Research and application of method of oxygen isotope of inorganic phosphate in Beijing agricultural soils

Phosphorus (P) in agricultural ecosystems is an essential and limited element for plants and microorganisms. However, environmental problems caused by P accumulation as well as by P loss have become more and more serious. Oxygen isotopes of phosphate can trace the sources, migration, and transformation of P in agricultural soils. In order to use the isotopes of phosphate oxygen, appropriate extraction and purification methods for inorganic phosphate from soils are necessary. Here, we combined two different methods to analyze the oxygen isotopic composition of inorganic phosphate (δ¹⁸O_P) from chemical fertilizers and different fractions (Milli-Q water, 0.5 mol L^?1 NaHCO₃ (pH = 8.5), 0.1 mol L^?1 NaOH and 1 mol L^?1 HCl) of agricultural soils from the Beijing area. The δ¹⁸O_P results of the water extracts and NaHCO₃ extracts in most samples were close to the calculated equilibrium value. These phenomena can be explained by rapid P cycling in soils and the influence of chemical fertilizers. The δ¹⁸O_P value of the water extracts and NaHCO₃ extracts in some soil samples below the equilibrium value may be caused by the hydrolysis of organic P fractions mediated by extracellular enzymes. The δ¹⁸O_P values of the NaOH extracts were above the calculated equilibrium value reflecting the balance state between microbial uptake of phosphate and the release of intracellular phosphate back to the soil. The HCl extracts with the lowest δ¹⁸O_P values and highest phosphate concentrations indicated that the HCl fraction was affected by microbial activity. Hence, these δ¹⁸O_p values likely reflected the oxygen isotopic values of the parent materials. The results suggested that phosphate oxygen isotope analyses could be an effective tool in order to trace phosphate sources, transformation processes, and its utilization by microorganisms in agricultural soils.     

紫外-Fenton法处理高盐有机废水

以某电镀厂水回用系统产生的高盐有机废水为对象,对比研究了Fenton、UV-Fenton等工艺去除COD性能,考察了初始pH、H2O2投加量、Fe2+与H2O2摩尔比、反应时间等参数对处理效果的影响。结果表明:UV-Fenton工艺的最佳条件为初始pH=3.0,H2O2的投加量3 mmol/L,RFe2+:H2O2=1:1,反应时间30 min;在此条件下,COD去除率可达到60%以上,分别较Fenton和UV-H2O2工艺提高23.0%和39.3%。UV-Fenton工艺中,Fenton与UV表现出良好的协同效果,其处理效果较单独Fenton和单独UV处理效果之和高14.7%。UV的引入促进Fe(II)/Fe(Ⅲ)循环,可以提高·OH生成量以及Fe2+与H2O2利用率。UV-Fenton是处理高盐有机废水的可行工艺之一。     

电絮凝-超滤除氟工艺参数优化研究

电絮凝-超滤(electrocoagulation-ultrafiltration,EC-UF)工艺在饮用水除氟方面具有良好的应用前景。研究了EC-UF除氟效果和膜污染过程,考察了电流密度、水力停留时间、初始pH、初始氟浓度对除氟效果和膜污染的影响。结果表明,在连续流下EC-UF工艺除氟效果良好,在电流密度30 A/m2、水力停留时间20 min、初始pH在6.0~7.0的最佳工艺条件下,氟的去除率达到80%以上。膜污染主要是由电解过程产生的铝絮凝剂与氟离子形成的颗粒物质导致。上述结果为EC-UF除氟工艺改进提供了参考和依据。     

臭氧对再生水中指示病原微生物的灭活特性

以臭氧投加量(TOD)为臭氧消耗剂量评价指标,研究了北京市某实际再生水中臭氧对大肠杆菌及枯草芽孢的灭活特性,以及消毒过程中臭氧对溶解性有机碳(DOC)、色度、UV254、荧光强度的去除效果。在此基础之上,分析了色度与指示病原微生物灭活特性之间的相关性。结果表明,臭氧对大肠杆菌及枯草芽孢的灭活特性与余臭氧浓度有关。当水中无法检测到余臭氧时,随着TOD的增加,大肠杆菌灭活率增加的速率较慢,TOD增加 3 mg/L,灭活率增加了1.5 log。枯草芽孢则无显著灭活。当水中余臭氧浓度大于0时,大肠杆菌灭活率增加的速率快速提升,TOD增加 3 mg/L,灭活率增加了3 log。枯草芽孢灭活率也随TOD的增加而显著增加。消毒过程中,DOC无显著变化,而臭氧对色度、UV254、三维荧光强度的去除效果显著。当色度随TOD的增加而趋于稳定时,水中余臭氧浓度开始显著上升,预示着指示病原微生物开始进入高效灭活阶段。同时,进水色度越大,指示病原微生物进入高效灭活阶段所需的TOD越大。     

稻壳灰在陶粒烧制中的应用

针对目前每年产生的大量稻壳灰废弃物,本研究提出了利用稻壳灰作为发泡剂来制备多孔陶粒的利用途径。实验表明,对于粘土、建筑垃圾、粉煤灰等陶粒原料,稻壳灰都有很好的发泡效果。利用SEM、XRD等检测分析手段对稻壳灰的发泡机理进行了探讨,并证明了稻壳灰中残余碳化合物和活性硅组分是发泡能力的关键因素。本研究为稻壳灰找到了一种高价值的资源利用方式,同时也为陶粒制备提供了一种高效的发泡剂。     

盐度对人工渗滤系统中煤渣和陶粒除磷过程的影响

以煤渣和陶粒作为填料,通过静态吸附实验对二者的磷吸附动力学和等温吸附过程进行模型拟合,并考察了不同盐度对人工渗滤系统吸附除磷的影响。静态吸附实验结果表明,零盐度下,Elovich模型和双常数模型可较好拟合煤渣吸附除磷过程,而陶粒更符合一级动力学模型,二者吸附机理取决于填料的理化性质;不同盐度下,二者等温吸附过程 Langmuir 方程的拟合效果要好于Freundlich方程;盐度增大总体呈现对磷吸附的抑制作用,但由于盐度增加导致溶液中阴离子与磷酸根离子激烈竞争填料表面吸附位点,二者的吸附量均在1%和1.5% 盐度之间出现反复。人工渗滤系统连续实验结果表明,系统整体受盐度影响趋势与静态吸附实验结果基本一致。     

聚醚砜小球负载Comamonas sp.(bdq06)生物降解水中的喹啉

以聚醚砜为原料制备了一种具有多孔道的小球载体,负载睾丸酮丛毛单孢菌(bdq06)降解水中喹啉。制备的小球直径约3 mm,表面光滑,存在厚度约20μm的致密层。经过浸蚀去掉致密层后,露出粗糙表面,有助于细菌粘附和生殖。同时出现大量直径约1.5μm的孔道,且由外向内,孔径逐渐增大,细菌可以通过表层孔进入球内生殖。在pH为5、10和温度为40℃的条件下,负载菌的小球对水中喹啉的降解效果优于游离菌。小球具有良好的溶胀性和机械强度,经过多次重复使用后,球形完整而未破裂,细菌在球表面大量生殖形成生物膜,显著提高降解效率,能够在1 h内完全降解100 mg/L喹啉。以聚醚砜为原料制备的小球在废水处理中具有潜在应用前景。     

剩余污泥混合对絮凝污泥厌氧消化的强化

为了考察絮凝污泥与剩余活性污泥混合中温(35℃)厌氧消化效果,分析了不同混合比例、不同投配率下的总化学需氧量(TCOD)去除率、挥发性固体(VS)降解效果,通过pH值与氨氮浓度的变化来分析各反应器的稳定性。结果表明:污泥混合后消化效果明显得到提高,且污泥消化效率随着投配率的增加先提高后下降。5%投配率时,絮凝污泥/剩余污泥(VS比)为1:2时厌氧消化效果最好,TCOD去除率达到47.8%,VS降解率达到46.8%,分解单位VS产气量达到了435 mL/g,pH值与氨氮浓度分别保持在7.4和269 mg/L左右,混合污泥厌氧消化系统较稳定。这说明与剩余污泥的混合消化能有效提高絮凝污泥的厌氧消化性能。污泥絮体的显微分析表明:厌氧消化过程中絮体面积百分比逐步减小,污泥结构逐步解体,可以解释污泥消化的微观过程。     

污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下。选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高。本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P=500 W,t=2 h)、碱解(pH=13,t=2 h)和酸解(pH=2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9%、39.1%、31.0%和22.4%的COD溶出率。对预处理后污泥进行传统条件下(SRT=20 d)厌氧消化,分别获得了53.6%、40%、26.8%和24%的甲烷产率(mL/g VSS)增量。同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加。缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈。