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.     

电凝聚臭氧化耦合工艺的二级出水处理特性与机理研究

构建电凝聚臭氧化耦合工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理,研究了不同初始pH值、臭氧投加量和电流密度对二级出水处理效果的影响.结果表明,当初始pH值为5、臭氧投加量为1.5 mg·mg^-1、电流密度为15 mA·cm^-2时,该工艺处理效果达到最佳,二级出水中溶解性有机物的去除率可达到58.6%.与单独电絮凝和臭氧氧化工艺相比,耦合工艺对有机物有更好的去除效果.由于金属盐水解产物可以作为臭氧化的催化剂,为了甄别其活性点位,将磷酸盐引入体系中,结果表明磷酸盐占据了混凝剂水解产物表面的羟基,从而阻碍了臭氧与水解铝盐混凝剂之间的反应,使得有机物的去除率降低,傅立叶红外（FT-IR）分析的结果进一步证明表面羟基是产生的铝盐混凝剂催化臭氧化的活性点位.为了进一步明确该耦合工艺去除溶解性有机物的机理,选择对氯苯甲酸（pCBA）探针法间接证明和电子顺磁共振（EPR）实验直接证明体系中羟基自由基（·OH）的存在,结果表明,电凝聚臭氧化耦合工艺较单独臭氧氧化工艺产生了更多的·OH,说明电絮凝产生的铝盐混凝剂水解产物可以作为催化剂催化臭氧产生·OH,提升体系对有机物的去除效率.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

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。     

污染土地置换开发前期地形图测绘技术研究

传统测绘技术进行污染土地置换开发前期地形图测绘存在精准度低,整合检查效果差的问题,提出基于空三加密技术的污染土地置换开发前期地形图测绘技术。根据地形勘测结果和土地污染现状,收集基本控制测量数据,以测量数据为基础设计技术实施流程;采用无人机进行航空摄影,获取地形航带分布情况,测量区域范围;利用空三加密测绘技术对数字测图数据进行采集、等高线提取与编辑、地形立体测绘和图像编辑,完成地形图的测绘。     

旱雨季岩溶地表河不同河段正构烷烃相态组成变化和来源解析

岩溶作用产生的无机碳可以在水生植物、微生物等作用下形成有机质,转化为较稳定的内源有机碳,这为寻找全球遗漏碳汇提供了新的突破口,而加强对岩溶区有机质的溯源研究是重要手段.为探究金佛山岩溶地表河溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的含量、组分及来源,于2017年3月20日、9月26日分别在石钟溪上、中、下游进行采样,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对三相态正构烷烃的组分进行定量分析.结果显示,旱季溶解态、颗粒态和沉积物正构烷烃的平均含量分别为737 ng·L~(-1)、6108 ng·L~(-1)和7149 ng·g~(-1),雨季三者的平均含量分别为7129 ng·L~(-1)、8146 ng·L~(-1)和6213 ng·g~(-1).正构烷烃的含量整体表现为雨季高于旱季,以溶解态正构烷烃表现得最为显著,这主要由外源高等植物输入增多所致.旱季上、下游正构烷烃含量差异明显,以沉积物正构烷烃表现得最为显著,自上而下整体保持微升态势;雨季外源输入量较大,差异性减弱,整体变幅较小.不同季节降雨和气温的变化导致水动力条件、浊度及水温的不同,深刻地影响着不同相态和不同河段正构烷烃的来源和迁移.整体上,随着海拔降低,高等植物贡献度降低,水生植物和低等生物贡献度增高.当水动力条件较弱和浊度较低时,造成内源溶解有机质增多,同时会出现溶解态至颗粒态乃至沉积物的缓慢沉降迁移.     

4种重要因素对柴油机颗粒物排放因子的量化影响研究

在发动机台架测试基础上,按照发动机排放阶段、油品种类、后处理装置和运行工况4种因素的不同,进行了24组测试,研究了颗粒物排放因子.同时,应用单因素敏感性分析,探究了发动机排放阶段和油品种类对颗粒物排放因子的影响;并运用多元线性回归分析,探讨了4种因素对颗粒物排放因子的影响力大小排序.结果显示:24组柴油机测试的颗粒物排放因子均值为(21.9±24.5) mg·kWh~(-1);使用国Ⅴ排放标准柴油机的颗粒物排放因子((14.7±5.6) mg·kWh~(-1))比国Ⅳ排放标准柴油机((19.4±16.4) mg·kWh~(-1))有所下降;国Ⅳ柴油、国Ⅴ柴油和混合柴油的颗粒物排放因子平均值分别为120.0、(11.8±1.0)和(11.5±1.3) mg·kWh~(-1),混合柴油颗粒物排放因子与国Ⅴ柴油相近,两者相比国Ⅳ柴油有明显下降;油品种类是影响颗粒物排放因子的第一大因素,后处理是影响颗粒物排放因子的第二大因素.     

新型IEM-UF耦合短程硝化反硝化系统脱氮特性

针对低碳氮比生活污水的特点,提出新型离子交换膜-超滤组合膜（IEM-UF）氮富集短程硝化反硝化脱氮工艺.研究了新型IEM-UF亚硝化反硝化脱氮系统在三阶段运行工况下各反应器的性能及整个系统的脱氮及COD去除效果,同时应用高通量技术探究菌群结构变化对脱氮效果的影响.试验结果表明：C/N为3,亚硝化反应器中DO=0.5mg/L条件下,亚硝化反应器中NO₂^--N积累率仅用19d就达到了90%;在短程反硝化进水流量比为2：1的条件下,COD及NO_x^--N平均去除率分别达到80%和89%以上.TN去除率最高达到64.8%.高通量16S rDNA测序结果表明,三阶段菌群结构变化与系统脱氮效果的变化一致,亚硝化反应3个阶段亚硝化单胞菌Nitrosomonas所占比例分别为3.69%、5.48%和0.53%,反硝化反应3个阶段反硝化菌Dechloromonas、Thauera之和占活性污泥总菌群比例达到33.35%、25.62%、20.52%.     

生活垃圾填埋场厌氧淀粉水解菌筛选及其产VOCs特征分析

以北京市北神树生活垃圾填埋场的陈腐垃圾和渗滤液为菌源,采用可溶性淀粉作为碳源,筛选得到厌氧淀粉水解菌,鉴定了淀粉水解菌株的纯度,分析了菌株的生长特性。采用GC-MS分析可溶性淀粉水解过程产生的气体样品中VOCs种类和浓度。结果显示,实验筛选的菌株为革兰氏阴性纯菌,呈长杆状,存在鞭毛。菌株最适温度为37℃,最适pH为8;以可溶性淀粉为碳源时,菌株挥发性有机物产物包括烷烃、萜类、烯烃、芳香烃、含氧化合物以及含氮化合物,各类VOCs物质的产生均呈现先上升后下降的趋势,其中烷烃和萜类物质的浓度最高,为主要恶臭成分。     

热脱附法修复多环芳烃和汞复合污染土壤实验研究

针对华北地区某受多环芳烃和汞复合污染的污染土壤,在分析土壤多种类污染物组成基础上,开展了热脱附修复污染土壤实验,研究不同脱附温度及保温时间对污染土壤污染物修复的效果。结果表明:提高温度和保温时间对多环芳烃和汞的脱除效果有利,尤其对高环多环芳烃脱附的促进更为明显;土壤污染物的脱附效果和其沸点的关联性较大,且温度参数对污染物脱附的影响效果要显著高于时间参数。