Enhanced methane production in an anaerobic digestion and microbial electrolysis cell coupled system with co-cultivation of Geobacter and Methanosarcina

The anaerobic digestion(AD)and microbial electrolysis cell(MEC)coupled system has been proved to be a promising process for biomethane production.In this paper,it was found that by co-cultivating Geobacter with Methanosarcina in an AD–MEC coupled system,methane yield was further increased by 24.1%,achieving to 360.2 m L/g-COD,which was comparable to the theoretical methane yield of an anaerobic digester.With the presence of Geobacter,the maximum chemical oxygen demand(COD)removal rate(216.8 mg COD/(L·hr))and current density(304.3 A/m_3)were both increased by 1.3 and 1.8 fold compared to the previous study without Geobacter,resulting in overall energy efficiency reaching up to 74.6%.Community analysis demonstrated that Geobacter and Methanosarcina could coexist together in the biofilm,and the electrochemical activities of both were confirmed by cyclic voltammetry.Our study observed that the carbon dioxide content in total gas generated from the AD reactor with Geobacter was only half of that generated from the same reactor without Geobacter,suggesting that Methanosarcina may obtain the electron transferred from Geobacter for the reduction of carbon dioxide to methane.Taken together,Geobacter not only can improve the performance of the MEC system,but also can enhance methane production.     

施用沼渣和接种丛枝菌根真菌对甘草生长及矿质营养的影响

沼渣是厌氧发酵的残余物,可作为肥料施用,但因其含有一定量的重金属等有害物质可能导致环境污染风险.丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌作为植物共生真菌,可以促进植物对矿质养分的吸收,同时能够通过不同途径减轻重金属对植物的毒害.本文采用甘草(Glycyrrhiza uralensis Fisch.)为供试植物开展盆栽试验,考察施用沼渣结合接种AM真菌对甘草生长和矿质营养的影响.试验结果表明,施用沼渣显著促进了植物生长,提高了植物生物量、磷含量和叶片叶绿素含量,与此同时提高了土壤有机质和磷、铬、铜、铅含量,并导致植物重金属含量显著升高.另一方面,AM真菌能够和甘草根系形成良好共生关系,但施用沼渣对菌根侵染表现出显著抑制作用.接种AM真菌促进了甘草生长、提高了根系磷含量及叶片叶绿素含量,同时显著降低了植株重金属含量至安全阈值以内.本试验表明,施用沼渣同时接种AM真菌可在促进甘草生长的同时阻控重金属污染风险,因而可作为沼渣安全利用的一种可行技术途径.     

回归模型法推导油菜田土壤Cd限值的不确定性

为研究土壤-作物迁移模型推导农田土壤环境基准的不确定性,以油菜为例,通过贵州省4种典型微酸性土壤——红壤、黄壤、石灰土和黄棕壤进行Cd盐添加的盆栽试验,除全量Cd外,选择5种有效态提取剂,分别与油菜籽w(Cd)建立土壤-作物迁移模型. 参照GB 13078—2001《饲料卫生标准》w(Cd)限值(0.5 mg/kg),采用模型预测中位值和95%预测上限进行土壤Cd限值推导并分析模型的不确定性. 结果表明:全量和各提取态Cd质量分数与油菜籽w(Cd)均能建立极显著的一元(R2为0.907~0.946)或多元(考虑pH)回归模型(R2为0.875~0.962). 5.550(以多元模型中位值推导的农田安全种植油菜的Cd限值)随pH的升高从0.93 mg/kg增至1.45 mg/kg,HNO₃提取态、HCl提取态、DTPA提取态的Cd的质量分数也分别从0.81、0.97、0.73 mg/kg升至1.39、1.79、1.66 mg/kg. 基于CaCl₂提取态Cd的一元模型对pH不敏感,SEQS₅₀不受其影响. 对所有模型而言,SEQS₅₀是SEQS₉₅(基于模型95%的预测上限推导的限值)的1.1倍左右. 其中,CaCl₂提取态Cd的SEQS₅₀和SEQS₉₅分别为0.052和0.049 mg/kg,小于福建省CaCl₂提取态Cd标准限值(0.15 mg/kg). 为降低不确定性,需要选择合适的提取剂,使用全量Cd,HNO₃、HCl或DTPA 3种提取态Cd建模时须兼顾pH的影响. 研究显示,SEQS₉₅能够降低土壤Cd限值达标而作物Cd含量超标的可能性.      

包头市水环境综合整治对策研究

为从根本上改善包头市水环境质量,按照国家环境保护模范城市的标准,全面开展包头市水环境综合整治工作,推进水环境污染防治工作.在对包头市水环境现状进行全面分析的基础上,提出以保护水源地为重点,针对工业源、城镇生活源、农业面源等方面提出整治对策建议,通过重点工程的实施,削减污染物排放总量,使包头市各水体水质达到功能区要求.     

农村生态卫生基础设施集成系统效益分析

随着新型城镇化进程的加快,以及美丽乡村建设的稳步实施,农村地区的经济和社会发展进入到了一个新的阶段,农村居民对改善生活环境的需求日益提升。村镇生态卫生基础设施建设以改善卫生状况、促进生态循环、保障生态安全为基本任务,对于提升农村生态服务功能,改善农民福祉具有重要意义。文章以北京市门头沟区水峪嘴村为研究单元,结合厨余垃圾资源化处理、污水生态化净化、粪尿分离式生态厕所等整套人居环境改造工程,从营养物质循环、面源污染消减、节约水资源、投资收益以及创造就业机会等视角分析其生态、社会和经济方面的综合效益,采用定量和定性相结合的方法来表征生态卫生基础设施提供的生态服务功能。研究结果显示:集成后的生态卫生基础设施每年实现2 956.9 kg氮、348.81 kg磷循环回归农田,避免直接排放环境中而加重农村面源污染;源分离便器的使用每年可以节约生活用水3 241.2 m~3,人工湿地工程全年可以提供中水10 220 m~3;相比于工程改造前,村庄向大气排放的氮减少了83.5%,向水体和土壤环境排放的氮消减了68.13%,磷消减了56.61%;集成系统全年可以降低用于化肥和水费支出的经济投入6.63万元,内部收益率12%,大于基础利率10%,经济效益明显。此外,生态工程的建设和维护也创造了就业岗位。文章试图探索适宜北京山区农村的人居环境建设的途径,为广大农村人居环境改善及生态文化提升提供借鉴和参考。     

地下储气库泄漏风险定量分析研究

地下储气库系统易受到地质灾害、腐蚀、设备故障等风险因素的不良影响,降低其稳定性和可靠性,因此对地下储气库进行风险识别与分析,并针对地下储气库泄漏风险进行定量研究十分必要。针对国内某地下储气库泄漏问题,首先辨识出地下储气库泄漏风险因子,并采用事故树分析定性确定了各个风险因子的结构重要度,然后采用层次分析定量确定了地下储气库泄漏事故的风险水平,以为地下储气库风险评估及安全运行提供指导。     

基于信息扩散理论的天然气发电风险预警技术研究

随着我国天然气发电比例的不断增加,天然气发电的安全问题逐渐引起人们的关注。为定量分析天然气发电的风险预警等级,针对风险评估过程中的小样本问题,引入信息扩散理论确定风险事故发生的概率,并结合故障类型及影响、危险度分析方法,建立了天然气发电风险预警的定量计算数学模型。以某天然气电厂燃气轮机系统为研究对象,将该厂燃气轮机2007—2014年所发生事故的统计数据作为观测样本,利用构建的风险预警数学模型并结合Matlab软件,计算得到该天然气电厂燃气轮机事故的发生概率以及不同事故模式下事故后果的严重度,最终确定该电厂燃气轮机系统的风险预警等级为Ⅲ级。与传统的安全预警方法相比,该风险预警技术更加客观有效。     

中山市旱季霾特征及数值模拟分析

利用观测数据、Hysplit后向轨迹模式以及WRF-CMAQ模式对中山市旱季霾特征进行模拟分析.中山市霾污染的天气形势以大陆高压型为主.当相对湿度在71%~90%时,气溶胶浓度和能见度的负相关性最显著,且当能见度减小到5 km以下时,PM_(2.5)浓度的大幅减小才能使能见度略有好转.最有可能引起中山发生霾天气的两条污染带,一条是沿中山至湖南南部,另一条是沿中山到粤东地区.WRF-CMAQ模式能较好地模拟出2014年1月份中山PM_(2.5)浓度、能见度的变化趋势以及广东省区域内灰霾的污染过程.在气溶胶质量权重及消光贡献中,硫酸盐的比重最高,在高相对湿度下,二次气溶胶的消光权重超过80%.通过中山PM_(2.5)过程分析发现,在霾过程,无冷空气时PM_(2.5)主要来自气溶胶反应、排放源和水平平流,贡献率分别为35%、15%和10%,有冷空气时水平平流的贡献最大,达37%;在清洁过程,无冷空气时气溶胶主要靠水平平流和干沉降清除,贡献率分别为-39%和-14%,有冷空气时清除以水平平流和垂直对流、扩散为主,贡献率分别为-29%和-25%,说明不同天气条件下霾的污染和清洁机制有着明显差别.     

Distribution and mode of occurrence of uranium in bottom ash derived from high-germanium coals

The radioactivity of uranium in radioactive coal bottom ash(CBA) may be a potential danger to the ambient environment and human health. Concerning the limited research on the distribution and mode of occurrence of uranium in CBA, we herein report our investigations into this topic using a number of techniques including a five-step Tessier sequential extraction, hydrogen fluoride(HF) leaching, Siroquant(Rietveld) quantification, magnetic separation, and electron probe microanalysis(EPMA). The Tessier sequential extraction showed that the uranium in the residual and Fe–Mn oxide fractions was dominant(59.1%and 34.9%, respectively). The former was mainly incorporated into aluminosilicates,retained with glass and cristobalite, whereas the latter was especially enriched in the magnetic fraction, of which about 50% was present with magnetite(Fe_3O_4) and the rest in other iron oxides. In addition, the uranium in the magnetic fraction was 2.6 times that in the non-magnetic fraction. The experimental findings in this work may be important for establishing an effective strategy to reduce radioactivity from CBA for the protection of our local environment.