铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

好氧/除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动的影响

在室温下,采用R1、R2、R3三组相同的SBR反应器接种污水厂回流污泥,比较了添加好氧颗粒、除磷颗粒对亚硝化颗粒污泥启动及稳定运行的影响.结果表明,在S1(0~22 d)阶段,R1、R2、R3均用了19 d启动亚硝化.在S2阶段(23~56d),R1不添加颗粒污泥,R2、R3分别添加20%好氧颗粒和20%除磷颗粒诱导亚硝化絮状污泥颗粒化,R1、R2和R3分别在76、42 d和56 d平均粒径达到412、468、400μm,均成功实现颗粒化.在S3阶段(57~108 d),进水氨氮负荷和COD负荷分别由0.4 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1)和0.2 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.5 kg·(m~3·d)~(-1),R1、R2反应器中颗粒粒径增加明显,但R3发生了污泥膨胀.在运行末期(108 d),R1和R2的平均粒径分别达到689μm和893μm.接种好氧颗粒和除磷颗粒均能快速实现亚硝化污泥的颗粒化,并且接种好氧颗粒的亚硝化颗粒污泥系统能适应较高C/N比进水,耐冲击负荷,能长期稳定运行.     

长江上游典型农业源溪流溶存氧化亚氮(N2O)浓度特征及影响因素

随着农业非点源氮（N）污染的加剧,农田周边溪流成为重要的活性N汇和潜在的氧化亚氮（N₂O）排放源.为查明长江上游农业源溪流中溶存N₂O浓度的全年动态变化特征,于2014年12月~2015年10月开展紫色土丘陵区典型农田源头溪流N₂O浓度的连续采样观测,采用水-气顶空平衡-气相色谱法测定顶空气体中N₂O浓度,根据相关参数计算出本研究水体中的溶存N₂O浓度,并同步测定溪流水体物理化学指标,分析水中溶存N₂O浓度的主要影响因素.结果表明,长江上游紫色土丘陵区的典型农业源溪流的硝态氮（NO₃^--N）是最主要的活性N赋存形态（年均1.45 mg·L^-1）,溪流水体溶存N₂O质量浓度（以N计）全年平均为0.57 μg·L^-1（范围0.26~1.28 μg·L^-1）,冬、春、夏和秋季的均值分别为0.63、0.45、0.53和0.64 μg·L^-1,但季节间无显著差异.溪流水体溶存N₂O浓度全年都处于过度饱和状态（饱和度年平均为203.9%,范围109.7%~546.5%）,可见,农业源溪流全年均为潜在的N₂O释放源.溪流溶存N₂O浓度的变化主要由水体NO₃^--N浓度决定,N₂O的主要产生机制为反硝化作用;溪流季节平均N₂O饱和度在夏、秋季显著高于冬、春季,水中溶存N₂O饱和度的变化主要受水温和NO₃^--N浓度的共同影响.研究还发现农业源溪流中溶存N₂O浓度在4~10月（湿润季节）间波动明显,较强降雨可促使其水中NO₃^--N浓度在雨后短期内升高,进而促进水体反硝化作用,导致雨后溪流中溶存N₂O浓度的增加.     

紫外辐射H2O2与PMS氧化准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水

采用紫外（UV）活化双氧水（H₂O₂）和过一硫酸盐（PMS）产生活性氧物种降解准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中有机污染物.结果表明,紫外辐射双氧水（UV-H₂O₂）和紫外辐射过一硫酸盐（UV-PMS）体系对有机污染物的降解相比于单独体系效果显著.初始pH值和氧化剂投加量能够显著影响2种体系的降解效能,增加氧化剂投加量能够一定程度提高2种体系对渗滤液尾水中有机物的去除;2种体系均在酸性条件下效果较好,初始pH值的升高对2种体系过程有机物降解有抑制作用并且对UV-H₂O₂体系的抑制尤为显著.在最优条件下（初始pH值为3,氧化剂投量为0.084mol/L）,UV-H₂O₂与UV-PMS体系处理后出水COD去除率分别达到了72.09%和56.22%.另外,UV-H₂O₂体系中主要活性氧物种是羟基自由基,而UV-PMS体系中主要是由羟基自由基和硫酸根自由基的共同作用.紫外-可见光谱与三维荧光光谱表明两体系中均能降解渗滤液尾水中难降解芳香类有机物质,并且UV-PMS较UV-H₂O₂体系对腐殖质的反应速率更快,但是两种体系对渗滤液尾水中腐殖质的降解途径存在显著差异.研究结果可为光化学氧化处理垃圾渗滤液中难降解有机物提供参考.     

基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源,比例及迁移转化特征,对河北省张家口市宣化区洋河北岸主要供水区的地下水进行取样分析.基于土地利用类型,综合利用水化学分析方法耦合δ¹⁵N-NO₃^-,δ¹⁸O-NO₃^-双同位素示踪技术对研究区地下水硝酸盐污染来源,贡献率及迁移转化规律进行判断.研究结果表明：研究区氮污染以NO₃^-为主,12处采样点4次采样过程中约77%超出世界卫生组织标准（10mg/L）的限值,其污染在2018年8月（夏季）较为严重,空间浓度插值结果显示硝酸盐呈现出沿河及远岸点位浓度相对较低,中间较为稳定区域浓度较高的空间特征,并表现出不同土地利用类型上污染程度的差异性：旱地浓度最高,城镇次之.稳定同位素模型（SIAR）显示地下水硝氮污染来源中粪肥及生活污水占45.37%,土壤氮来源为41.39%,降水和化肥中NH₄⁺来源占13.24%,与研究区以城镇和耕地为主的土地利用现状较为一致.此外,同位素特征值结果显示氮的迁移转化过程以硝化作用为主.文可为地下水氮的污染来源解析提供更加精准,全面的分析方法进而为污染的防治提供优先治理建议.     

基于好氧甲烷氧化菌的反硝化效能及微生物群落研究

采用气体循环序批式生物膜反应器（gcSBBR）,构建反硝化型甲烷好氧氧化（AME-D）系统.考察了进水氮负荷的影响,发现氮负荷为0.075kg/（m³·d）时,硝酸盐氮去除率达到98.93%,其反硝化速率为74.25mg/（L·d）,系统的甲烷日平均消耗量为35.91%（初期为50%）;扫描电子显微镜（SEM）分析结果显示,系统中的微生物主要以短杆菌（12~18 μm）为主,并存在少量的丝状菌（长150~200μm）;16S rRNA高通量测序结果显示,该系统中的甲烷氧化菌为Methylocaldum、Methylomonas、Methylococcus和Methylococcaceae_unclassified,反硝化菌为Denitratisoma、Hydrogenophaga、Azoarcus、Thiobacillus和Rhodobacter,其中主要的功能微生物为Methylocaldum、Denitratisoma和Hydrogenophaga,系统对氮的去除是由好氧甲烷氧化菌与反硝化菌协同实现.此外,系统中存在大量以甲醇和甲基胺类物质为生长基质的Methylophilaceae_uncultured（30.4%）.     

不同浓度蓝藻水华在好氧条件下的光合作用

为研究不同浓度蓝藻水华在曝气形成的好氧条件下的光合作用,本文按叶绿素a（Chla）浓度32.5,346.8,1413.7和14250.0μg/L设4个处理组（从低到高编号依次为I、Ⅱ、Ⅲ和IV）进行实验.结果表明,各处理Chla浓度均总体呈下降趋势,但均未出现发黑或发褐现象;各处理溶氧、pH值、NH₄⁺-N浓度和最大光合作用能力F_v/F_m均有一定差异（P<0.05）.快速光响应曲线的特征参数α、ETR_max和I_k表明,处理I、Ⅱ和Ⅲ中出现较高的绿藻、硅/甲藻的光能利用效率（P<0.05）,而处理IV中所有藻类的光能利用效率较低（P<0.05）.曝气增氧可以防止高浓度蓝藻水华形成黑水团;蓝藻水华初始Chla浓度约为32.5、346.8、1413.7μg/L时,在曝气形成的好氧条件下,蓝藻水华中会出现其它藻类如绿藻、硅/甲藻的生长,即藻类群落结构朝着多样化变化,对蓝藻水华形成控制.     

千岛湖水体氮的垂向分布特征及来源解析

选取千岛湖水深0.2,5,10,20,30和40m处水样进行分析,利用氮氧同位素和稳定同位素模型（SIAR）研究千岛湖水体氮（N）的垂向分布特征,分析水体N的来源并计算各N源的贡献率.结果表明,硝酸盐（NO₃^-）和溶解性有机氮（DON）是千岛湖水体总溶解氮（TDN）的主要形式,分别占溶解态N的57.9%和39.7%.千岛湖水体δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-的平均值分别为4.5‰和4.3‰.上层水体（0~10m）中,硝化作用和浮游植物的同化作用共同控制水体N的形态组成和氮氧同位素值（δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-）的变化.中层水体（10~30m）中,硝化作用是主要的生物地球化学过程,使得水体NO₃^-含量增加而δ¹⁸O-NO₃^-值减小.底层水体（30~40m）受到硝化作用、底泥N释放和反硝化作用的共同影响.化肥是千岛湖水体NO₃^-的最主要来源,在S1和S2处的贡献率分别为51.9%和30.6%.新安江上游的农业面源污染使得S1处化肥贡献率远高于S2.土壤N是仅次于化肥的第二大水体NO₃^-来源,在S1和S2处的贡献率分别为17.8%和27.8%.此外,底泥对底层水体NO₃^-的贡献不可忽视.     

电磁波加载回流污泥对A2O厌氧池功能的影响

基于电磁波加载污泥的生物效应和溶出效应,将A²O系统的回流污泥进行电磁波加载,以期从微生物群落结构变化角度考察其对系统中厌氧池功能的影响.结果表明,电磁波加载回流污泥后,污泥絮体分解,细胞破壁;回流污泥中C、N、P的溶出效应显著.与加载前对比,厌氧池中TP富集效果更明显,富集率由122.9%增至152.2%;TN、COD去除率分别由7.3%、58.8%上升为32.1%和65.4%.MiSeq焦磷酸测序分析表明,回流污泥经电磁波加载后,厌氧池微生物群落的丰度增加,但其微生物多样性降低.碳源得到补充,厌氧池中微生物的代谢活性明显提高,活菌数量增加.厌氧池中富集了Zoogloea、Tolumonas、Dechloromonas等菌属.     

好氧颗粒污泥与膜生物反应器组合工艺处理城市生活污水

为解决城市生活污水处理工艺存在水力停留时间较长、占地面积较大、脱氮除磷效果较差等问题,研究开发一套处理城市生活污水的AGS-MBR新工艺。以20%的实际生活污水和80%的人工配水混合为原水,基于逐步增加有机负荷和缩短沉淀时间的启动方式,连续运行AGS-MBR工艺100 d,考察AGS的污泥特性变化,并监测进、出水中COD、NH_4~+-N、TN、TP的去除效果。结果表明:在40 d时,SBR内培养出粒径达到2 mm的好氧颗粒污泥,比耗氧速率为46. 5 mg/(g·h),微生物代谢活性较高。工艺稳定运行期间,出水ρ(COD)、ρ(NH_4~+-N)、ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为22,0. 07,9. 5,0. 43mg/L,达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。