Research and application of method of oxygen isotope of inorganic phosphate in Beijing agricultural soils

Phosphorus (P) in agricultural ecosystems is an essential and limited element for plants and microorganisms. However, environmental problems caused by P accumulation as well as by P loss have become more and more serious. Oxygen isotopes of phosphate can trace the sources, migration, and transformation of P in agricultural soils. In order to use the isotopes of phosphate oxygen, appropriate extraction and purification methods for inorganic phosphate from soils are necessary. Here, we combined two different methods to analyze the oxygen isotopic composition of inorganic phosphate (δ¹⁸O_P) from chemical fertilizers and different fractions (Milli-Q water, 0.5 mol L^?1 NaHCO₃ (pH = 8.5), 0.1 mol L^?1 NaOH and 1 mol L^?1 HCl) of agricultural soils from the Beijing area. The δ¹⁸O_P results of the water extracts and NaHCO₃ extracts in most samples were close to the calculated equilibrium value. These phenomena can be explained by rapid P cycling in soils and the influence of chemical fertilizers. The δ¹⁸O_P value of the water extracts and NaHCO₃ extracts in some soil samples below the equilibrium value may be caused by the hydrolysis of organic P fractions mediated by extracellular enzymes. The δ¹⁸O_P values of the NaOH extracts were above the calculated equilibrium value reflecting the balance state between microbial uptake of phosphate and the release of intracellular phosphate back to the soil. The HCl extracts with the lowest δ¹⁸O_P values and highest phosphate concentrations indicated that the HCl fraction was affected by microbial activity. Hence, these δ¹⁸O_p values likely reflected the oxygen isotopic values of the parent materials. The results suggested that phosphate oxygen isotope analyses could be an effective tool in order to trace phosphate sources, transformation processes, and its utilization by microorganisms in agricultural soils.     

过硫酸钾-偶氮复合引发体系合成杂化高分子絮凝剂PACS-PAM及其表征

采用过硫酸钾(K2S2O8)-偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(VA-044引发剂)复合引发体系合成了聚硫氯化铝-聚丙烯酰胺(PACS-PAM)杂化高分子絮凝剂。以特性黏度为指标,考察了引发剂配比、引发剂总用量、单体质量浓度、总铝浓度(AlT)、反应温度和反应时间等因素对杂化絮凝剂PASC-PAM的合成影响,结果表明,杂化絮凝剂PACS-PAM的最佳合成条件为引发剂K2S2O8与偶氮VA-044质量比为3:1、引发剂总用量为单体总质量的0.2%、单体质量浓度为0.21 g/mL、总铝浓度(AlT)为0.15 mol/L、反应温度为50 ℃、反应时间为3 h,在最佳条件下合成的杂化高分子的特性黏度为14.70 dL/g。电导率分析、红外光谱(FTIR)分析和热重-差热(DTA-TGA)分析表明,杂化絮凝剂中有机组分同无机组分是通过PAM分子链端的硫酸根离子(—SO42-)的桥连作用以离子键形式连接的。对黄泥悬浊液的絮凝效果研究表明,杂化絮凝剂PASC-PAM的絮凝效果优于复配絮凝剂PASC-PAM。     

裹包青贮提高玉米秸秆厌氧消化效率的实验研究

秸秆是重要的沼气工程原料,秸秆预处理对其后续厌氧消化效率影响巨大。采用田间裹包青贮方法,设计3因素正交实验,考察了秸秆含水率、压缩比和添加剂对玉米秸秆发酵时间和厌氧消化产沼气的影响。结果表明:秸秆经过裹包青贮,发酵总时间(total fermentation time,TFT)减少1~2 d,累积产气量达到总产气量的90%所用时间(TFT90%)减少了40%~50%,消化效率明显提高;秸秆含水率对产气效果有明显影响,随着含水率增加,单位总固体(total solid,TS)累计产气量(cumulative biogas yields per TS,CBYT)和沼气日产率(biogas yields rate average day,BYR)由高到低排序为:35%~40%,40%~45%,30%~35%;秸秆压缩比对产气效果有明显影响,随着压缩比的增加,其对CBY和BYR的效应由高到低排序为:185、143与138 kg/m3;添加剂类型对产气效果亦有明显影响,在不同添加剂处理下,其对CBYT和BYR的效应由高到低排序为:尿素处理>甲酸处理>无添加剂处理;正交实验极差分析表明,对CBYT和BYR的影响排序为:含水率﹥压缩比﹥添加剂,其田间裹包青贮进行厌氧发酵的优化组合为:青贮秸秆含水率为35%~40%,压缩比为185 kg/m3,添加剂为营养型,青贮20 d,CBYT和BYR达到最大,分别为646.57 mL/g和173.25 mL/(d·g)。     

Fenton-like/TiO2催化介质阻挡放电体系对活性艳蓝的降解

为了提高等离子放电对染料的降解效率,研究了Fenton-like/TiO2耦合催化介质阻挡放电体系对活性艳蓝(X-BR)的脱色效果及降解机理。结果表明,投加Fe2+ 或Fe3+与TiO2组成的耦合催化体系可以显著提高X-BR的脱色率。反应10 min后,紫外可见扫描光谱和阴离子(Cl-、NO3-、SO42-)产量分析表明,介质阻挡放电体系可以有效破环蒽醌发色基团,耦合催化体系不仅强化了蒽醌结构的破坏,同时更加有效地破坏了苯环和萘环结构从而提高了TOC降解率。最后,比较研究了投加Mn2+ 和Cu2+对X-BR的脱色效果,在投加浓度均为0.5 mmol/L条件下,两者对X-BR的脱色起到抑制作用,因此,两者不适合作为耦合催化介质阻挡放电体系的添加离子。     

有机膨润土负载纳米零价铁还原-类芬顿氧化降解2,4-二氯苯酚

目前,虽然有很多关于纳米零价铁(NZVI)通过吸附、还原和氧化作用去除各种污染物的报道,但关于如何联合这些方法来提高污染物的去除率仍然不是很清楚。本实验研究了联合有机膨润土DK1(十六烷基三甲基铵盐改性,d(001)=2.2 nm)吸附、NZVI还原、类芬顿氧化作用来去除溶液中2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的方法。在反应前30分钟,有机膨润土DK1负载NZVI(NZVI/DK1)通过吸附还原作用去除溶液中2,4-DCP,2,4-DCP和COD的去除率分别为16.1%和7.8%,说明了吸附还原作用对2,4-DCP的去除效果是有限的。接着向溶液中滴加适量的H2O2,在5 min内2,4-DCP的去除率由16.1%提高到了99%以上,COD的去除率达到了64.1%,这可能是由于NZVI腐蚀形成铁的氧化物缓慢释放出Fe2+和Fe3+,增强了芬顿反应对2,4-DCP和降解产物的氧化去除效果。通过SEM,EDS,UV-Vis和GC-MS等分析方法佐证了上面的结果。最后提出了联合吸附、还原和Fenton氧化去除2,4-DCP的机制。     

粉状褐煤对水中草甘膦的动态吸附

采集内蒙霍林河煤矿褐煤样品,加工成粒径0.38~0.83 mm作为吸附剂,对模拟草甘膦废水进行动态吸附实验。考察了吸附柱高(3、5和10 cm)、草甘膦初始浓度(0.5%、0.75%和1.0%)、流速(1、2和3 mL/min)、pH(9、11和13)和离子强度(IS, 0.001、0.01和0.1 mol/L)对草甘膦的吸附穿透曲线和传质区长度的影响。实验结果表明,降低柱高、增大初始浓度、提高流速、增加离子强度均会使穿透时间提前,pH变化对穿透时间影响很小;柱高、初始浓度、流速、IS和pH引起的传质区长度的平均变化率绝对值分别为0.675、6.300、1.625、47.727和0.263,可见,与柱高、初始浓度和流速相比,IS对传质区长度的影响较大,pH影响较小。低浓度条件下,吸附穿透曲线的实验数据符合BDST模型拟合条件(R2 >0.99),在仅改变柱高或流速时,穿透时间理论值与实测值的最大误差均为5.71%,运用该模型能够准确地预测褐煤吸附柱的操作时间。     

废旧印刷电路板差速破碎分析

为了解决废旧印刷电路板资源化过程中的粗碎问题,提出差速破碎方法;根据差速机理分析,利用自主研制双齿辊粗碎机对废旧印刷电路板基板进行差速破碎实验;最后利用Ansys APDL模块对粗碎机辊齿进行校核模拟。实验结果证明,利用差速破碎可以充分利用材料的抗拉、抗剪强度小于抗压强度的特性,能够取得良好的破碎效果,差速破碎结果呈拱形分布形式;模拟结果证明,在差速破碎过程中设备能够保持良好工作状态,可以交换2个齿辊的运转速度减小疲劳破坏。差速破碎为废旧印刷电路板资源化过程中的破碎理论提供支持,并且为废旧印刷电路板粗碎的设备选择提供参考。     

人工湿地对水产养殖废水典型污染物的去除

考察了5种常见湿地植物黄菖蒲、芦苇、千屈菜、再力花和香蒲对水产养殖废水的净化能力以及生理生长指标,结果表明,黄菖蒲的氮磷吸收能力最强而芦苇较差。构建黄菖蒲、芦苇水平潜流人工湿地研究植物对水产养殖废水典型污染物的净化效果的影响,发现两者对COD、TP、TN和抗生素均有较好去除效果。其中,黄菖蒲湿地对TN的去除效果(HRT=4 d,去除率71%)显著优于芦苇湿地(HRT=4 d,去除率29%),分析其原因在于黄菖蒲湿地因其较强的吸收能力和反硝化作用使其对高NO3--N废水有较好的去除效果。研究中还发现,水力停留时间对TN、NO3--N、NH4+-N和NO2--N的去除效果有较大的影响。两种湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲恶唑和氟甲砜霉素,不同人工湿地植物对3种抗生素的去除效果差异不大,水力停留时间对磺胺甲恶唑的去除有显著的影响。     

聚醚砜小球负载Comamonas sp.(bdq06)生物降解水中的喹啉

以聚醚砜为原料制备了一种具有多孔道的小球载体,负载睾丸酮丛毛单孢菌(bdq06)降解水中喹啉。制备的小球直径约3 mm,表面光滑,存在厚度约20μm的致密层。经过浸蚀去掉致密层后,露出粗糙表面,有助于细菌粘附和生殖。同时出现大量直径约1.5μm的孔道,且由外向内,孔径逐渐增大,细菌可以通过表层孔进入球内生殖。在pH为5、10和温度为40℃的条件下,负载菌的小球对水中喹啉的降解效果优于游离菌。小球具有良好的溶胀性和机械强度,经过多次重复使用后,球形完整而未破裂,细菌在球表面大量生殖形成生物膜,显著提高降解效率,能够在1 h内完全降解100 mg/L喹啉。以聚醚砜为原料制备的小球在废水处理中具有潜在应用前景。     

白腐真菌GanodermaSinense对镉和蒽的去除能力

重金属和有机物复合污染是水处理中的难题。本研究发现一株白腐真菌Ganoderma Sinensis不仅可以通过富集作用去除重金属镉(Cd),而且对蒽具有降解能力。当Cd的浓度为10~30 mg/L时,该菌株对Cd的去除率为6.78%~21.9%;当蒽的浓度为10~30 mg/L时,菌株对蒽的降解率为18.25%~33.3%;当Cd和蒽同时存在于培养基中时,随着Cd浓度的增加(10~30 mg/L),对菌株的生物量及蒽降解的抑制作用也在增大;而随着蒽浓度的增加(10~30 mg/L),菌株的生物量及Cd的富集能力并未受到显著的影响。实验结果表明,该菌株有望用于镉和蒽复合污染的水体处理。