我国典型秸秆露天燃烧黑碳的高时间分辨率排放特征及其排放清单

农作物秸秆燃烧是大气中黑碳(black carbon,BC)气溶胶的主要来源之一。目前农作物秸秆燃烧排放黑碳的研究主要集中在通过离线样品分析获得的BC排放特征,缺少实时在线排放特征的研究。本研究收集了我国具有代表性的4种农作物秸秆(小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆),通过在实验室燃烧平台模拟农作物秸秆露天燃烧的过程,利用黑碳仪获得农作物秸秆燃烧过程中BC的实时浓度排放变化;利用质量重建,获得BC在线排放因子。结果表明:农作物秸秆在明燃过程中BC的排放因子较为稳定。通过平均排放因子的计算,获得小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆和大豆秸秆的BC排放因子分别为(0.32±0.05) g?kg~(-1)、(0.31±0.13) g?kg~(-1)、(0.31±0.09) g?kg~(-1)和(0.44±0.01) g?kg~(-1)。在排放因子的基础上,结合我国农作物秸秆露天燃烧量,最终建立了2015年我国省级(不含港澳台地区)典型农作物秸秆燃烧的BC排放清单。     

高速列车隧道会车流场的CFD分离涡数值模拟

目的研究高速列车隧道会车压力波及列车尾流特性。方法建立某型高速列车三节车模型,采用脱体涡方法数值模拟两列车以350km/h在隧道内等速会车的流场。数值模拟的空间离散化压力项、密度项及修正的湍流黏度项使用二阶迎风格式,动量项使用有界中心差分格式,时间离散采用预处理二阶精度差分格式,用壁面函数处理隧道壁,使用雷诺时均法作方法对比。计算列车车头、侧墙及尾车等部位的压力时间历程,然后使用傅里叶变换对尾车测点进行频谱分析,最后对尾流中不同位置的湍流强度进行分析。结果头车所受压力波动最为剧烈,中间车次之,尾车最小。列车侧墙同一垂向位置不同高度压力变化相差不大。列车尾涡主频在3.85Hz附近,其可能对列车横向振动有一定的影响。结论尾涡是两个不断向后发展的中等强度涡旋,在充分发展段,其湍流强度会有一个较为明显的抬升,之后逐渐减弱。会车侧涡流由于横向发展较为迅速,导致其强度较小且减弱速度较快。     

低压等离子喷涂制备ZrB2-TiC复合涂层 及其烧蚀性能研究

目的探索低压等离子喷涂制备ZrB_2-TiC复合涂层工艺及其烧蚀性能。方法采用喷雾造粒技术制备适用于低压等离子喷涂的ZrB_2-TiC球形粉体,再采用低压等离子喷涂技术在高强石墨基体表面制备ZrB_2-TiC复合涂层。利用氧-乙炔火焰考核涂层的抗烧蚀性能,采用红外测温仪测试烧蚀过程中涂层的表面温度,分别采用扫描电镜、EDS及XRD分析涂层的表截面形貌、元素及物相。结果 ZrB_2-TiC复合涂层呈等离子喷涂层状结构特征,内部孔隙率达到10.8%,涂层与高强石墨之间的结合强度约5.4 MPa。喷涂后涂层产生了ZrTiB4、ZrTiC2新相。涂层经过2000℃氧乙炔烧蚀5min后,保持完整,未出现裂纹及剥落,烧蚀深度仅为2～5μm。结论采用低压等离子喷涂可在石墨表面制备性能优良的ZrB_2-TiC复合涂层,涂层可有效抵御氧乙炔火焰的烧蚀。     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

三岔湖沉积物中葡萄糖脱氢酶gcd基因的多样性及其与环境因子的关系

为了研究沉积物中葡萄糖脱氢酶gcd基因多样性及其与环境因子的关系,揭示对水体富营养化有重要影响的微生物类群,分别于2017年的春季和秋季对三岔湖沉积物及其表层上覆水采样,对沉积物基因组DNA的gcd基因进行高通量测序,分析gcd基因多样性和群落结构特征,探讨其与环境因子之间的关系.结果表明:①12个样品共得到219 778条有效序列,分属于6门、9纲、15目、29科、46属、610个OTUs,主要来源于变形菌门（25.10%~98.85%）、酸杆菌门（0~3.99%）.②gcd基因序列系统发育树分为两支,四亚支,基因序列主要归属于根瘤菌目、伯克氏菌目、海洋螺菌目、假单胞菌目、酸杆菌目.③gcd基因的生物多样性大小为春季>秋季,湖中心>湖坝>湖尾;在gcd基因细菌群落组成上,季节性变化对L1、L2、L3、L5采样点影响较小,而对L4和L6采样点影响较大.④gcd基因的生物多样性与ρ（DO）、w（TP）、w（HCl-P）、ρ（DTP）显著相关,gcd基因的OTU组成和分布与ρ（DO）、ρ（DTP）显著相关.研究显示,三岔湖水体沉积物中的gcd基因具有较高的生物多样性,组成和分布呈现异质性,对ρ（DTP）具有重要影响作用.      

高藻水臭氧预氧化过程有机物转化及消毒副产物生成势

研究了高藻水预氧化处理过程中,不同臭氧氧化程度及不同pH值条件下,藻类有机物释放与转化规律以及氯化消毒副产物(DBPs)的生成特性.结果表明,臭氧投加量为28.92 mg·L-1时藻去除率达36%.随着臭氧投加量的增加,藻的去除率进一步增加,类腐殖酸先增加后持续减少,溶解性微生物代谢产物、类富里酸和类芳香蛋白物质持续减少;低投加量的臭氧对二氯乙腈(DCAN)、三氯乙腈(TCAN)生成势有明显的控制作用,但会增加三氯硝基甲烷(TCNM)以及1,1,1-三氯丙酮(1,1,1-TCP)前体物,随臭氧投加量增大,DBPs生成势显著增大.酸性条件下臭氧对藻的去除效果最好,UV254以及总有机碳(DOC)均随pH的增大有所上升,但变化较小;臭氧氧化可降解溶解性微生物代谢产物,降解效果受pH影响较小,类腐殖酸有机物随pH值增大而减少;DCAN、TCAN生成势随pH增大有所降低,TCNM生成势在pH=10条件下最高,1,1,1-TCP生成势在pH=7条件下最高.     

温度对SCSC-S/Fe复合系统脱氮除磷及微生物群落特性的影响

为了探究温度对纤维素类降解菌和反硝化细菌的影响,分析了固相纤维素碳源玉米芯+硫铁填料脱氮除磷复合系统(solid carbon source of cellulose and sulfur/sponge iron process,SCSC-S/Fe复合系统)在不同温度下脱氮除磷效果,通过扫描电镜(SEM)和MiSeq高通量测序技术对反应前后玉米芯表面结构及微生物特性进行分析.结果表明,温度从15、20、25℃升高到30℃过程中,该系统TN平均去除率从78.88%增加到92.70%、TP平均去除率从82.58%增加到89.15%;反应后玉米芯表面以球状和杆状微生物为主;纤维素类降解菌所占比例在30℃比20℃时高出11.01%,而反硝化细菌所占比例降低了21.26%.可见,纤维素降解菌比反硝化细菌对温度更敏感,受温度影响更大.     

低温高铁锰氨氮地下水生物同池净化

为实现低温(5~6℃)高铁锰氨氮[TFe 9.0~12.0 mg·L~(-1)、Fe(Ⅱ)6.5~8.0 mg·L~(-1),Mn(Ⅱ)1.9~2.1 mg·L~(-1),NH_4~+-N 1.4~1.7 mg·L~(-1)]地下水生物同池净化,以中试模拟滤柱在某水厂进行了实验研究.结果表明,出水总铁在启动之初即能合格,出水氨氮和锰分别在72 d和75 d实现净化.工艺启动周期受培养温度和原水水质影响较大.滤速越大,锰的极限去除量越低,滤速≥1.0 m·h~(-1)时,锰的极限去除量为3.0 mg·L~(-1).锰是滤速提升的限制因素,工艺极限滤速是4.5m·h~(-1).滤速≤6.0 m·h~(-1)时,氨氮的极限去除量为1.5 mg·L~(-1),且不受滤速影响,溶解氧(dissolved oxygen,DO)不足导致工艺对更高浓度氨氮净化失败.DO充足的条件下,工艺净化所需滤层厚度随锰和氨氮浓度增加而增厚.滤速增大会导致铁锰氨氧化去除区间向滤层深处位移,发生"锰"溶出现象.进一步分析表明,铁和氨氮在滤层内可同步氧化去除;锰的高效氧化去除区间与铁和氨氮的高效氧化去除区间存在明显分级.     

跨膜压差和膜面流速对磁絮凝延缓陶瓷微滤膜通量衰减的影响

为克服陶瓷微滤膜净化微污染水体时产水量不高、通量衰减迅速的难题,采用磁絮凝预处理工艺延缓陶瓷膜的污染。对比了磁絮凝预处理与传统絮凝预处理对陶瓷微滤膜膜污染的影响,结果显示:磁絮凝预处理后陶瓷膜的稳定产水量高于传统絮凝预处理,验证了磁絮凝预处理工艺延缓膜污染的可行性。同时,研究了跨膜压差和膜面流速对2种组合工艺膜通量的影响,结果表明:随着跨膜压差和膜面流速的增加,膜通量均提高但增幅逐渐放缓,其优化运行参数如下:跨膜压差为0.20 MPa,膜面流速为2.0 m/s。     

海洋厌氧氨氧化菌的富集培养及其脱氮特性

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,通过接种胶州湾底泥,研究了海洋厌氧氨氧菌的富集培养及其脱氮特性.实验结果表明:海洋厌氧氨氧化菌的富集培养可分为4个阶段:菌体自溶期(1~15 d)、迟滞期(16~152 d)、活性提高期(153~183 d)与稳定运行期(184~192 d).与淡水厌氧氨氧化相比,其迟滞期(137 d)较长,活性提高期(30 d)较短,对基质浓度与HRT的变化更敏感,且由进出水导致的菌活性延迟时间为5 h,远长于淡水厌氧氨氧化菌,因此海洋厌氧氨氧化菌对新环境的适应能力更弱,更难富集培养.经过192 d运行,对NH_4~+-N与NO-2-N的去除率分别达到96.98%与95.66%,三氮转化比n(NH_4~+-N)∶n(NO-2-N)∶n(NO-3-N)为1∶(1.2±0.2)∶(0.22±0.06),接近理论比(1∶1.32∶0.26),NRRNH_4~+-N升至0.080 kg·(m~3·d)-1,海洋厌氧氨氧化菌活性显著提高,这标志着海洋厌氧氨氧化菌富集成功.反应器运行过程中,污泥逐渐由黑色泥状变为砖红色颗粒状,扫描电镜观察,该砖红色颗粒为表面光滑,排列紧密、有类似火山口形状的球状菌相互黏聚而成的菌团.