亚热带流域氮磷排放与养殖业环境承载力实例研究

畜禽养殖业粪便排放已经成为我国农村地区主要的农业面源污染源之一,也是制约养殖业良性发展的主要瓶颈.本文以湖南省长沙县典型亚热带流域为研究单元,基于流域水环境定位观测、耕地氮(N)磷(P)消纳能力以及养殖业调查和土壤分析资料,初步分析了亚热带丘陵区的面源污染现状及畜禽养殖业的环境承载力.结果表明,研究区金井河流域134.4 km2范围内N、P年负荷分别为N 2.72 t·km-2和P0.11t·km-2,其中养殖粪便对水体总氮(TN)、总磷(TP)负荷的贡献率分别约为42.2％和62.0％.区内平均畜禽养殖密度为3.46 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪24.39万头),显著高于现有化肥用量条件下流域的实际承载力1.13 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪6.35万头),因此养殖密度过高是导致研究区水体NP负荷较高的主要原因.区内N、P盈余量分别为N 35.8 kg·hm-2、P 18.61 kg·hm-2.研究区基本不施用化肥条件下畜禽养殖业的最大环境承载力为7.26 AU·hm-2,在有机肥占合理施肥量30％条件下,当地畜禽养殖业的环境承载力为2.74AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪19.50万头).降低养殖密度、调整养殖业空间布局以及提高养殖废弃物的资源化利用率是防治当前面源污染的有效途径.     

氮氟掺杂二氧化钛(N,F-TiO2)的制备及可见光催化活性的研究

以氨水为氮源,氢氟酸为氟源,采用溶胶-凝胶法制备了氮氟掺杂二氧化钛(N,F-TiO2)光催化剂,并通过X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对其晶型和形态进行表征.最后以酸性红B为模型污染物,探讨了N和F加入量、焙烧温度、焙烧时间、照射时间、催化剂用量、溶液初始浓度和照射功率等因素对N,F-TiO2可见光催化活性的影响.结果表明,制备的N,F-TiO2以锐钛型为主,N和F的掺杂对TiO2的晶相没有明显改变,但可以扩大TiO2的可见光响应范围.当N和F的加入量均为2.0%,且在500℃下焙烧40 min时,得到的N,F-TiO2的可见光催化活性明显高于单N或单F掺杂的TiO2(N-TiO2或F-TiO2).对于50 mL浓度为10.0 mg·L-1的酸性红B溶液,当催化剂加入量为1.5 g·L-1,128W光照3.0 h,溶液pH=5.6时,去除率为85.40%.适当延长光照时间至4.0 h,降解率几乎可达100%.另外,研究还证明了N,F-TiO2催化可见光降解过程中有.OH自由基生成.     

高岭土负载纳米Fe/Ni同时去除水中Cu2+和NO3-

工业废水常含有不同污染物如重金属离子和无机阴离子,而如何有效去除复合污染物就成为环境科学前沿研究的挑战性课题.这些污染物因化学性质不同而导致去除机理和途径也不同.本文采用合成高岭土负载纳米双金属Fe/Ni(K-Fe/Ni)同步去除水中Cu2+和NO-3.结果表明K-Fe/Ni能有效去除水中Cu2+和NO-3,但它们的去除效果却会相互受到影响.在Cu2+浓度为200mg·L-1时,NO-3的去除率达到42.5%;而未加入Cu2+时,NO-3的去除率仅有26.9%,说明Cu2+的存在提高了NO-3降解效率.同样,水中NO-3的存在也影响Cu2+的去除(Cu2+去除率从99.7%降到96.5%).但NO-3浓度对去除Cu2+的影响小于Cu2+浓度对NO-3的影响.通过BET比表面积、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射(EDS)和X射线光电分析(XPS)对K-Fe/Ni表征的结果显示,反应后K-Fe/Ni的表面存在铁的氧化物、Ni0和被还原的Cu0.基于以上结果,我们发现K-Fe/Ni同步去除水中Cu2+和NO-3的机理是:高岭土负载下的纳米Fe0作为还原剂,在Ni0的催化产氢作用下将Cu2+还原成Cu0并沉积在K-Fe/Ni上而形成纳米Fe/Ni/Cu三金属催化剂,从而加速催化水中NO-3降解.     

活性滤料滤池气提系统影响因素研究

为了研究气量、水深和提砂管规格对活性滤料滤池提砂系统性能的影响,本实验以石英砂作为活性滤料滤池的提升介质,在恒定水头状态下,测量了不同管径下被提升的水和砂的体积和质量随压缩空气流量的变化.结果表明:随着气量的增大,提升系统的提砂量和提砂效率均呈先增大后减小的趋势;提砂管管径是最大提砂量的限制因素,但提升的砂水体积比与管径无关;相同气量条件下,单位空气提砂量与水深呈线性关系.因此,在活性滤料滤池提砂系统的设计应用过程中应选择合适的提砂管径,尽量增加浸水率,并注意控制气量以提升系统能效.     

磺胺甲噁唑对猪粪堆肥过程中堆料性质与酶活性的影响

以猪粪、小麦秸秆为材料,研究了磺胺甲噁唑（SMZ）对高温堆肥过程中理化性质（温度、pH值、E₄/E₆）和酶活性（纤维素酶、磷酸酶、脲酶、多酚氧化酶）的影响.结果表明：SMZ对堆肥理化性质的影响与其浓度有关.高浓度（95 mg·kg^-1）SMZ会对微生物活性产生显著抑制作用,表现出堆肥温度难以达到无害化标准,堆料pH值较低（<9.0）.但高浓度（95 mg·kg^-1）SMZ能激活多酚氧化酶活性,且水提浸液E₄/E₆值较低.在堆肥过程中,SMZ对纤维素酶和脲酶活性呈现出“抑制-激活-抑制”的作用,50 mg·kg^-1的SMZ对纤维素酶产生不同程度的激活作用.相比之下,脲酶活性对SMZ的敏感性比纤维素酶更敏感,5 mg·kg^-1的SMZ即能显著抑制脲酶活性,中浓度（50 mg·kg^-1）的SMZ对碱性磷酸酶活性产生了显著的抑制作用.综上,SMZ通过影响酶活性而影响堆肥过程的物质转化.此外,SMZ浓度越大,种子发芽指数越低.当SMZ≥50 mg·kg^-1时,堆肥难以腐熟而对植物毒性较大.     

2株降解菲的植物内生细菌筛选及其降解特性

为了获得具有菲降解特性的植物内生细菌,通过选择性富集培养,本研究从多环芳烃污染区植物体内分离得到2株能够降解液体培养基中高浓度菲(200 mg·L-1)的植物内生细菌(菌株P1和P3).经形态观察、生理生化特征鉴定和16S rDNA序列同源性分析,分别将菌株P1和P3鉴定为寡养单胞菌属(Stenotrophomonas sp.)和假单胞菌属(Pseudomonas sp.)的细菌.菌株P1和P3均为好氧生长,28℃、150 r·min-1摇床培养7 d,2株菌对无机盐培养基中菲(100 mg·L-1)的降解率均高于90%.条件实验表明,温度20～30℃,pH 6.0～8.0,盐含量0%～4%,装液量10～30 mL(100 mL三角瓶)2菌株生长良好且对菲降解率高于70%.其最适生长和降解温度为30℃,pH为7.0,盐含量≤4%,装液量≤30 mL.综合比较2株菌对菲的降解特性,P1菌株高温耐受性稍强,而P3菌株对环境pH改变和缺氧的耐受性稍强.     

四环素抗性基因在人工湿地中的去除及累积

以垂直潜流人工湿地系统为试验装置,考察了猪场养殖废水中四环素类抗生素抗性基因(tetW、tetM和tetO)在人工湿地中的去除及累积情况.结果表明,养猪废水中的3种抗性基因均有检出且含量较高,tetW、tetM和tetO的平均绝对含量分别为1.07×1010、4.03×1010和4.92×1010copies.L-1.通过湿地系统处理后,水体中抗生素抗性基因绝对拷贝数和相对表达量均明显降低,tetW、tetM和tetO的平均去除率分别为95.73%、92.21%和95.05%.在系统运行末期,湿地表层土壤和底层土壤中tetW、tetM和tetO的绝对拷贝数和相对表达量均有明显的升高,并且抗性基因在表层土壤中的累积水平高于底层土壤.因此,人工湿地系统可有效降低养猪废水中抗生素抗性基因的绝对及相对含量水平,系统的运行条件可对抗生素抗性基因在湿地系统中的积累产生影响.     

景观用再生水氮磷条件下两种典型水华藻类的生长及竞争规律

针对再生水景观水体的藻类控制,以BG11培养基为基础,设定不同氮磷浓度,对铜绿微囊藻和小球藻进行了纯培养和共培养实验。实验结果表明:初始总氮浓度为15 mg/L、总磷浓度为0.1 mg/L时两种藻就能出现明显的生长高峰;当总氮浓度为3⁴5 mg/L,氮磷比为3045 mg/L,氮磷比为30¹50的情况下,小球藻在与铜绿微囊藻的竞争中容易成为优势藻种。     

Effect of ammonium on nitrous oxide emission during denitrification with different electron donors

Nitrous oxide(N2O) emission during denitrification is receiving intensive attention due to its high potential to cause greenhouse effects.In this study,denitrifiers were acclimated in sequencing batch reactors with methanol or acetate as the electron donor and nitrate as the electron acceptor.The effects of ammonium on N2O emission were examined in batch experiments with various electron donors.With the addition of ammonium,N2O emission increased under all the examined conditions compared to experiments without ammonium addition.With different electron donors,the highest ratio of N2O emission to the removed oxidized nitrogen was 0.70% for methanol,5.34% for acetate,and 34.79% for polyhydroxybutyrate.     

基于单颗粒质谱信息气溶胶分类方法的研究进展

气溶胶质谱仪在对气溶胶颗粒的监测过程中会产生大量单颗粒的化学成分和粒径信息,基于这些质谱数据能够推测颗粒的来源。而对气溶胶来源的分析,很大程度上是由颗粒的种类决定的,故对海量数据的分类就成为不可忽略的步骤。针对气溶胶质谱仪采集到的数据,概述了用于气溶胶分类的多种方法的理论核心、分类步骤及各自的优缺点等。据此可为今后气溶胶分类方法的研究提供建设性意见。