Insights into sludge granulation during anaerobic treatment of high-strength leachate via a full-scale IC reactor with external circulation system

In this study, a full-scale internal circulation(IC) reactor coupled with an external circulation system was developed to treat high-strength leachate from a municipal solid waste(MSW)incineration plant, in which anaerobic sludge granulation was intensively investigated. Results showed that the IC reactor achieved excellent treatment performance under high organic loading rates(OLR) of 21.06–25.16 kg chemical oxygen demand(COD)/(m3? day). The COD removal efficiency and biogas yield respectively reached 89.4%–93.4% and 0.42–0.50 m3/kg COD.The formation of extracellular polymeric substances(EPS) was closely associated with sludge granulation. Protein was the dominant component in sludge EPS, and its content was remarkably increased from 21.6 to 99.7 mg/g Volatile Suspended Solid(VSS) during the reactor operation. The sludge Zeta potential and hydrophobicity positively correlated with the protein/polysaccharide ratio in EPS, and they were respectively increased from-26.2 m V and 30.35% to-10.6 m V and 78.67%, which was beneficial to microbial aggregation. Three-dimensional fluorescence spectroscopy(3 D-EEM) and Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)analysis further indicated the importance of protein-like EPS substances in the sludge granulation. Moreover, it was also found that the secondary structures of EPS proteins varied during the reactor operation.     

Concurrent catalytic removal of typical volatile organic compound mixtures over Au-Pd/α-MnO2 nanotubes

α-MnO_2 nanotubes and their supported Au-Pd alloy nanocatalysts were prepared using hydrothermal and polyvinyl alcohol-protected reduction methods, respectively. Their catalytic activity for the oxidation of toluene/m-xylene, acetone/ethyl acetate, acetone/m-xylene and ethyl acetate/m-xylene mixtures was evaluated. It was found that the interaction between Au-Pd alloy nanoparticles and α-MnO_2 nanotubes significantly improved the reactivity of lattice oxygen, and the 0.91 wt.% Au0.48 Pd/α-MnO_2 nanotube catalyst outperformed the α-MnO_2 nanotube catalyst in the oxidation of toluene, m-xylene, ethyl acetate and acetone. Over the0.91 wt.% Au0.48 Pd/α-MnO_2 nanotube catalyst,(i) toluene oxidation was greatly inhibited in the toluene/m-xylene mixture, while m-xylene oxidation was not influenced;(ii) acetone and ethyl acetate oxidation suffered a minor impact in the acetone/ethyl acetate mixture; and(iii) m-xylene oxidation was enhanced whereas the oxidation of the oxygenated VOCs(volatile organic compounds) was suppressed in the acetone/m-xylene or ethyl acetate/m-xylene mixtures. The competitive adsorption of these typical VOCs on the catalyst surface induced an inhibitive effect on their oxidation, and increasing the temperature favored the oxidation of the VOCs. The mixed VOCs could be completely oxidized into CO_2 and H_2 O below 320°C at a space velocity of 40,000 m L/(g·hr). The 0.91 wt.% Au0.48 Pd/α-MnO_2 nanotube catalyst exhibited high catalytic stability as well as good tolerance to water vapor and CO_2 in the oxidation of the VOC mixtures. Thus, the α-MnO_2 nanotube-supported noble metal alloy catalysts hold promise for the efficient elimination of VOC mixtures.     

基于遥感影像的江西省水体资源和水产养殖结构空间异质性分析

为系统掌握江西省水体资源结构和水产养殖基本特征,论文通过遥感技术获取了2012年各县域的水体面积,并划分为不同的水体类型。通过全局和局域空间自相关,分析了89个县（市）水产养殖典型要素的空间异质性以及空间差异程度。针对空间关联及非均质性的现象,运用地理加权回归揭示了水体资源大小、养殖方式、平均单产水平和渔业专业养殖人员数量对养殖产量的影响程度。结果表明：江西省水体资源类型以大水面为主,占总面积的70%,其次为水库山塘,占21.26%,小型池塘面积占9%。水资源结构地区差异明显,北部区域以大水面为主,南部以山塘水库为主。养殖产量和面积表现出空间集聚分布特征（P<0.01）,但各县域的聚集性分布也表现出不同的模式,彭泽县、都昌县、鄱阳县、南昌市辖区、南昌县、丰城市、进贤县和余干县8个县域,均为高-高分布类型,养殖面积和产量分别占到总量的34.55%、35.42%。从养殖品种结构上,特种养殖产量主要集中在上饶市、九江市、南昌市和宜春市,占69.84%,但特种养殖产量所占比例与水体资源大小的相关性下降,水资源较少的东部山区丘陵地带依据区位特征发展鳖、蛙产业,特种养殖比例较高。从水产养殖驱动力分析,水体面积对养殖产量的影响程度最大（中位值为0.46）,其次是小型池塘面积（中位值为0.36）、专业养殖人口数量（中位值为0.26）,3个因素与养殖产量均为正相关,其中水体面积和小型池塘面积对养殖产量的影响程度从南向北递减,专业养殖人口对养殖产量的影响程度从南向北递增。影响程度的空间异质性变化可能与养殖方式和品种结构有关。平均单产水平对养殖产量的贡献较弱（中位值为 -0.003）,各地区影响强度差别不明显。分析结果有助于系统了解江西省水体资源分布和养殖结构,对优化产业规划布局有重要的指导意义。     

综合生态安全格局构建与城市扩张模拟的城市增长边界划定——以天水市规划区（2015—2030年）为例

传统的城市增长边界划定方法,一般仅考虑生态安全格局,并未考虑在现有客观条件下的城市扩张趋势,划定结果具有一定的主观性;或仅对城市的扩张进行模拟,忽略了城市的生态安全问题。针对上述问题,论文通过耦合城市综合生态安全格局与基于CA_Markov模型的城市扩张模拟结果,提出了一种新的城市增长边界划定方法:首先,合理选取因子构建研究区的综合生态安全格局,利用禁建区对综合生态安全格局的结果进行修正,获得研究区的刚性增长边界;其次,合理选取城市扩张驱动因子,通过CA_Markov模型预测城市扩张边界;最后,综合考虑刚性增长边界、模拟获得的城市扩张边界及近期城市拓展方案等,获得最终的城市增长边界。并以天水市规划区（2015—2030）为案例,对方法的科学性进行了说明。结果表明,论文划定的城市增长边界内总面积370.56 km²,占规划区总面积的7.7%。此方法能够有效解决城市增长与生态保护之间的矛盾,对河谷型城市等建设用地匮乏、生态环境脆弱城市的增长边界划定具有良好的应用价值,也可为其他类型城市的城市增长边界划定提供参考。     

外部性视角下的节水灌溉技术补偿标准核算——基于选择实验法

合理的补偿标准是节水灌溉技术补偿政策的核心,也是促进农户技术采用的关键内容。论文以石羊河下游民勤县为例,通过选择实验调研和RPL（Random Parameters Logit）模型估计,量化了节水灌溉技术采用的外部效益,并结合特定技术与农户谈判能力讨论了兼顾公平与效率的补偿标准。结果表明：民勤县城乡居民均希望实施节水灌溉技术来改善生态环境,技术采用的外部效益约为1 052.25元/hm²;以膜下滴灌技术为例,合理的补偿标准应在789.15元/hm²左右。从现行政策看,过低的补贴标准难以保障农户切身利益,导致政策响应不足。据此建议,完善成本收益核算体系,将技术采用的外部效益纳入补偿标准的核算中,提升补偿政策的公平性,同时也要根据技术类型及其采用面积进行精准化补偿,保障资金有效利用。     

基于脆弱性的地下水污染监测网多目标优化方法

区域地下水监测井的优化布设对于区域地下水系统管理有很重要的作用.为了以最少的监测费用最大化地获取区域污染风险和污染现状信息,以监测井数量最小、区域污染监测有效性最大、监测到的区域脆弱性分值最大为目标,建立了基于脆弱性评价的地下水污染监测网多目标优化模型.通过地下水脆弱性评价和溶质运移模型计算得到不同点位地下水脆弱性分值和污染物浓度,针对不同脆弱性等级提出区域监测井初设密度,采用改进非劣支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）基于初设监测网求解该多目标优化模型,结合质量误差分析确定监测网优化方案.结果表明,阿什河漫滩区和樊家沟流域地下水硝酸盐氮污染相对较严重;地下水脆弱性高和较高等级区域分别分布在抽水井群影响范围和河漫滩;结合NSGA-Ⅱ Pareto最优解及质量误差分析结果,得到该区域地下水监测井最优数量（12口）及其最优布设位置.研究显示,该优化监测网与初设监测网插值所得污染羽的质量误差小于15%,满足监测精度要求.      

浸渍-煅烧法改性凹凸棒石对模拟废水中磷的吸附特性

为提升凹凸棒石对水溶液中磷的吸附性能,以凹凸棒石、氢氧化铝、熟石灰为原料,采用浸渍-煅烧法制备ATP-IA（改性凹凸棒石）.通过吸附磷试验,探讨ATP-IA吸附性能以及投加量对吸附效果的影响;利用SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射光谱）、XRF（X射线荧光光谱）和FTIR（傅里叶转换红外光谱）对ATP-IA表征,并结合吸附动力学、热力学和等温吸附试验探讨ATP-IA吸附磷机制.结果表明,ATP-IA平衡吸附容量为26.34 mg/g（凹凸棒石的平衡吸附量为0.88 mg/g）,对磷的去除率可以达到99.36%;表征结果表明,改性可使部分凹凸棒石转变为钙沸石,改性能脱除凹凸棒石晶体内的结晶水,使凹凸棒石比表面积显著提升;动力学试验表明,ATP-IA吸附磷过程符合准二级动力学方程,说明ATP-IA吸附磷过程中反应控速步骤为化学反应;等温吸附试验结果符合Freundlich方程,表明吸附为多分子层不均匀吸附;热力学分析表明,ATP-IA吸附磷属于自发进行的吸热过程,且同时包含物理吸附和化学吸附.研究显示,浸渍-煅烧法改性会改变凹凸棒石部分理化性质,能显著提高凹凸棒石对磷的去除率及平衡吸附容量.      

海水中90Sr测量的国际比对研究

为了检验并提高海水人工放射性核素90Sr的分析水平,本研究利用二\（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）萃取-β计数法参与2016年国际原子能机构（IAEA）组织的海水90Sr活度分析国际比对活动,测量结果与IAEA给定的参考值一致。国际比对活动证明本方法测定海水样品中90Sr的结果可靠,且具有较低的检出限（0.14 Bq/m3）。本方法是目前中华人民共和国环保部标准HJ815-2016的重要补充,同时为今后海水90Sr的国家标准的建立打下基础,以满足我国滨海核电快速发展背景下的海水90Sr分析需求。     

海水中溶解氧碘量法测定结果的有效位数推算

当前海洋监测系统和环保监测系统面临着监测数据公开需求,溶解氧是环境监测的常规测项,其监测结果需要进行科学的规范性表达。有效数字能够体现测量值的可信程度,有效数字位数是测试结果规范表达的重要指标。本文详细分析"GB17378.4-2007海洋监测规范第4部分海水分析中第31章溶解氧"中的测定步骤中影响因素,对溶解氧测定结果的有效位数进行科学推断。分析表明,硫代硫酸钠浓度、硫代硫酸钠消耗体积、水样体积是关键影响因素。结果表明,硫代硫酸钠浓度有效位数3位,硫代硫酸钠使用体积有效位数3位或4位,水样体积有效位数5位;溶解氧碘量法测定结果的有效位数,通常为3位。     

生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响

为探究生物炭施用量对紫色水稻土温室气体排放的影响,通过盆栽试验,采用静态暗箱/气相色谱法,研究了不施肥对照(CK)、常规施肥(NPK)、10 t·hm-2生物炭+NPK(LBC)、20 t·hm-2生物炭+NPK(MBC)、40 t·hm~(-2)生物炭+NPK(HBC)这5种处理下温室气体的排放规律.结果表明:(1)生物炭施用显著降低了土壤CH_4排放通量,其排放通量大小顺序为:NPKCKLBCMBCHBC,各处理CH_4排放通量均呈单峰型曲线,峰值主要集中在水稻的生长后期,整个观测期CH_4的排放通量在-0.05~47.34 mg·( m~2·h)~(-1)之间;各处理CO_2排放通量变化较复杂,介于32.95~1 350.88mg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC和MBC处理呈双峰型曲线外,其余处理均呈单峰型,不同生物炭施用量处理均延后了CO_2排放通量峰值出现的时间;N_2O的排放通量在-309.39~895.48μg·( m~2·h)~(-1)之间,除LBC处理呈双峰型曲线变化外,其余处理均呈单峰型曲线;(2)与空白对照处理相比,生物炭处理均可显著降低CH_4的累积排放量,而促进了CO_2和N_2O累积排放量,CH_4、CO_2和N_2O的平均累积排放量从大到小分别为CKLBCMBCHBC处理、LBCMBCHBCCK处理和HBCMBC≈LBCCK处理;与常规施肥处理相比,不同施用量生物炭添加均可显著降低CH_4和CO_2的排放,且生物炭添加量越多,对CH_4和CO_2排放的减缓作用越明显,但是对N_2O排放的抑制作用尚不明显;(3)在100 a时间尺度上各生物炭处理可显著降低温室气体的综合增温潜势,表明生物炭配施化肥是一种有效的减排措施.