High-solid anaerobic digestion of sewage sludge: achievements and perspectives

• High-solid anaerobic digestion (HS-AD) of sewage sludge (SS) is overviewed. • Factors affecting process stability and performance in HS-AD of SS are revealed. • HS effect and knowledge gaps of current research on the HS-AD of SS are identified. • Future efforts on addressing knowledge gaps and improving HS-AD of SS are proposed. High-solid anaerobic digestion (HS-AD) has been applied extensively during the last few decades for treating various organic wastes, such as agricultural wastes, organic fractions of municipal solid wastes, and kitchen wastes. However, the application of HS-AD to the processing of sewage sludge (SS) remains limited, which is largely attributable to its poor process stability and performance. Extensive research has been conducted to attempt to surmount these limitations. In this review, the main factors affecting process stability and performance in the HS-AD of SS are comprehensively reviewed, and the improved methods in current use, such as HS sludge pre-treatment and anaerobic co-digestion with other organic wastes, are summarised. Besides, this paper also discusses the characteristics of substance transformation in the HS-AD of SS with and without thermal pre-treatment. Research has shown that the HS effect is due to the presence of high concentrations of substances that may inhibit the function of anaerobic microorganisms, and that it also results in poor mass transfer, a low diffusion coefficient, and high viscosity. Finally, knowledge gaps in the current research on HS-AD of SS are identified. Based on these, it proposes that future efforts should be devoted to standardising the definition of HS sludge, revealing the law of migration and transformation of pollutants, describing the metabolic pathways by which specific substances are degraded, and establishing accurate mathematical models. Moreover, developing green sludge dewatering agents, obtaining high value-added products, and revealing effects of the above two on HS-AD of SS can also be considered in future.     

镧对镉胁迫下菜豆(Phaseolus vulgaris)幼苗生长的影响

以菜豆(Phaseolus vulgaris)为实验材料,以水培方法研究了La对Cd抑制对菜豆幼苗生长与代谢的影响.结果表明,在30μmol·L^-1Cd剂量伤害下,菜豆的生长受到严重抑制,主要表现为株高、主根长下降31.1%和39.2%,叶面积、叶、茎、根的鲜重、干重分别降低48.0%,42.7%、29.6%、25.0%、26.7%、61.3%、49.4%.在50μmol·L^-1Cd剂量伤害下,其生理生化特性发生变化,叶绿素含量、根系活力下降23.5%和28.7%,质膜透性、MDA含量、CAT和POD活性增加5.58%、28.6%、0.6%、7.0%,且随Cd处理时间的延长,伤害加重.叶面喷施10 mg·L^-1 La 1次,对镉污染下的菜豆幼苗的生长与代谢有一定的缓解效应,可减轻镉对幼苗的伤害程度.这与La能提高菜豆幼苗叶绿素含量(30.0%),降低细胞膜透性(0.87%)和MDA含量(9.5%),维持CAT(0.1%)和POD活性(1.6%)等多重作用相关.     

RO浓水-废水联合培养小球藻的实验研究

为了实现微藻培养基的低成本化和废水资源化利用多重目的的耦合,对反渗透浓缩液(RO浓水)作为培养基培养小球藻(Chlorella sp.)的可行性及其影响因素进行了探讨。实验取一级、二级处理出水和消化反应上清液及3种废水与RO浓水混合液制成6种培养基培养小球藻,探究最佳培养基;在此基础上探究浓度与温度对小球藻生长的影响。结果表明,培养15 d后,3种添加了RO浓水的培养基比3种纯废水培养基更有利于小球藻的生长,其中消化反应上清液-RO浓水混合液是最佳培养基;浓水浓度0%~90%的该混合液中小球藻生物量增加315%~780%,且小球藻的生物量表现为随RO浓水浓度的增大先增加后减小的变化趋势,30%是小球藻最佳培养浓度;在10、20和30℃下,浓度0%~90%的培养基中小球藻生物量增加了140%~570%,各浓度中的小球藻均在20℃下生长最好。     

钙对紫外辐射B胁迫下小麦幼苗若干生物学特性的影响

采用模拟紫外辐射(UV-B,280～320nm)的盆栽实验法,研究钙离子对紫外B辐射胁迫下小麦幼苗若干生物学特性的影响.结果显示,在紫外辐射胁迫下(0.35W/m²,每日照射6h,连续照射7d),2mmol/L钙离子处理的小麦,地下与地上部生长指标均明显低于对照植株(降幅为8.1%～36.1%).而6mmol/L钙离子处理的小麦幼苗,各种生长指标的降幅(3.2%～28.6%)低于2mmol/L钙离子处理的小麦幼苗.表明钙离子具有缓解紫外辐射伤害小麦幼苗的效应,这同钙离子对小麦幼苗部分生理生化指标的影响有关.     

“活性甲醛”与甲醛远距离毒性的初步研究

甲醛是否具备远距离毒性(distant-site toxicity)是揭示甲醛与白血病关系的关键问题.本研究采用DPC、MTT实验方法检测甲醛的远距离毒性,结果发现当把等剂量的甲醛与GSH联合作用对细胞进行染毒后细胞内产生的DPC系数比单独同剂量的甲醛组要高很多,在MTT实验中发现在单独甲醛组中加入等量的GSH后细胞活性也出现了显著下降;在动物实验中,当对小鼠肝染毒后脑组织中也同样出现了损伤.说明甲醛在机体内与GSH形成了结合物,这种结合物可能协助甲醛完成跨膜并进入到局部组织再次释放出游离态甲醛,实现了甲醛的远距离毒性,这种结合态的甲醛称之为"活性甲醛".     

化学预处理对微塑料Pb吸附潜力的影响及机理研究

污水和污泥是土壤等生态环境中微塑料的重要来源,受到人们的广泛关注.由于污水和污泥中含有大量的有机质,化学预处理通常被用于提高其中微塑料的提取及分析效率,然而至今关于化学预处理对微塑料的吸附潜力及表面理化特性的影响研究较少.本研究探讨了5种预处理条件,即1 mol·L~(-1) HCl、1 mol·L~(-1) HNO_3、30%H_2O_2、1 mol·L~(-1) NaOH和5 mol·L~(-1) NaOH,对6种微塑料类型(PA、PE、PP、PS、PET和PMMA)Pb吸附潜力的影响,同时通过微塑料表面理化特性的分析,探讨了预处理影响微塑料Pb吸附的机理.结果表明6种微塑料对Pb吸附等温式符合Langmuir模型,Pb吸附能力大小顺序分别为:PAPMMAPETPEPPPS,最大吸附量分别为2922.9、699.3、584.8、549.5、510.2和277.8μg·g~(-1).与此同时,不同预处理条件对微塑料Pb吸附特性的影响不同,总体而言,碱预处理会导致微塑料Pb吸附量增加,且随着碱处理浓度的增加而增加,而酸预处理会引起Pb吸附量减小,其中硝酸预处理作用更加显著.进一步分析预处理前后微塑料质量、尺寸、表面官能团及表面形态等的变化情况,发现碱预处理对微塑料的腐蚀作用最大,其次为硝酸预处理组,最后为盐酸和过氧化氢预处理组.此外,与玻璃型(如PS)微塑料相比,预处理对橡胶型微塑料(如PE)的影响更大.     

餐厨垃圾中温干法厌氧消化快速启动实验研究

为研究餐厨垃圾在进行干法厌氧消化时,利用高含固率消化液作为接种物进行快速启动的可行性,采用两组分别含有低含固率消化液和高含固率消化液的平行反应器,研究了在(35±1)℃完全混合反应器(CSTR)中进行的餐厨垃圾干法厌氧消化的启动性能.结果表明,在同样43d的启动过程中,使用高含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷可成功地增加到10.0kg·m-3·d-1(以VS计),而使用低含固率消化液作为接种物的反应器的有机负荷只能达到3.5kg·m-3·d-1(以VS计).与传统启动相比,快速启动没有停滞期,且拥有较短的恢复期;快速启动的启动速度是传统启动的2.5倍.恢复期之后,在相同的有机负荷下,快速启动的沼气和甲烷产率、甲烷产量及VS降解率都较传统启动呈现出较好的性能.     

辽河保护区水体溶解性有机质空间分布与来源解析

以辽河保护区水体为研究对象,使用三维荧光光谱技术（EEMs）结合平行因子模型（PARAFAC）探究辽河保护区水体溶解性有机质（DOM）的组成成分、主要来源及DOM的空间分布特征.同时,结合水体理化性质指标,运用统计学分析方法研究影响DOM的主要因素.结果表明,辽河保护区表层水中DOM含有3种荧光组分,分别为陆源及海洋源类腐殖C1（λ_Ex/λ_Em=245,315 nm/415 nm）、类富里酸C2（λ_Ex/λ_Em=260,355 nm/470 nm）及类色氨酸C3（λ_Ex/λ_Em=225,280 nm/340 nm）.辽河保护区DOM以类腐殖质物质C1与C2为主要成分（占总组分荧光强度的78%）,以类蛋白质组分C3为次要组分（占总组分荧光强度的22%）.从组分及空间分布上看,DOM类腐殖质组分总荧光强度表现为上游>下游>中游,类蛋白质组分的荧光强度则表现为中游>下游>上游,与周边环境因素及人为扰动因素具有密切关系.DOM来源受内源释放和外源输入共同影响,具有自生源特征和腐殖化特征.通过相关性分析可知,C1、C2与DOC呈显著正相关关系;C3与TP呈正相关关系,与TN呈负相关关系.     

美国加州南岸地区空气质量预报系统运行管理与借鉴

借鉴美国加州南岸空气质量预报经验,特别是其运行管理模式对于现阶段中国城市环境空气质量预测预报具有极高的参考价值。简要介绍了加州南岸空气质量管理局(SCAQMD)空气质量预报业务流程、技术方法、信息发布方式和预报效果评估策略。建议从4个方面借鉴SCAQMD经验:(1)建立相对完善的空气质量预报体系,分层级自上而下指导预报工作;(2)选择合适的空气质量预报方法,综合统筹成本-效益评估工作;(3)评估预报效果进而提高预报准确率;(4)在优化空气质量预报能力的基础上,有序开展预警协同控制工作。     

高温NO气体紫外吸收截面压力碰撞增宽效应的实验研究

采用高分辨率(0.05 nm)光栅单色仪研究了NO气体在烟气排放温度(100～120℃)下200～230 nm紫外吸收截面谱线受压力变化而产生的碰撞增宽效应.压力变化分为气样室总压和NO分压改变2种情况,分别通过充入纯N2伴随气体和配置不同浓度的NO标气来实现.测量结果表明,NO气体在此波段内存在的3条近似等间隔分布的吸收带,峰值位置并没有随压力的改变而移动.相比之下,由气样室总压增大所导致的NO吸收截面的Lorentz碰撞增宽效应并不明显;而由NO气体分压增大所导致的Holtzmark碰撞增宽效应则相对显著.当NO分压从67.3Pa增大到200 Pa时,吸收截面峰值逐渐减小,3条吸收带中峰值最大减幅约为17.7%;谱线半宽逐渐增大,最大增幅约为11.8%.针对高分压下NO吸收截面逐渐偏离Beer-Lambert线性吸收定律的特性,提出了基于整个吸收带吸收截面积分的浓度反演修正公式,减小了NO分压对其浓度反演结果的影响,从而提高烟气中NO气体含量在线测量的精度.