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.     

水环境中典型纳米颗粒对菲的吸附特征

以典型三环多环芳烃菲为代表,选取11种典型纳米颗粒对水中不同浓度的菲进行吸附实验,探究水体中的纳米颗粒对菲的吸附特征.结果表明,Freundlich模型对所有样品的拟合结果最好.logKFr值显示,有机膨润土及3种炭黑对菲的吸附作用最强,且远远大于其他纳米颗粒.有机膨润土对菲的吸附表现为线性吸附(n=1.08),而3种炭黑均表现出显著的非线性特征(n＜0.5),且非线性特征随吸附能力的增强而增强,其他几种纳米颗粒均表现出非线性吸附特征(n＜0.9).水中所有的纳米颗粒在与菲作用的过程中,吸附的强弱与颗粒表面电位、粒径及比表面积均无显著相关性,即对于所有纳米颗粒来说,这几种性质并不是决定吸附作用的最主要因素,而吸附剂的化学组成及结构特性可能是引起吸附作用差异的主要原因.     

NO参与铝诱导蚕豆保卫细胞死亡的调控

铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素,是酸性土壤中导致植物生长抑制和作物产量下降的一个主要因素,但铝毒性作用机制尚不清楚.本文以蚕豆叶表皮为材料,研究铝胁迫对气孔保卫细胞活性的影响,探讨NO在铝诱导细胞死亡中的作用.结果表明,一定浓度的A1Cl3可诱导气孔保卫细胞活性降低,部分细胞死亡,且随着铝浓度的增高细胞死亡率增高.死细胞呈现核固缩、核崩解、凋亡小体等典型凋亡特征,且凋亡抑制剂Z-Asp-CH2-DCB能阻止AlCl3诱发的细胞死亡.用NO清除剂c-PTIO、NO合酶抑制剂L-NAME或硝酸还原酶抑制剂NaN3降低铝处理组胞内NO后,细胞死亡率显著降低,胞内ROS、Ca2+水平同期降低;NaN3还能降低铝处理组中具有程序性死亡特征的细胞比率.用ROS清除剂AsA清除铝处理组胞内ROS后,细胞死亡率显著降低,胞内Ca2+和NO水平亦显著降低;铝处理液中加入Ca2+通道抑制剂LaCl3后,细胞死亡率低于铝单独处理组,胞内ROS和NO水平无明显改变.研究结果表明,铝胁迫引起的胞内NO合成增加通过Ca2+信号途径介导了保卫细胞的程序性死亡.     

微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能的影响研究

通过微波辐射对污水处理厂动态流活性污泥性能进行实验研究,考察了微波辐射3min内污泥沉降性能、脱水性能的变化,探讨了微波辐射对污泥挥发性悬浮固体(VSS)溶解率、上清液中COD和污泥微观形态的影响.结果表明,低强度的微波辐射对活性污泥相关性质的影响不显著,没有从根本上改善活性污泥的结构.适宜的微波辐射能显著改善活性污泥的沉降性能和脱水性能,500、700和900W微波辐射的适宜辐射时间分别为180、150和60s,此时,活性污泥的比阻为0.3×109S2·g-1左右,较原活性污泥减小了88%,泥饼含水率由原活性污泥直接抽滤的85.2%降低到70.0%.VSS溶解率和上清液COD都随着辐射功率及辐射时间的增加而升高.适宜的微波辐射能促进污泥的团聚絮凝,过度的辐射会破坏活性污泥结构,使活性污泥颗粒细小化,混合液黏度增大,导致脱水性能变差.通过动态流动下微波辐射对活性污泥性能影响的研究,可为微波辐射在活性污泥处理的实际应用提供理论依据.     

等离子体催化降解甲苯途径的原位红外研究

考察了在常温常压条件下,等离子体分别协同SiO₂、Al₂O₃、NiO/Al₂O₃降解甲苯的性能,并从材料的介电常数、对甲苯的吸附性及臭氧分解能力等角度分析了不同活性表现的原因,同时,采用原位红外技术研究了甲苯降解过程中催化剂表面吸附物种的变化.结果表明,当甲苯浓度为100 ppm,气体流量为100 mL·min^-1时,一定范围内,甲苯降解率随着能量密度、介电常数、吸附性及臭氧分解能力的提高而提高.甲苯在催化剂表面的吸附对其降解途径有十分重要的影响:在放电区域中加入SiO₂,甲苯仍然在气相中完成降解;而存在Al₂O₃ 及NiO/Al₂O₃时,甲苯氧化成苯甲酸的过程主要发生在催化剂表面,是甲苯催化降解的关键步骤,苯甲酸在活性位点的积累将降低催化剂的反应活性.     

进水底物浓度对蔗糖废水产酸合成PHA影响研究

混合菌群合成生物可降解塑料(PHA)成为目前研究的热点,三段式PHA合成工艺(水解产酸、产PHA菌富集、PHA合成)被广泛应用.在三段式工艺中,产PHA菌的富集非常关键,只有稳定产生PHA菌才能保障PHA合成的产量.针对产PHA菌富集系统容易出现污泥膨胀的问题,本研究考察了进水底物浓度对产PHA菌富集效率及运行稳定性的影响.在560mg·L-1、1 120 mg·L-1、1 680 mg·L-1这3组不同进水底物浓度的对比实验中,证实了COD 1 120 mg·L-1条件下富集反应器能够在较短污泥龄下稳定富集具有较高污泥浓度的高效产PHA菌,且不会发生污泥膨胀.在94 d的富集期后其批次实验最大PHA含量、PHA转化率(COD/COD)及PHA比合成速率能分别达到50%、0.714 5及0.191 2 mg·(mg·h)-1.研究还同时证实细胞内糖原水平高低与其PHA合成能力密切相关,可采用其作为富集效果的重要检测指标之一.     

餐厨垃圾与污水污泥共消化产酸试验研究

研究了餐厨垃圾与污水污泥在不同混合比例、不同污泥停留时间条件下的共消化产酸效果。试验结果表明:当餐厨垃圾与污水污泥TS比为1∶3时,SRT=1 d的反应器酸化效率最高,且乙酸含量占优,产酸效果较佳;当TS之比为1∶1时,各反应器产酸量普遍高于1∶3时,其中SRT=5 d产酸反应器,最高酸化效率达5.94,产酸量最大,且乙酸含量占优,运行效果最佳。     

pH过程控制对铁炭微电解-Fenton影响中试研究

采用铁炭微电解-Fenton联合工艺处理制药废水生化出水,探讨了初始pH对微电解过程COD降解速率、出水中Fe2+和Fe3+变化规律以及后续Fenton氧化效果的影响,为优化联合工艺提出了微电解反应pH过程控制的理论。采用pH过程控制时,微电解对COD降解速率大大提高,降解过程基本符合零级反应动力学,同时可大大提高Fe2+和Fe3+浓度及总铁析出量。试验结果表明:当初始pH=2.5,以3.0L/h连续性投加稀硫酸100 min,曝气微电解反应2 h,出水再投加1.0mL/L的H2O2进行Fenton氧化2 h,出水COD总去除率可达85.6%;采用pH过程控制可将微电解出水ρ(Fe2+)浓度从48.6 mg/L提高至149 mg/L,COD降解速率从10.9 mg/(L·h)提高至23.8 mg/(L·h)。     

Photocatalytic degradation of carbofuran in TiO2 aqueous solution：Kinetics using design of experiments and mechanism by HPLC/MS/MS

The photocatalytic degradation kinetics of carbofuran was optimized by central composite design based on response surface methodology for the first time. Three variables, TiO2 concentration, initial pH value and the concentration of carbofuran, were selected to determine the dependence of degradation efficiencies on independent variables. Response surface methodology modeling results indicated that the degradation efficiency of carbofuran was highly affected by the initial pH value and the concentration of carbofuran. Then nine degradation intermediates were detected by HPLC/MS/MS. The Frontier Electron Densities of carbofuran were calculated to predict the active sites on carbofuran attacked by hydroxyl radicals and photoholes. Point charges were used to elucidate the chemisorption pattern on TiO2 catalysts during the photocatalytic process. By combining the experimental results and calculation data, the photocatalytic degradation pathways of carbofuran were proposed, including the addition of hydroxyl radicals and the cleavage of the carbamate side chain.     

An online monitoring system for atmospheric nitrous acid (HONO) based on stripping coil and ion chromatography

A new instrument for measuring atmospheric nitrous acid(HONO) was developed,consisting of a double-wall glass stripping coil sampler coupled with ion chromatography(SC-IC).SC-IC is featured by small size(50 × 35 × 25 cm) and modular construction,including three independent parts:the sampling unit,the transfer and supporting unit,and the detection unit.High collection efficiency(> 99%) was achieved with 25 μmol/L Na2CO3 as absorption solution even in the presence of highly acidic compounds.This instrument has a detection limit of 8 pptv at 15 min time resolution,with a measurement uncertainty of 7%.Potential interferences from NOx,NO2+SO2,NO2+VOCs,HONO+O3,HNO3,peroxyacetyl nitrite(PAN) and particle nitrite were quantified in laboratory studies and were found to be insignificant under typical atmospheric conditions.Within the framework of the 3C-STAR project,inter-comparison between the SC-IC and LOPAP(long path liquid absorption photometer) was conducted at a rural site in the Pearl River Delta.Good agreement was achieved between the two instruments over three weeks.Both instruments determined a clear diurnal profile of ambient HONO concentrations from 0.1 to 2.5 ppbv.However,deviations were found for low ambient HONO concentrations(i.e.< 0.3 ppbv),which cannot be explained by previous investigated interference species.To accurately determine the HONO budget under illuminated conditions,more intercomparison of HONO measurement techniques is still needed in future studies,especially at low HONO concentrations.