矿井综采作业面毒害气体积聚现象的数值模拟研究

本文研究矿井综采作业面附近毒害气体的积聚过程和分布规律。由"U"型通风作业面实际情况出发,提出作业面几何模型和气体流动的动力学控制方程,运用数值分析方法跟踪以CH_4和CO为代表的毒害气体在正常通风作业面的积累和分布情况。计算结果证实,作业面煤层和采空回填区释放出的CH_4和CO因局部涡流作用在回风巷隅角积聚,气体浓度经历升高而后逐渐稳定的过程;设备附近的毒害气体积聚过程与回风巷隅角类似,但积聚速度较快。迎风面附近CH_4和CO气体浓度相对较低;受上浮效应影响,背风面的毒害气体浓度积聚过程主要发生在背风面中上部。在常规通风条件下,局部CH_4浓度已超出安全规程允许的最高值,CO浓度亦达到危害人体健康的水平。本项工作获得的认识为作业面附近毒害气体监测和控制提供指导。     

Sources and health risks of PM2.5-bound polychlorinated biphenyls (PCBs) and organochlorine pesticides (OCPs) in a North China rural area

Polychlorinated biphenyls (PCBs) and organochlorine pesticides (OCPs) are typical persistent organic pollutants (POPs), which have high toxicity, bioaccumulation and long-distance transfer capability. Daily variation, sources of PCBs and OCPs in PM_2.5 are rarely explored in polluted rural area. Here, the sources and health risks of the PCBs and OCPs were evaluated for 48 PM_2.5 samples collected in winter 2017 in Wangdu, a heavy polluted rural area in the North China Plain. The average diurnal and nocturnal concentrations of Σ₁₈PCBs and Σ₁₅OCPs were 1.74-24.37 and 1.77-100.49, 11.67-408.81 and 16.89-865.60 pg/m³, respectively. Hexa-CBs and penta-CBs accounted for higher proportions (29.0% and 33.6%) of clean and polluted samples, respectively. Hexachlorobenzene (HCB) was the dominant contributor to OCPs with an average concentration of 116.17 pg/m³. Hexachlorocyclohexane (ΣHCHs) and dichlorodiphenyltrichloroethane (ΣDDTs) were the other two main classes in OCPs with the average concentrations of 4.33 and 15.89 pg/m³, respectively. β-HCH and p,p’-DDE were the main degradation products of HCHs and DDTs, respectively. The principal component analysis and characteristic ratio method indicated both waste incineration and industrial activities were the main sources of PCBs, contributing 76.8% and 12.7%, respectively. The loadings of OCPs were attributed to their application characteristics and the characteristic ratio method reflected a current or past use of OCPs. Health risk assessment showed that the respiratory exposure quantity of doxin-like PCBs (DL-PCBs) and the lifetime cancer risk from airborne OCPs exposure was negligible, while the other exposure modes may pose a risk to human bodies.     

地下水潜在污染源危害性评价方法研究

地下水污染源危害性评价对地下水资源保护及地下水污染防控区划具有重要意义,然而现有区域尺度地下水污染源荷载危害性评价弱化了点源污染复合强度对地下水的影响.因此,为更准确地进行区域地下水潜在污染源危害性评价,引入污染复合强度要素.选取工业源、农业源、生活源、地表排污河、垃圾场和加油站为研究对象,构建以污染源种类、污染物排放量、污染源释放可能性、缓冲区半径和污染复合强度为指标的综合评价模型,采用层次分析法确定各类污染源权重,基于ArcGIS 10.2软件对沧州市进行地下水综合潜在污染源荷载危害性评价.结果表明:Ⅳ、Ⅴ级风险区面积为5 560.0 km2,占总面积的41.6%,主要位于沧州市中部、北部地区,其危害性受工业源影响最大;Ⅰ、Ⅱ级风险区面积为3 303.4 km2,占总面积的25.2%,主要位于沧州市东部地区.研究显示,该评价方法强化了点源污染复合强度对地下水危害性的影响,可为区域地下水潜在污染源危害性评价提供参考,对地下水资源保护及污染防控区划具有重要意义.      

不同营养模式下固定化斜生栅藻和普通小球藻氨氮去除能力对比分析

微藻培养耦合污水处理是一项极具潜力的绿色生物技术,具有污染物减排和资源化的双重效应.为明确不同微藻固定化后对NH₄+-N去除的差异及优势,以斜生栅藻和普通小球藻为研究对象,以自由生长为对照,通过5 d的批次培养试验对比分析了2种固定化微藻不同营养模式下对NH₄+-N污水的适应性及其生长特性.结果表明:①对比自由生长,固定化生长可有效提升斜生栅藻在自养和异养模式下的NH₄+-N去除能力,2种模式下最大去除率分别为98%和53%,而在混养模式下,最大去除率则从100%降至86%.②固定化生长对普通小球藻NH₄+-N去除率的提升较弱,仅在自养模式下发挥正效应,最大去除率可升至37%,在混养模式下,其自由生长优势强于固定化生长,当C/N为10时,NH₄+-N第4天即可完全去除.③固定化生长并未改变混养模式下2种微藻生长对ρ(COD_Cr)的依赖性,而该效应在异养模式下并不明显.④除自养模式外,固定化生长均略低于自由生长,并且普通小球藻的生长速率也显著高于斜生栅藻.研究显示,斜生栅藻单个细胞对NH₄+-N的去除能力优于普通小球藻单个细胞,斜生栅藻污水培养的适应性更强,并且固定化自养模式最佳,而普通小球藻固定化优势微弱.      

重金属Cd胁迫条件下水生植物生长和吸收特征分析

为探究重金属Cd胁迫对6种水生植物生长及水质净化的影响,文章以金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、美人蕉(Canna indica L.)、黄菖蒲(I. pseudacorus)、水芙蓉(Pistia stratiotes)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum Linn.)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)等6种水生植物为研究对象,测定其对不同浓度Cd污染水体的净化能力及Cd胁迫条件下水生植物的生长特征。结果显示,Cd胁迫下6种水生植物的存活率为100%,Cd胁迫抑制了水生植物的生物量积累和营养元素含量,且低浓度条件下水生植物生物量的平均增长率为最高(24%);Cd主要积累于水生植物的根部,Cd胁迫下水生植物根茎叶Cd的胁迫浓度与植物体内磷元素和钾元素含量呈负相关,胁迫的分界点为1 mg/L。单一水生植物中凤眼莲(85.6%)、水芙蓉(82.7%)和美人蕉(78.8%)的净化率较好;组合水生植物中B4(金鱼藻+黄菖蒲+凤眼莲)和B6(穗花狐尾藻+美人蕉+凤眼莲)的净化效果最佳;结合水生植物在园林景观中的效果,可以将上述植物作为Cd污染修复的潜在物种,应用到人工湿地、生态浮床等设计中去。     

Fe2O3添加对钛基SCR催化剂表面硫酸氢铵分解行为的影响规律

采用共沉淀法合成了TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体,并对硫酸氢铵与上述载体之间的相互作用及硫酸氢铵的具体分解行为进行了研究.结果表明,催化剂载体表面含硫官能团主要以双齿硫酸盐的形式存在,含氮官能团以铵根离子的形式存在.当硫酸氢铵沉积于催化剂载体表面时,由于硫酸根离子具有较强的电负性,Ti原子及Fe原子处于电子缺失状态.对于TiO_2载体,硫酸根离子主要与Ti原子相连;而对于TiO_2-Fe_2O_3载体,Ti原子及Fe原子均为硫酸根离子主要的附着位点.采用热分析方法及原位红外对硫酸氢铵在TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体表面的分解行为进行了研究,发现铁氧化物的添加显著促进了硫酸氢铵在低温区间内的分解行为;与铵根离子相比,硫酸根离子具有更高的热稳定性.催化剂稳定性测试结果表明,铁氧化物的添加显著提高了低温抗硫抗水性能,为实现低温SCR技术的工业应用提供了理论基础.     

活性污泥中的腐殖酸对实时荧光定量PCR的影响

活性污泥基因组中的腐殖酸会影响实时荧光定量PCR检测的准确性.本研究采用抽提基因组前腐殖酸去除试剂盒、抽提基因组后腐殖酸去除试剂盒、抽提基因组前后共同去除试剂盒3种不同的方法,去除活性污泥基因组中的腐殖酸,经过PCR和实时荧光定量PCR方法的验证找出腐殖酸去除的最适方法;通过DNA酶Ⅰ消化基因组DNA保留杂质腐殖酸,向其中掺入已知浓度的总细菌质粒,5个浓度10倍梯度稀释10 ng·μL~(-1)的定量模板,探究腐殖酸和梯度稀释模板对活性污泥总细菌实时荧光定量PCR的影响.结果显示,在不同处理组中,通过反复洗脱的方式在基因组抽提前去除活性污泥中的腐殖酸,DNA的得率(162.46 ng·μL~(-1))最多,A260/230值为1.34,A260/280值为1.80,腐殖酸的残留最少;去除腐殖酸后外加内标质粒组,梯度稀释10 ng·μL~(-1)模板100倍及以上,腐殖酸的抑制效应显著降低后保持不变(p0.05),100倍以内变化不显著(p0.05);抽提前去除腐殖酸组进行实时荧光定量PCR的抑制效率为6.16%,显著低于对照组的72.68%(p0.05).研究表明,抽提前去除活性污泥腐殖酸,抽提后将基因组模板稀释100倍可显著降低活性污泥实时荧光定量PCR的抑制效率,提高定量结果的准确性.     

窖水中微生物降解污染物的关键细菌

为探究以氮、磷及有机物污染为主要特征的、窖水中参与污染物降解的关键细菌及它们之间潜在的相关关系,基于16S rRNA的微生物组学截面数据,分析了窖水中细菌群落结构与功能及其与水质因子间的相关性,并通过微生物物种的同现或相关种间作用推断模型,构建了7个微生物菌属间的共现性关联网络.结果表明,窖水中存在具有相对特定生态功能的细菌,进行着诸多活跃的与新陈代谢功能基因相关的代谢活动;窖水微生物类群共现性关联网络中大部分节点的菌属营互利共生类型的生态关系;Lacibacter、Arthrobacter、Candidatus Protochlamydia、Methylocaldum、Sulfuritalea、Mycobacterium、Aquirestis、Rhodobacter、Methylotenera等菌属拥有较高的点度中心度;较强的互作关系发生在Sulfuritalea-Rhodobacter、Azospirillum-Rhodobacter、Methylocaldum-Rhodobacter、Arthrobacter-Rhodobacter、Rhodoplanes-Rhodobacter、Candidatus Protochlamydia-Rhodobacter、Methylotenera-Rhodobacter、Rhodobacter-Aquirestis、Mycobacterium-Rhodobacter、PlanctomycesCandidatus Solibacter、Planctomyces-Legionella、Hymenobacter-Adhaeribacter、Luteolibacter-Crenothrix之间.综合分析节点微生物相关性、点度中心度及菌属间的互作强度,认为Rhodobacter、Methylocaldum、Methylotenera、Acinetobacter、Novosphingobium、Planctomyces、Hymenobacter、Luteolibacter为参与窖水污染物微生物降解的关键细菌,Rhodobacter为关键细菌的代表属.研究结果加深了对窖水中污染物微生物降解机制的认识.