生物膜法光发酵制氢的研究现状与展望

21世纪被誉为氢能世纪.光发酵制氢作为绿色可持续生物制氢方式的一种,可以利用独特的光合系统固定太阳能,并利用有机物产生清洁能源氢气,因而受到广泛关注.但光发酵细菌凝集力差、底物转化效率和光能利用率低导致产氢效能下降,从而阻碍了光发酵制氢的发展.光发酵细菌可以通过形成生物膜而被有效固定,进而增加反应器内光发酵细菌的生物持有量,提高光发酵细菌对不利环境的抵抗力;同时,光发酵细菌形成生物膜后可以调控产氢细菌新陈代谢和生理活性使其更利于产氢.其中,光发酵生物膜反应器的设计尤为重要,尤其是反应器内光源的均匀分配对于光发酵制氢是一项关键因素,需要对光源设计、空间摆放和遮光性进行综合分析和设计;其次,需要考虑载体性质和载体安装以充分吸附光发酵细菌并形成生物膜;同时,结合未来可持续绿色发展的需求,光发酵生物膜反应器设计需要逐步过渡到以室外环境作为常规环境和太阳作为光源.尽管光发酵生物膜制氢前景良好,但目前对于光发酵生物膜反应器和制氢机制的研究仍然不够充分,需要更加深入地探索和优化以突破光发酵制氢的瓶颈,推动氢能行业的发展.     

嘉兴市2015年人为源VOCs排放清单

根据收集的嘉兴市人为源活动水平数据,采用科学合理的估算方法和排放因子,建立了该地区2015年人为源挥发性有机物（VOCs）排放清单.结果表明,嘉兴市2015年VOCs排放总量为10.21×10⁴ t,其中工业源、移动源、生活源、储运源、废弃物处理源、农业源的排放量分别占排放总量的78.15%、12.08%、5.83%、3.24%、0.26%和0.44%.工业源中包装印刷、表面喷涂、纺织印染、化学原料制造、石化是重点排放行业.海宁市、桐乡市和平湖市VOCs排放量位居前三,约占嘉兴市总排放量的50%,经开区、海宁市、南湖区VOCs平均排放强度均超过30 t·km^-2.     

重庆市北碚城区气溶胶中水溶性无机离子的质量浓度及其粒径分布

为了研究重庆市北碚区城区气溶胶中水溶性无机离子的浓度和分布特征,于2014年3月~2015年2月利用安德森采样器连续采集大气气溶胶分级样品,并用离子色谱法分析了不同粒径(9.00、5.80、4.70、3.30、2.10、1.10、0.65和0.43μm)中Na~+、NH~_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、F-、Cl-、NO_3~-、SO_4~(2-)这9种水溶性无机离子.结果表明,SO_4~(2-)、NH~_4~+、NO_3~-、Cl-、Na~+、K~+主要分布在细粒子中,Mg~(2+)、Ca~(2+)、F-主要分布在粗粒子中.SNA(SO_4~(2-)、NH~_4~+和NO_3~-三者的简称)呈明显单峰型分布,其峰值均出现在0.65~1.10μm的液滴模态,且在细粒子中主要以(NH4)2SO4和NH4NO3形式存在.SO_4~(2-)的形成主要来自云内过程,部分来自SO_2的氧化.Na~+、Cl-、Mg~(2+)在粗、细粒子中呈双峰型分布;K~+在0.43~1.10μm呈单峰型分布;F-、Ca~(2+)在粗粒子中出现峰值.观测期间,PM2.1和PM9.0中总水溶性离子的年均质量浓度分别为(32.68±15.28)μg·m~(-3)和(48.01±19.66)μg·m~(-3),且浓度具有相似季节变化特征,均表现为冬季春季夏季秋季.大部分离子(Na~+、NH~_4~+、K~+、Cl-、NO_3~-、SO_4~(2-))浓度表现为冬春季偏高,夏秋季偏低;而少数离子(F-、Mg~(2+)、Ca~(2+))浓度在秋季最低,其他季节浓度变化稍有不同.SNA是PM2.1中最主要的水溶性离子;而PM9.0中水溶性离子的主要成分除了SNA外,还包括Ca~(2+).PM2.1和PM9.0中阳离子总浓度明显高于阴离子,且不同离子间均具有一定的相关性.主成分分析结果表明,该地区水溶性离子的主要来源包括机动车尾气的排放源、燃烧源、土壤源和建筑道路扬尘.分析气象因素的影响,发现气温对二次离子的生成有明显关系(P0.05),而相对湿度、风速的影响则不显著(P0.05).     

基于污染物超低排放与蛋白质源污泥增量的污水处理工艺对比研究

为了实现污水处理的深度脱氮除磷及蛋白质源污泥增量,分别采用生物吸附/A~2O和生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化工艺进行对比试验研究.结果表明,生物吸附工艺可以快速富集进水中的大部分有机物,剩余污泥采用厌氧发酵方式处理,用于生产优质碳源.两套污水处理工艺均获得了优质水质,出水氨氮、总氮和总磷分别达到5、7和0.4 mg·L~(-1)以下.优质碳源投加到A~2O和MBR工艺段,碳源环境的改善使得污泥增长率和氮的同化比例显著提高,第4阶段污泥产率分别达到0.59和0.49 g·g~(-1)(以每g COD产VSS量(g)计),氮的同化率分别达到66%和59%.此外,污泥中蛋白质及氨基酸含量也显著增长,A~2O工艺段增长率分别为34.7%和31.2%,MBR工艺段相应的增长率分别为19.7%和18.3%,实现了蛋白质源污泥的增量,为污泥资源化利用提供了优质原料.     

磁性高分子复合水凝胶的制备及其对水中铜离子的吸附性能

以海藻酸钠和聚乙烯醇为骨架负载磁性纳米Fe_3O_4颗粒合成了两种磁性高分子复合水凝胶材料:一种是以Ca~(2+)交联制备的磁性海藻酸钙单网络水凝胶(SAPFe),另一种是以海藻酸钙和聚乙烯醇经循环冷冻解冻制成的磁性双网络水凝胶(DAPFe).利用SEM、FTIR、BET对合成的材料进行表征,并研究了SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附性能.结果表明,DAPFe比表面积达89.01 m~2·g~(-1),平均孔径为2.2 nm,DAPFe比SAPFe具有更低的含水率、更高的交联程度、更发达的孔隙结构和更高的比表面积.DAPFe对Cu~(2+)的最大吸附量可达207.01 mg·g~(-1),远大于SAPFe(173.01 mg·g~(-1)).SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级吸附动力学模型.通过分析SAPFe和DAPFe吸附Cu~(2+)前后官能团的变化,发现磁性高分子复合水凝胶具有丰富的羧基和羟基功能性官能团,并通过与Cu~(2+)产生螯合作用实现去除.     

基于集成分析的环渤海地区河流硝酸盐污染解析

近几十年全球人口剧增,粮食生产及燃料消耗都增加了地表水中的氮负荷,而地表水是连接大陆氮库和海洋氮库的重要通道,地表水中的硝酸盐的增加将直接导致河口及沿海硝酸盐浓度的增加,因此研究近海河流的氮污染情况、确定影响因素将会为近海营养物质的控制及水环境管理提供重要信息.以环渤海地区的入海河流为主要研究对象,通过收集公开数据建立环渤海地表水硝酸盐数据库集成分析,研究入海河流的水体硝酸盐的时空污染特征及其与各影响因素之间的关系.结果表明,环渤海区域地表水中硝酸盐浓度的变化范围在0.0~76.4 mg·L~(-1),与溶解氧、总氮、总磷和电导率有显著的相关关系(p=0.01).在空间变化方面,黄河下游及浑太河上游流域硝酸盐污染较为严重.在除去来自城市污废水排放的人工河道带来的硝酸盐浓度异常值后,丰水期(平均浓度4.55 mg·L~(-1))与平水期(平均浓度5.39 mg·L~(-1))的硝酸盐浓度的平均水平较枯水期(平均浓度4.03 mg·L~(-1))更高,且浓度的变化范围(丰水期:0.00~34.90 mg·L~(-1);平水期:0.00~31.00 mg·L~(-1))亦大于枯水期(0.00~25.64 mg·L~(-1)).影响因素方面,硝酸盐浓度与降水量有显著相关性(r=0.122,p=0.01).土地利用相关性研究表明耕地与建设用地是硝酸盐的主要来源,林地和草地对硝酸盐污染有改善作用.硝酸盐的入海通量约为33.4×10~4t·a-1.     

铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制研究

本文研究铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用机制,旨在为富营养化池塘、水库调控和治理提供理论指导。采用化学方法合成铁氧化物并对其进行表征,研究铁氧化物对磷的吸附特性和铜绿微囊藻生长与铁氧化物吸附解吸磷的相互作用。结果表明铁氧化物的物相组成与自然界土壤和底泥中铁氧化物存在形态相似;铁氧化物对磷的吸附属于专性吸附,吸附等温曲线符合Langmuir方程。在含铁氧化物的BG11培养基中培养铜绿微囊藻,铁氧化物对磷的吸附导致培养液中总磷（TP）和水溶性磷（SWP）浓度降低,抑制铜绿微囊藻的生长。铜绿微囊藻在含吸附磷的铁氧化物而无磷的BG11培养基（4.02 < pH < 10.05）中能够正常生长,藻生长导致溶液pH升高是诱导铁氧化物解吸磷的主要因素,铜绿微囊藻光合作用释放的氧气可以抑制三价铁向二价铁的转化。针对铜绿微囊藻诱导铁氧化物释放磷并被其吸收的机制,要控制富营养化水体蓝藻爆发,除控制外源磷输入外,应该抑制底泥中铁磷释放,或通过藻细胞的收集和移除来降低底泥中铁氧化物的磷负荷。     

南京市秋季大气颗粒物中金属元素的粒径分布

在南京市仙林地区,采用ANDERSON八级撞击采样器,于2016年秋季采集了63个大气颗粒物有效样本,并利用ICP-MS分析了金属元素的含量.结合气象等资料,研究了大气颗粒物金属元素的粒径分布与富集特征,并对其来源进行了探讨.结果表明：南京秋季大气颗粒物质量浓度的粒径分布呈双峰型,峰值分别位于0.4~1.1和3.3~9μm;金属元素的粒径分布呈3种类型,一是粗粒子单峰型,峰值位于3.3~5.8μm,主要元素包括Na、Al、Ca、Mg、Co、Ce、Sr和Ba;二是细粒子单峰型,峰值位于0.4~1.1μm,主要元素包括Zn、As、Cd、Ag、Tl和Pb;三是粗细粒子双峰或多峰型,峰值位于1.1和5μm粒径段,主要元素包括K、Se、Li、Be、Mn、V、Cu、Cr、Ni和Fe.按富集因子的大小,可将元素分为3类,低富集元素包括Ba、Ca、Ce、Sr、Mg、Fe、Co、Mn、Be和V,中富集元素包括Li、Na、Ni、K和Cr,高富集元素包括Cu、Tl、Zn、As、Pb、Ag、Cd和Se.不同的粒径分布和富集水平反映了大气颗粒物的来源特征.研究结果可以为深入认识大气颗粒物金属元素的来源及其环境与健康效应提供科学依据.     

珠江河口区地下水盐分空间变异特征分析

珠江河口区沿海冲积平原水动力条件差,随着几次海进海退的过程,地下储藏着大量的咸水。本文以广州南部地区地下水盐分为研究对象,以物探技术为主要方法,结合地下水TDS空间分布以及14C,分析地下水盐分的变异特征,并探讨了地下水盐分的来源以及珠江河口区地下水循环过程。结果表明:地下水盐分由研究区东部和西部向内陆减少,由北部向南部逐渐增高;地下水溶解性总固体（TDS）超过1 g/L的咸水分布面积约占研究区的75%;研究区地下水流场可分为两个子系统,南部受到海水入侵影响,地下咸水水力交换较差,北部咸水受到地表淡水和浅层地下水的补给后出现淡化现象。     

典型燃煤电厂废SCR催化剂解析及环境管理思考

目的提出废烟气脱硝催化剂成分解析、产生量预测及处理处置的对策。方法用ICP方法对烟气选择性催化还原脱硝过程中产生的大量废SCR催化剂化学成分等进行分析。采用数学模型对废SCR产生量进行估算,并在此基础上给出将废SCR催化剂列入危废名单的原因。结果在燃煤电厂装机容量的基础上进行理论推算,我国将从2017年开始大量产生SCR催化剂固体废弃物,并会逐年增加,在2020年以后逐步稳定在25×104~30×104 m3/a。废SCR催化剂中Ti的含量最高,约占23.3%~46.2%。W,V,Mo,Ba是SCR催化剂中的活性组分,并且不同SCR催化剂中活性组分的含量并不相同。钒的含量对废SCR催化剂的潜在判定影响较大。SCR催化剂可能会吸附砷、汞、镉等重金属以及各种飞灰成分等物质,从而增加了废SCR催化剂的化学成分。依据《国家危险废物名录》第二条的相关规定,鉴于废烟气脱硝催化剂不排除具有危险特性,且不处理或处理不当可能对环境或者人体健康造成有害影响。基于此,本研究团队将烟气脱硝过程中产生的废钒钛系催化剂建议纳入危险废物统一管理。结论废SCR催化剂是我国近期出现并将长期存在的一种脱硝危废,尚缺乏符合国情的处理处置经验。为了建设"天蓝、地绿、水清"的美丽中国,需要继续探索可行的废SCR催化剂的监督和管理措施,完善各项标准和法规,最终实现对废SCR催化剂进行有效的监管。