Locally enhanced electric field treatment (LEEFT) for water disinfection

• Nanowire-assisted LEEFT is applied for water disinfection with low voltages. • LEEFT inactivates bacteria by disrupting cell membrane through electroporation. • Multiple electrodes and device configurations have been developed for LEEFT. • The LEEFT is low-cost, highly efficient, and produces no DBPs. • The LEEFT can potentially be applicable for water disinfection at all scales. Water disinfection is a critical step in water and wastewater treatment. The most widely used chlorination suffers from the formation of carcinogenic disinfection by-products (DBPs) while alternative methods (e.g., UV, O₃, and membrane filtration) are limited by microbial regrowth, no residual disinfectant, and high operation cost. Here, a nanowire-enabled disinfection method, locally enhanced electric field treatment (LEEFT), is introduced with advantages of no chemical addition, no DBP formation, low energy consumption, and efficient microbial inactivation. Attributed to the lightning rod effect, the electric field near the tip area of the nanowires on the electrode is significantly enhanced to inactivate microbes, even though a small external voltage (usually<5 V) is applied. In this review, after emphasizing the significance of water disinfection, the theory of the LEEFT is explained. Subsequently, the recent development of the LEEFT technology on electrode materials and device configurations are summarized. The disinfection performance is analyzed, with respect to the operating parameters, universality against different microorganisms, electrode durability, and energy consumption. The studies on the inactivation mechanisms during the LEEFT are also reviewed. Lastly, the challenges and future research of LEEFT disinfection are discussed.     

电气石强化生物膜系统处理中药废水的启动及生物膜特性分析

将电气石与生物膜技术结合构建电气石强化生物膜系统处理中药废水,通过电气石调节生物膜微环境,以增强微生物代谢活性,从而提高了反应系统的处理能力。结果表明:电气石强化厌氧流化床(AFBR)反应系统经历160 d完成中药废水的启动实验,反应系统COD去除率达到87.8%,容积负荷达到5.34 kg·(m3·d)~(-1),生物膜产甲烷活性达到126.4 mL·(g·d)~(-1);电气石强化好氧流化床(FBR)反应系统统经历35 d完成启动实验后,出水COD稳定在76.5 mg·L~(-1),反应系统对应的COD去除率和容积负荷分别为90.3%和1.4 kg·(m~3·d)~(-1)。中药废水依次经AFBR和FBR处理后,出水水质满足《中药类制药工业水污染物排放标准》(GB 21906-2008)排放要求。以上结果可为实际工程项目提供理论依据和参考。     

贵金属催化剂活性组分分布对催化湿式氧化处理非达霉素提炼废水的影响

采用均匀型和蛋白型Ru/TiO_2催化剂为湿式氧化催化剂,应用于催化湿式氧化非达霉素提炼废水,以出水COD和TOC去除率作为指标来评价2种催化剂的催化活性差异;采用实验室连续评价装置对柱状颗粒催化剂在不同pH、不同废水流量和不同温度下处理非达霉素提炼废水进行了优化评价。结果表明:在265℃、pH=4.1、废水流量为10 mL·h~(-1)时,催化剂的催化活性最高,故确定此条件为该废水处理的最优条件;同时对比均匀型和蛋白型2种催化剂,蛋白型催化剂具有更高的催化效率;结合SEM及N_(2~-)物理吸附结果,推断蛋白型催化剂活性组分集中分布在催化剂颗粒的较浅层,有利于降低反应过程中的扩散阻力,提高贵金属活性组分的利用率,进而提高催化剂的催化活性。以上结果对开发高效湿式氧化催化剂,充分利用贵金属活性组分降低催化剂成本具有十分重要的意义。     

硬质聚氨酯泡沫和组合聚醚中消耗臭氧层物质的便携式GC-MS测定方法

建立了便携式顶空/气相色谱-质谱法测定硬质聚氨酯泡沫和组合聚醚中一氟三氯甲烷（CFC-11）、二氟二氯甲烷（CFC-12）、二氟一氯甲烷（HCFC-22）及一氟二氯乙烷（HCFC-141b）的定性分析方法,系统考察了色谱柱、顶空体系、顶空温度和顶空时间对测定结果的影响。结果表明,DB-WAX色谱柱对目标物质的分离效果最好,顶空温度为50℃、顶空时间为10 min条件下,目标物质的检测灵敏度最高。在优化条件下,硬质聚氨酯泡沫取样体积为1 cm³时,4种目标物的方法检出限为0.6~0.8 μg;组合聚醚取样量为10 mg时,4种目标物的方法检出限为0.5~0.6 μg。该方法具有较高的灵敏度,定性准确,适用于实际样品的现场快速定性分析。     

动态校准仪臭氧间接传递技术

对5台主流动态校准仪开展臭氧间接传递技术研究,对动态校准仪的准确性、可靠性、稳定性及臭氧传递的线性方程等性能参数进行了实验室考察。总体而言,发生型动态校准仪和分析型动态校准仪均可用于臭氧传递工作中。分析型动态校准仪可直接进行臭氧传递,发生型动态校准仪在臭氧传递前必须进行预校准。建议至少每3个月对发生型动态校准仪进行1次臭氧传递,每6个月对分析型动态校准仪进行1次臭氧传递。     

联网激光雷达的观测性能综合平行比对

激光雷达以其高精度的探测能力在大气污染研究中得到了广泛应用。由于生产厂家和反演算法等的差异,激光雷达观测数据的质量参差不齐。笔者利用2013年11月和2014年3月2种不同型号激光雷达(高频激光雷达和微脉冲激光雷达) 532 nm波段的气溶胶消光系数和气溶胶自动观测网(AERONET)光学厚度数据,对2部雷达在不同空气质量下的观测性能进行综合对比。结果表明:2部雷达在不同空气质量条件下探测效果不同,空气质量为优和良时,2部雷达的消光系数比较一致,偏差主要在1 km以下;随着污染加剧,2部雷达在1 km以下的偏差先减小后增大,1 km以上的偏差随高度增大。与AERONET的光学厚度相比,高频激光雷达在轻度污染和严重污染时相对误差较小(3. 23%和26. 75%);微脉冲激光雷达在良和轻度污染时相对误差较小(40. 00%和25. 81%)。2部雷达设备的差异和重污染时不利的气象条件是影响雷达表现的重要原因。该研究作为全国激光雷达联网的前期工作,为全国激光雷达数据的综合应用提供了参考。     

基于遗传算法的袋式除尘器脉冲喷吹清灰自适应模糊控制

针对当前主流的袋式除尘器定时、定压差脉冲喷吹清灰控制技术所表现的控制效果不理想、压缩空气消耗高以及无法自动调节清灰周期等问题,提出了一种基于控制规则可调的脉冲喷吹清灰自适应模糊控制方法。研发了一种脉冲喷吹清灰控制结构模型及自适应模糊控制器,将模糊控制规则按阻力偏差的大小分为4个等级并分别引入调整因子,以阻力偏差的时间误差绝对值积分(ITAE)作为目标函数,通过遗传寻优得到最优调整因子,进而得到能够根据不同工况条件自适应调节清灰周期的模糊控制规则。实验结果表明:相较于优化前的模糊控制器,该自适应模糊控制器超调量小、响应速度提升39.5%;与定时、定压差控制相比,自适应模糊控制能够维持过滤阻力的稳定性,分别节省耗气量34.0%、5.4%。在脉冲喷吹清灰控制系统中,该自适应模糊控制方法使控制效果得到较大提高。     

快速城市化背景下的思雅河流域水环境分析

通过对思雅河流域连续3年的水环境质量监测,结合遥感影像获得其土地利用类型变化,据此研究城市化对水环境的影响。结果表明:2012—2014年间思雅河流域自然、农业景观面积占比减少,而建设用地面积持续增加;研究期间除TDS年均值略微下降外,其余水质指标的年均值几乎均呈递增趋势,尤以TSS和COD增加最显著;TSS、COD、NH 3-N和TP的相对标准偏差均>0.1,显著高于其余参数,说明其波动程度较大。主成分分析表明水环境变化最主要的影响因子为第一主成分(TSS、COD、NH 3-N和TP)。贵安新区大学城建设活动加重了思雅河流域水体污染趋势。     

区域主体功能实现与自然资源利用的定量关系研究

主体功能区划通过主体功能划分的方式将开发和保护结合,自然资源开发利用复杂化过程中资源利用与目标实现之间亟需实现基本的定量核算关系。本文从自然资源可持续利用角度,试图探讨建立初步的主体功能核算关系,通过核算框架进行生产、生活、生态主体功能概算与比较。以京津冀主体功能区与水资源为例,对所设立的核算关系进行了验证与应用,并构造绝对与相对量指标量化京津冀主体功能量、功能水资源投入量与效率,进行了异空间尺度与异质性功能的比较,为以主体功能实现最大化为目标的资源优化配置提供量化工具。结果显示:①利用生态服务价值测算的当量因子法与水足迹测算的投入产出法,刻画了水资源对于地区主体功能的支撑作用。②利用功能总量与单位功能水资源投入量指标完成了异质性功能在异质性空间上规模、结构、相应水资源效率的比较。基于算例结果得到以下结论:①本文构建的自然资源-主体功能核算关系框架能够有效衔接主体功能规划,定量核算能有效反映与评价资源对区域功能目标、经济开发活动的支撑作用。②区域资源配置存在相对功能实现的效率差异,可根据资源投入与功能产出之间的关系引导实现功能最大化目标的资源配置。合理、有效的量化手段能够推进主体功能制度的落实,也有助于当前中国空间规划体系编制与落实的实际指导效果。     

都江堰灵岩山3种人工林优势物种叶片的有机组分特征

叶片的有机组分特征不仅是植物光合产物分配策略和养分回收的重要参数,而且是衡量凋落叶分解难易程度的重要指标.为探究不同植物群落叶片间有机组分的差异,以华西雨屏区人工林的优势乔、灌、草植物作为对象,收集其成熟叶及凋落叶,研究其水溶性组分(water soluble component,WSC)、有机溶性组分(organic...