其中,混凝土、砖块、钢铁分别占44%~71%、22%~51%、0.50%~2.89%,其他成分占2.76%~4.68%。综合考虑建筑流量发展趋势和建筑垃圾产生特征,政府部门应宏观调控减缓人均建筑面积增长速度,延长建筑使用寿命,提高建筑垃圾循环利用率和二次建材原料的市场消纳量,从而减少建筑垃圾产生量,降低建筑垃圾对生态环境的破坏。     

热解终温对含油污泥三相产物特性的影响

为实现含油污泥的资源化利用,以罐底油泥为研究对象并以油回收率为考核指标,对热解终温对油泥三相产物的影响进行了研究。结果表明,最佳热解条件是：升温速率为10 ℃·min⁻¹、载气中最佳氧气体积分数为4.2%。在400~800 ℃范围内,随着温度的升高,回收的热解油产率由16.43%提升至21.46%,后又降至14.15%;热解气产率由9.12%提升到了27.87%,热解残渣中可回收组分含量由39.1%降至16.5%。热解油中主要为轻质组分,油的品质较高;热解气中主要成分为CO₂和CO,且温度越高可燃气比例越高。对热解残渣进行电镜分析发现,渣体表面没有结焦现象,残渣表现出良好的吸附性能。本研究可为含油污泥热解处理资源化提供参考。     

环境准入门槛设置与指标体系构建实证

根据统筹协调、生态优先、地域差异、管理可行性等原则,从前置性和控制性两个方面,选取包括时序、空间、容量、投资规模、排放总量与强度以及资源、能源消耗标准等要素指标,建立环境准入指标体系;并以江苏省为例,根据指标门槛设置的标准和依据,进行指标门槛的定量测算。初步得到:重点企业最低投资准入、重点区域和重点污染行业环境准入指标测算值,以期为政策制定者提供可资借鉴的依据。     

基于数学规划法的工业园区间接循环水网络优化

为解决工业园区水资源消耗高和水污染排放强度大等问题,整体优化园区水资源网络,实现水资源的高效利用是非常必要的。基于数学规划法,以园区企业间水耗、排水量和水质的差异为基础,兼顾经济和环境要素,构建了包括水源、处理单元以及水阱的水网络优化模型,形成适用于工业园区水资源间接循环利用的优化方法。以典型工业园区为研究对象,基于水网络优化模型,在园区最小新鲜水需求量目标下,比较了不同情景的新鲜水需求量、废水排放量和总费用。结果表明：采用间接循环水网络优化方案可使园区总新鲜水需求量减少24.7%,废水排放量减少40.5%,废水重复利用率提升40.5%,总费用比较适中,为486.09万元/a,具有较高的环境效益,该优化模型能够显著提升工业园区水资源利用效率。