氯灭活地下水源中3种优势真菌的效能与机制

地下水源中真菌大量繁殖会产生嗅味,引发毒性反应以及产生大量肉眼可见的絮状物,严重影响供水水质.以地下水源中3种优势真菌木霉属、青霉属、枝孢属为研究对象,以氯为消毒剂,通过研究真菌孢子胞内物质泄漏,胞外三磷酸腺苷(ATP),脱氧核糖核酸(DNA)和蛋白质增加及孢子形态变化,探明了氯灭活3种真菌孢子的效能与机制.结果表明,氯灭活真菌孢子符合一级动力学,满足Chick模型,3种真菌的耐氯性为:木霉属青霉属枝孢属,真菌孢子尺寸越大,亲水性越强,灭活效果越好.氯灭活后,胞内物质泄漏,胞外特征物质(ATP、DNA、蛋白质)显著增加;氯对细胞表面破坏严重,灭活后真菌孢子凹陷,表面褶皱.综上所述,氯首先作用于孢子表面,降低孢子的可培养性,进一步作用使细胞的通透性屏障受损,导致胞内特征物质释放,以致孢子死亡.     

镧-铅复合污染下AM真菌对玉米生长和镧、铅吸收的影响

采用温室盆栽试验的方法,模拟不同程度的镧-铅复合污染土壤(50、200、800 mg·kg~(-1)),研究接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)、真菌Claroideoglomus etunicatum(CE)和Rhizophagus intraradices(RI)对玉米(Zea mays L.)菌根侵染率、生物量、矿质营养元素吸收、C∶N∶P生态化学计量比、稀土镧(La)和重金属铅(Pb)吸收、转运的影响,旨在为稀土-重金属复合污染土壤的治理和修复提供科学依据.结果表明,AM真菌CE和RI均与玉米建立了共生关系,平均菌根侵染率为26.7%~95.8%;随着La-Pb复合污染含量的增加,玉米植株菌根侵染率、地上部和根部生物量以及N、P、K、Ca、Mg这5种矿质营养元素含量显著降低,而玉米植株C∶P和N∶P以及地上部和根部La、Pb含量显著增加.接种2种AM真菌使玉米植株生物量显著提高了17.8%~158.9%,地上部和根部P含量显著提高了24.5%~153.8%,降低了C∶P和N∶P,符合生长速率假设.在3种程度La-Pb复合污染含量土壤上,AM真菌使玉米植株根部Pb含量显著增加了51.3%~67.7%,地上部Pb含量显著降低了16.0%~67.7%,Pb从玉米根部向地上部的转运率降低了31.5%~54.7%;同时,接种AM真菌显著增加了轻度LaPb复合污染土壤上玉米植株的La含量,在中度La-Pb复合污染土壤上却显著减少了玉米地上部的La含量,增加了玉米根部的La含量,抑制了La从根部向地上部的转运,重度La-Pb复合污染土壤上均没有显著影响.试验结果初步证明,AM真菌具有促进稀土-重金属复合污染土壤植物修复的潜力,对于稀土-重金属复合污染土壤生态系统的植被恢复具有潜在应用价值.     

黄土丘陵区坡面水蚀对降雨和下垫面微观格局的响应

黄土高原严重的土壤侵蚀是降雨和复杂脆弱的下垫面共同作用的结果.以微型小区尺度上(1.2 m×1.2 m;2 m×1.2m)模拟降雨技术为基本研究手段,定量刻画了降雨量和降雨强度等基本降雨特征值对定西安家沟自然坡面上荒草、沙棘中位、沙棘下位、沙棘上位、结皮裸地和裸地等不同植株微观格局及其处理下的水蚀过程的影响.主要取得以下结果:①雨强和雨量对水蚀的发生均能产生显著影响,但以雨强的影响力更大;②前期土壤含水量与产流时间显著负相关,而与径流量和侵蚀量显著正相关.前期含水量相同时,不同植株微景观格局对产流时间发挥了关键作用;③不同植株及其微观格局遏制地表径流的能力迥异.在50～60 mm.h-1的大雨强作用下,有沙棘覆盖的小区径流系数仅为5%～8%,荒草地为25%,结皮裸地为45%,而裸地则高达63%;④有沙棘覆盖的小区中,沙棘在小区中所处的具体位置对于水土流失效应又极为重要,以沙棘下位的水土保持效果最好.     

MUCT工艺全程硝化和短程硝化模式下反硝化除磷研究

采用MUCT工艺处理低C/N比实际生活污水,研究在全程硝化及短程硝化模式下系统的反硝化除磷性能.MUCT反应器在常温下运行180 d,结果表明,采用低DO和短水力停留时间(HRT)实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到70%以上.系统表现出较好的反硝化除磷性能,短程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为90%和91%,全程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为60%和88%.虽然短程硝化模式下磷的去除效果明显优于全程硝化模式,但荧光原位杂交(FISH)试验结果表明,2种模式下污泥中PAOs占总菌群的比例基本相同,平均为37%.COD去除效果稳定,试验期间出水COD均低于50 mg.L-1.不同硝化模式下污泥的批次试验表明:短程硝化期间,以NO2--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌占总聚磷菌的比例和全程硝化期间以NO3--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌的比例相比没有明显变化,平均为38%;与全程硝化时期相比,短程硝化阶段对有限碳源的利用率更高,磷的去除效果更好.短程硝化模式下的反硝化除磷更有利于低碳源污水的处理.     

河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究

为探究田间土壤水及地下水在不同作物种植区、不同灌期等情况下的动态变化规律与水平衡特征,以春小麦、玉米、向日葵为典型作物,在河套灌区选取4块2亩的试验田,于2009年4-11月采集田间土壤及地下水样品进行研究.结果表明,不同作物地块间土壤含水率的变化差别主要集中在5-9月的作物生长期.夏灌灌水量不足,土壤含水率呈下降趋势,田间土壤水分变化属于“蒸腾蒸发消耗型”;秋浇期内水量充足,各地块各土层含水率均明显增加,田间土壤水分呈“入渗补给型”.各地块地下水埋深月均变化趋势基本一致,由于优先流的存在,地下水对灌溉降水响应快.本文定量研究了区域土壤水和地下水的变化规律,揭示了灌区水平衡要素间的相互转换关系,可为灌区科学合理的水资源管理提供理论依据.     

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.     

基于能源-环境情景模拟的北京市大气污染对居民健康风险评价研究

保护居民健康是北京市能源系统优化管理和大气污染治理的重要目标.本研究基于北京市的社会经济发展目标并结合相关节能减排和环保要求,针对全市2010-2020年间的能源消费分别设计了高、中、低3种约束情景,通过LEAP模型预测了全市至2020年的能源消费量与S02、NOx、PM10和PM2.5等4种主要大气污染物的排放强度,并采用泊松回归模型对3种情景下主城区居民受环境空气中这4种大气污染物的暴露危害所导致的健康风险进行了评估.结果显示:相对低约束情景,高约束情景至2020年可避免与S02、NOx、PM10和PM2.5污染相关的死亡危害分别为2663、6359、4720和4104人·a-1,而且在高约束情景下煤炭消费比重每下降1％,可相应地避免约1400人·a-1的污染急性死亡.由此建议北京市实施更加严格的节能和减排措施,严控煤炭消费总量,进一步优化能源结构,最大程度地降低能源消费导致的大气污染所产生的居民健康风险.     

沉积物中雌激素及壬基酚、辛基酚、双酚A的测定

近些年来雌激素及烷基酚类化合物由于其对水生生物的内分泌干扰作用越来越受到广泛关注.沉积物作为环境中有机污染物的重要储存库,研究目标物在其中的浓度分布对于探明此类物质在环境中的迁移转化具有重要意义.但沉积物中基质组成复杂而雌激素又痕量存在,这增加了前处理的难度.本研究从雌激素及烷基酚类化合物的理化性质入手,采用碱液提取、液液萃取和LC-MS/MS分析测定沉积物样品中的雌激素及壬基酚、辛基酚、双酚A.结果表明,经过优化的方法对7种目标物的回收率介于61.9%～93.7%之间.该方法能有效去除沉积物中那些不溶于强碱和既溶于酸又溶于碱的有机污染物,同时操作简单、成本低,但回收率高、检出限低,可广泛适用于河流沉积物样品及土壤样品的前处理.     

东北三省畜禽养殖类固醇激素排放及其潜在污染风险

以东北三省畜禽养殖数量统计数据和养殖结构分析为基础,对黑龙江、吉林和辽宁省畜禽养殖类固醇激素排放量进行了估算,并初步探讨了畜禽粪便中类固醇激素对当地水体的潜在污染风险.结果表明,由于养殖数量的增加,东北三省畜禽粪便所排放的类固醇激素量均持续增大.在1998～2008年的10 a间,辽宁、吉林和黑龙江三省的类固醇激素排放量分别增长了2 272.7、1 951.1和1 634.8 kg,并且省会城市沈阳、长春和哈尔滨的增长最为明显.东北三省各城市中畜禽粪便类固醇雌激素排放量最大的是长春,达到874.7 kg;哈尔滨和沈阳的排放量在各自省份中也是最大,分别为652.7 kg和603.1 kg·辽宁省的畜禽类固醇激素排放总量在东北三省为最多,所排放类固醇雌激素的雌二醇等当量浓度EEQs预测值也最高,达到17.1ng·L-1.如果以英国环保署(Environment Agency,United Kingdom)建议的最低可观测效应浓度10 ng·L-1为参考依据,辽宁省在目前的畜禽养殖规模和结构下,所排放的粪便类固醇雌激素极有可能会对地表水体中的水生生物产生内分泌干扰效应.     

Cost-performance analysis of nutrient removal in a full-scale oxidation ditch process based on kinetic modeling

A full-scale oxidation ditch process for treating sewage was simulated with the ASM2d model and optimized for minimal cost with acceptable performance in terms of ammonium and phosphorus removal. A unified index was introduced by integrating operational costs (aeration energy and sludge production) with effluent violations for performance evaluation. Scenario analysis showed that,in comparison with the baseline (all of the 9 aerators activated), the strategy of activating 5 aerators could save aeration energy significantly with an ammonium violation below 10%. Sludge discharge scenario analysis showed that a sludge discharge flow of 250–300 m3/day (solid retention time (SRT), 13–15 days) was appropriate for the enhancement of phosphorus removal without excessive sludge production. The proposed optimal control strategy was: activating 5 rotating disks operated with a mode of "111100100" ( "1"represents activation and "0" represents inactivation) for aeration and sludge discharge flow of 200 m3/day (SRT, 19 days). Compared with the baseline, this strategy could achieve ammonium violation below 10% and TP violation below 30% with substantial reduction of aeration energy cost (46%) and minimal increment of sludge production (< 2%). This study provides a useful approach for the optimization of process operation and control.