污水生物处理工艺低温下微生物种群结构

构建有针对性的运行控制策略是我国城市污水生物处理工艺冬季低水温条件下高效稳定运行的重要保证.以我国北方低温期（8~15℃）稳定运行的4个典型污水生物处理工艺为对象,利用高通量测序方法系统解析了活性污泥中的微生物群落及碳、氮、磷去除等关键功能种群结构,阐明了重要功能种群在低温影响下的动态变化及与污染物去除性能间关系,为控制策略的有效建立提供了坚实的科学数据基础.尽管存在着不同工艺形式,但结果表明低温期活性污泥均具有较为良好的种群丰富度,其中放线菌门（Actinobacteria）在低温期优势地位提升;关键功能种群中硝化种属Nitrosomonas受温度影响较大,而作为核心种群的反硝化种属则因分布广泛及多样性高,整体丰度受温度变化影响较小,工艺的反硝化性能仅与回流比具有相关性;Tetrasphaera在4个工艺中广泛存在但仅在厌氧/好氧交替条件下承担主要除磷功能;低温下4个工艺中多种丝状菌优势生长并诱发污泥膨胀,但对出水水质影响较小.     

珠江口典型河段内分泌干扰物的空间分布及风险评价

选择珠江口典型河段为研究对象,调查上覆水和沉积物中5种典型内分泌干扰物(EDCs)4-辛基酚(4-t-OP)、4-壬基酚(4-NP)、双酚A(BPA)、三氯生(TCS)和三氯卡班(TCC)的空间分布特征,并利用风险商值法(RQ)对其上覆水及沉积物进行风险评价.结果表明,5种EDCs在珠江河流上覆水和沉积物样品中均有检出,水体中4-t-OP、4-NP、BPA、TCC、TCS的水体质量浓度分别为:49.19~512.82、112.66~717.31、23.54~2189.88、1.90~120.99、1.51~54.75 ng·L~(-1).沉积物中4-t-OP、4-NP、BPA、TCC、TCS的沉积物质量分数分别为:56.60~1606.56、69.52~6524.35、18.55~522.45、1.54~179.66、0.71~130.92 ng·g-1.5种EDCs在沉积物和上覆水中的空间分布基本遵循上游到下游逐渐减少的趋势.4-t-OP、4-NP、BPA、TCC和TCS的风险商(RQ)在上覆水和沉积物中的范围分别为0.03~4.20和0.026~149.28.对生态健康产生极大压力.沉积物来源、粒度分布和有机质含量均对EDCs在沉积物中的富集有影响,且主要影响因素为沉积物有机质含量.     

磁性高分子复合水凝胶的制备及其对水中铜离子的吸附性能

以海藻酸钠和聚乙烯醇为骨架负载磁性纳米Fe_3O_4颗粒合成了两种磁性高分子复合水凝胶材料:一种是以Ca~(2+)交联制备的磁性海藻酸钙单网络水凝胶(SAPFe),另一种是以海藻酸钙和聚乙烯醇经循环冷冻解冻制成的磁性双网络水凝胶(DAPFe).利用SEM、FTIR、BET对合成的材料进行表征,并研究了SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附性能.结果表明,DAPFe比表面积达89.01 m~2·g~(-1),平均孔径为2.2 nm,DAPFe比SAPFe具有更低的含水率、更高的交联程度、更发达的孔隙结构和更高的比表面积.DAPFe对Cu~(2+)的最大吸附量可达207.01 mg·g~(-1),远大于SAPFe(173.01 mg·g~(-1)).SAPFe和DAPFe对Cu~(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级吸附动力学模型.通过分析SAPFe和DAPFe吸附Cu~(2+)前后官能团的变化,发现磁性高分子复合水凝胶具有丰富的羧基和羟基功能性官能团,并通过与Cu~(2+)产生螯合作用实现去除.     

低密度聚乙烯(LDPE)膜对内分泌干扰物的动态富集研究

低密度聚乙烯膜(Low-Density Polyethylene,LDPE)在有机物原位被动采样中具有使用简便、耗用量少、成本低廉的优点,但在内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs)被动采集方面鲜见应用,有关其平衡分配系数(KLDPE)也不十分清楚.基于此,本文选取7种EDCs,包括双酚A(BPA)、壬基酚(4-NP)、辛基酚(4-t-OP)、雌酮(E1)、β17-雌二醇(E2)、三氯生(TCS)和三氯卡班(TCC),室内模拟LDPE原位动态富集过程,探究了环境因素(温度、pH)对LDPE富集效果的影响,并确定了不同EDCs在LDPE上的富集参数(KLDPE).研究发现,溶液温度升高可以加速LDPE膜对EDCs的吸附,在过低温度条件下(实验设置为4℃),EDCs较难达到膜-水分配平衡;溶液pH对于不同EDCs的影响不尽相同,这可能是因为不同pH条件下EDCs在溶液中形态差异明显,进而影响其在LDPE膜-水之间的分配平衡;7种EDCs的KLDPE实测值均低于各自的经验理论值,这主要由于经验理论值计算过程中未考虑达到分配平衡时有机物从LDPE膜上的解吸附过程,且只考虑了EDCs在膜-水两相之间的平衡.上述结果表明,为提高被动采样测定环境样品中EDCs的准确性,在尽量与实际条件相似的室内条件下获取KLDPE实测值是非常必要的.     

BiVO4-Cu2O/CuO双光电极自偏压光电催化降解苯酚研究

基于费米能级差,构建了以BiVO_4为光阳极,Cu_2O/CuO为光阴极的双光电极可见光响应光催化燃料电池体系,研究了该体系在不同氧化剂的辅助作用下光电催化降解苯酚的效率与动力学.结果表明,向该体系中投加H_2O_2可以显著促进苯酚的降解,且反应过程光电流稳定,铜溶出量低.详细探究了H_2O_2初始浓度、pH对降解的影响,结果表明在H_2O_2投加量为5 mmol·L~(-1),初始pH为3.5条件下利于苯酚降解,5 mg·L~(-1)的苯酚可在120 min内完全去除.顺磁共振和猝灭实验表明该体系的主要氧化物种为·OH、·O~-_2和光生空穴.该催化体系实现了苯酚在可见光下的高效催化降解.     

基于CT技术的巢湖沉积物孔隙结构三维重建的初步研究

为更好地了解分析沉积物孔隙结构特征,本文通过CT技术及相关软件,对巢湖沉积物孔隙结构进行了三维重建,展现了巢湖沉积物真实的三维孔隙结构,并以此为基础定量计算了孔隙度、孔隙连通性、曲率等沉积物孔隙结构参数.结果表明,巢湖表层沉积物孔隙度变化范围为0.28~0.75;曲率在2.83~9.31内变化,且在不同方向上表现出明显的差异性,Z方向上的较高曲率阻碍了孔隙水中的污染物扩散.沉积柱在垂直方向上,总体上随深度的增加,孔隙度减小,但在某些深度存在异常,可能是因为底栖动物活动或沉积条件变化.     

海河流域河流氮污染特征及其演变趋势

收集海河流域重点水功能区主要监测站点2000—2011年总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、硝氮(NO-3-N)、亚硝氮(NO-2-N)指标的历史数据,并且实测2009年350个样点的氮素指标,以探明海河流域河流氮污染特征及其演变趋势.结果表明,海河流域氮污染现状严重,2011年TN、NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N的平均浓度分别为7.92、4.25、1.28、0.013 mg·L-1,TN、NH+4-N超地表水V类水质标准现象严重(2.0 mg·L-1),其中海河干流水系、北三河(北运河、潮白河、蓟运河)水系和子牙河水系污染较重.在空间尺度上,海河流域氮污染沿山区-平原方向呈现出明显逐渐上升的变化特征.在时间尺度上,TN与NH+4-N浓度变化均在2005年与2011年出现峰值,TN浓度与NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N浓度呈现极显著正相关(p0.01),NH+4-N是海河流域氮污染的主要污染因子.2000—2011年,NH+4-N劣V类(2.0 mg·L-1)站点比例整体上表现为减少趋势,由2000年的28.87%降为2011年的17.56%,劣V类站点NH+4-N浓度均值由2000年的7.91 mg·L-1降为2011年的6.50mg·L-1.在海河流域中,黑龙港运东水系、子牙河水系河流NH+4-N污染较重,各年平均浓度均超过地表水V类水质标准,NH+4-N平均浓度呈现随年份逐渐降低的趋势.在海河流域氮污染整体表现为好转的趋势下,氮污染的现状仍然严峻,需加强控制.     

梁子湖沉积物重金属污染现状分析及风险评价

采集了梁子湖柱状沉积物,分析了Cd、Sn、As、Cu、V、Zn、Ni、Cr、Co、TI、Pb和Mo 12种重金属元素的含量及空间分布,并对其污染源进行解析,最后对重金属的生态风险作出评价.结果表明,在空间分布上,东部湖区存在严重的重金属污染问题,其中,Cd的平均含量达到0.80 mg·kg~(-1),是湖北省土壤背景值的4.66倍;Sn和As平均含量分别为6.35 mg·kg~(-1)和35 mg·kg~(-1),已经超过湖北省土壤背景值近2倍;在垂直分布上,Cd和Zn在0~20 cm深度上富集现象明显,平均含量分别为0.67 mg·kg~(-1)和116 mg·kg~(-1).富集系数EF值表明,Cd、Sn、As主要来自人为污染.单一重金属潜在生态风险指数Eri值范围在3~140之间,以Cd污染最严重,Eri平均值为140,表现为较重生态风险,其他11种元素均为低等生态风险水平.综合生态风险指数RI值显示,梁子湖整体处于中度污染水平,其中,东部湖区风险程度最大.梁子湖作为武汉市备用水源地,沉积物重金属Cd、Sn、As含量过高将威胁湖水质量,危及水生态安全和人体健康.     

丹江口水库典型消落区土壤氮磷赋存形态及释放特征研究

丹江口水库是南水北调中线工程水源地,调水工程使得水库蓄水并带来水库水位上升,新增淹没区不同土地利用类型土壤由于淹没浸泡可能使其中氮磷等营养物释放,对水库水质构成威胁.本文通过采集丹江口水库典型消落区5种土地利用类型(滩地、草地、荒地、耕地、果园)的表层土壤,选用磷形态标准测试方法(SMT)和氮形态分级浸取方法对消落区土壤氮磷赋存形态进行分析,同时进行土壤氮磷释放模拟实验来考察消落区土壤"淹没-落干"过程的氮磷释放特征.结果表明,东库湾消落区土壤磷素主要以钙结合态磷(Ca-P)存在,其占TP比例范围为54.7%~82.0%,平均值为69.1%.滩地、草地、荒地土壤生物可利用性磷(BAP)占TP比例也基本超过30%.土壤有机硫化物结合态氮(OSFN)含量在139.1~195.0 mg·kg-1之间,占TN比例范围为18.8%~27.0%,是土壤可转化态氮(TF-N)中主要的赋存形态.土壤释放模拟实验显示,耕地、果园这两类新增淹没区土壤在受淹后其更易向水体释放磷素,而消落区土壤氮素整体上呈现向水体缓慢释放的规律."淹没-落干"前后滩地、荒地的BAP含量下降超过20%,果园BAP含量也降低了16%,草地和耕地的BAP含量则维持相对稳定."淹水-落干"实验后耕地、果园土壤IEF-N含量分别下降22.6%、34.2%,这两类新增淹没区土壤在调水淹没后可能会向上覆水水体释放氮素.     

河流污染类型优控顺序确定方法及其在海河流域的应用

建立河流污染类型优控顺序方法并将其应用于海河流域,结合海河流域主要河流站点水质监测数据和沉积物分析数据,对各水系河流的耗氧污染、富营养化及沉积物重金属污染状况进行整体评估,确定海河流域河流污染优先控制顺序.结果表明,海河流域有36%河长耗氧污染严重,重污染河流主要分布在黑龙港运东水系、子牙河水系和徒骇马颊河水系,重度污染河长比例分别为100%、54%和68%.重度富营养化河流主要分布在子牙河水系、北三河水系(北运河、潮白河、蓟运河)和徒骇马颊河水系,重度污染河长比例分别为50.0%、52.3%和39.7%;沉积物重金属生态风险普遍较低,子牙河水系、滦河水系和漳卫河水系重度污染河长比例分别为26.5%、21.6%和28.0%.海河流域河流中度以上的耗氧污染、富营养化及重金属污染河长分别为8203 km、6927 km和6733 km,由此确定流域河流污染优控顺序应该是首先关注耗氧污染,然后再控制河流富营养化,最后再治理重金属污染.分水系优控顺序研究表明永定河水系、大清河水系、黑龙港运东水系、子牙河水系和徒骇马颊河水系主要面临耗氧污染问题;北三河水系应首先控制富营养化;滦河水系、海河干流和漳卫河水系应关注沉积物重金属污染.