湘中矿区不同用地类型面源Cd输出负荷的原位实验研究

受污染土壤重金属随降雨径流输出已成为河流、湖泊等水体重金属超标的主要来源之一,近年来日益受到关注.研究表明湘江中下游农田土壤重金属超标问题日益严峻,以镉超标最为严重.研究以湘中矿区Cd超标农业小流域为实验场,选取流域内水稻、旱田、荒草地这3类土地利用模式设置径流小区进行自然降雨水文过程的原位观测.结果表明,雨水pH值由春季到夏季呈升高趋势,径流水相溶解态Cd浓度呈明显的季节性差异,春季显著高于夏季,雨水pH值可显著影响土壤溶解态Cd向径流水相迁移,与径流水相溶解态Cd浓度呈负相关关系.相同降雨条件下,稻田径流水相溶解态Cd浓度显著低于旱田和荒草地,旱田与荒草地Cd面源输出负荷显著高于水稻田,由于降雨量差异,3类土地利用类型溶解态Cd面源输出负荷的季节性规律不明显.本研究可为流域尺度重金属面源输出负荷定量估算以及湘江流域水环境安全与水质预警提供数据支持和科学依据.     

生物陶粒反应器的氢自养反硝化研究

利用氢自养反硝化生物陶粒反应器处理硝酸盐废水,探讨了生物陶粒反应器中氢自养反硝化生物脱氮的实现过程.考察了水力停留时间、进水硝氮负荷、进水pH值、温度、供氢量等因素对反应器脱氮效果的影响.结果表明,当水力停留时间为24 h和48 h时,反应器对硝酸氮的平均去除率分别达到94.54%和97.47%.在水力停留时间为5~16 h时,NO-3-N去除率随水力停留时间的缩短而降低;进水NO-3-N浓度较低时,NO-3-N的降解速率随其浓度的升高而增大,当NO-3-N浓度大于110mg·L-1时,氢自养反硝化反应受到抑制;中偏碱性环境较酸性或碱性环境更利于反应器对硝酸盐的去除;反应器有较宽的温度适应范围,最适温度为25~30℃;当反应器供氢不足时,脱氮效果明显降低,表明了氢自养反硝化菌对氢气利用的专一性.在整个运行阶段,出水中亚硝酸氮浓度一直保持在较低水平.     

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.     

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.     

不同玉米品种对新鲜城市污泥处理效果的初步研究

寻求城市污泥安全农用的方法是当前城市污泥处理处置的重要研究课题之一.采用小区试验,研究了8个玉米品种对新鲜城市污泥处理效果.结果表明:所选择的8个玉米品种均可以在污泥上生长,大丰5品种对锌的累积量最低,04杂1品种对镉累积量最低,会单4品种对铜和铅累积量最低;玉米种植可显著降低城市污泥中的含水率,比不种玉米的对照处理(69.43%)水分去除率提高9.05%~17.50%,有利于城市污泥的干化及后续利用;各玉米品种植株中的总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)均高于有机肥标准(NY525—2012)的总养分要求,而重金属镉和铅的质量浓度除赛田3品种外其他品种均低于农用有机肥标准(NY525—2012)的限量值;玉米种植后城市污泥中的总养分和锌、镉、铜、铅4种重金属质量浓度变化很小.可见,利用玉米处理新鲜的城市污泥既可降低城市污泥中的水分,又可以产生一定量优质的有机肥原料,为城市污泥的资源化利用提供新思路.     

过硫酸钠原位修复三氯乙烯污染土壤的模拟研究

以过硫酸钠(Na₂S₂O₈)为氧化剂,柠檬酸(CA)螯合Fe(Ⅱ)溶液作为活化剂,建立箱体模型模拟场地三氯乙烯(TCE)污染土壤的原位化学氧化修复.结果表明,经CA螯合Fe(Ⅱ)活化的Na₂S₂O₈能较好的修复TCE污染土壤,持续氧化27 d后TCE浓度降到10 mg·kg^-1以下;采用抽出氧化、循环再用的方式,地下水TCE浓度到45 d时降到21.4 μg·L^-1.同时,氧化过程中过硫酸钠会产生SO₄^2-,使土壤和地下水的pH降低;土壤有机质含量下降约10.1%.     

用氯和氢氧同位素揭示洋戴河平原地下水的形成演化规律

通过分析地表水和地下水中氯离子浓度和δD、δ¹⁸O值的空间分布特征,揭示了秦皇岛洋戴河平原地下水的形成演化规律.结果发现,洋戴河平原地表河水来源于中上游水库水和大气降水的混合,且河水沿程受到δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度更低的支流或灌渠水补给,从而使δD、δ¹⁸O值、氯离子浓度呈现沿程逐渐降低的现象.山前丘陵区地下水主要接受大气降水的直接补给,洪积扇及山麓地带地下水受到了一定的蒸发作用影响,除了接受丘陵区地下水的侧向补给外,洋河附近地下水还受到洋河水库水的混合.研究区西部咸水带的地下水由上游地下水和大泥河地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率约为13%,而东部咸水带的地下水由上游地下水、本地污水和地热咸水混合而成,地热咸水的混合比率不超过9%.在海水入侵区,地下水主要由本区地下淡水和海水(海水混合比率不超过10%)混合而成,并且受到了不同程度的地表水或农田灌溉水的补给,其中,浦河一带是地表水或灌溉水补给较为明显的地段.     

流化床O2/CO2气氛下添加SiO2对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O2/CO2气氛下添加SiO2对PM2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制,试验在1123 K、O2/CO2气氛下进行,并采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM2.5.结果表明,添加SiO2是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素.添加SiO2后,生成PM1的质量浓度均降低,而PM1-2.5的质量浓度均略有增加;PM2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2 μm和2.0μm左右.随着SiO2添加量的增加,PM2.5中的S、K、Na、Cu和Pb元素的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径减小,S、K、Na、Cu和Pb元素的含量有增高的趋势.     

温度与pH对生物合成施氏矿物在酸性环境中溶解行为及对Cu2+吸附效果的影响

探析施氏矿物在不同温度、pH下的溶解行为,对其在酸性煤矿废水(ACMD)重金属去除领域的应用具有重要的工程指导意义.本研究通过摇瓶实验,在0.16mol·L-1FeSO4·7H2O,初始pH为2.5的酸性体系中,采用氧化亚铁硫杆菌A.ferrooxidans催化合成施氏矿物.考察了15℃与30℃,pH为2.0$6.0环境条件下矿物的溶解行为,及生物合成施氏矿物对酸性体系Cu2+的吸附去除效果.研究结果表明,经过24h反应,施氏矿物合成体系pH从原始2.50降低至2.18,体系Fe2+氧化完全,27.3%的铁离子参与矿物的合成,矿物分子式可表示为Fe8O8(OH)4.22(SO4)1.89.生物合成施氏矿物在温度为15℃,pH分别为3.2、3.0、2.8、2.6、2.4、2.2与2.0液态体系中振荡72h,矿物溶解率分别为1.92%、3.34%、5.90%、13.09%、28.74%、44.53%与61.46%.在温度为30℃的上述酸度体系中,矿物溶解率在相应时间却达到2.04%、3.98%、8.34%、20.53%、43.50%、96.74%与99.92%.在pH≥3.5的不同温度液态体系中该矿物无溶解迹象.在15℃,pH为6.0、5.0、4.5、4.0与3.5,Cu2+浓度为40mg·g-1的液态体系中,生物合成施氏矿物对Cu2+的吸附量为(50.9±2.2)、(47.3±13.3)、(40.5±4.7)、(31.1±5.0)及(16.9±6.5)mg·g-1.体系酸度一定,施氏矿物在15℃与30℃条件下对Cu2+的吸附效果无显著差异.本研究结果对生物合成施氏矿物在ACMD重金属去除工程应用提供必要的参数支撑.     

东海大气气溶胶中二元羧酸的分布特征及来源

大气气溶胶中的二元羧酸因其在全球气候变化中的潜在作用而受到广泛关注.利用2011年5月12日-6月6日在东海采集的气溶胶样品,分析其中水溶性二元羧酸及常量离子浓度,探讨东海气溶胶中二元羧酸的时空分布特征及来源.结果显示东海大气气溶胶中乙二酸、丙二酸和丁二酸的浓度分别为26.0～1475.5 ng·m-3、0.1 ～61.4 ng·m-3和0.1～132.4 ng·m-3,乙二酸在这3种二元羧酸中的贡献最大,为88.3％.东海气溶胶中二元羧酸浓度的昼夜变化不显著.空间分布整体呈现近海高、远海低的趋势.气团的来源和迁移路径以及气象因素影响气溶胶中二元羧酸的分布,气团来自污染较重的陆源时气溶胶中二元羧酸的浓度较高,气团来自清洁的海洋源时,二元羧酸的浓度则较低;阴雾天气时气溶胶中二元羧酸浓度相对较高,降雨发生时二元羧酸的浓度较低.二元羧酸与常量离子的相关性分析表明,自然源和人为源释放的挥发性有机物质在液相中氧化生成二元羧酸是东海大气气溶胶中二元羧酸的主要源,而汽车尾气和生物质燃烧的一次排放、海洋源以及碱性粗颗粒吸收气体二元羧酸不是主要源.液相中乙醛酸氧化形成的乙二酸和长链二元羧酸氧化形成的乙二酸对东海气溶胶中乙二酸的贡献分别为41％和59％.