垃圾填埋有色溶解性有机质与铜络合机制

为了阐明填埋场中重金属的形态演变机制,采用三维荧光光谱、荧光猝灭滴定技术及平行因子分析,研究了不同填埋年限垃圾中有色溶解性有机物(colored dissolved organic matter,CDOM)与Cu(Ⅱ)的络合过程.结果表明,填埋垃圾CDOM中含有类蛋白、类富里酸及类胡敏酸物质,随着填埋时间的延伸,类蛋白物质含量呈下降趋势,而类富里酸和类胡敏酸含量呈上升趋势.填埋垃圾CDOM中类蛋白物质对Cu(Ⅱ)络合能力和参与络合的荧光基团比例存在差异,络合的条件稳定常数在4.00~5.75之间,参与络合的荧光基团比例在22.78%~95.30%之间;而类腐殖质与Cu(Ⅱ)作用的条件稳定常数和参与络合的荧光基团比例变化较小,类胡敏酸物质与Cu(Ⅱ)络合的条件稳定常数在4.71~5.54之间,参与络合的荧光基团比例在42.35%~61.46%之间,类富里酸物质与Cu(Ⅱ)络合的条件稳定常数在4.44~5.25之间,参与络合的荧光基团比例在46.14%~57.22%之间.类富里酸和类胡敏酸与Cu(Ⅱ)的结合能力都随着填埋年限的增加而降低,但参与络合的荧光基团比例增加,并且类胡敏酸物质与重金属的结合能力强于类富里酸,但参与配位的官能团较类富里酸少.     

荧光溶解性有机质EEMs的新旧自组织映射图解析方法比较研究

目前,对地表水体荧光溶解性有机质(Fluorescent Dissolved Organic Matter,FDOM)三维激发发射矩阵(Excitation-Emission Matrices,EEMs)数据的解析仍旧存在挑战.本文结合原始EEMs和从中分离的荧光平行因子分析(Parallel Factor Analysis,PARAFAC)组分,利用自组织映射图(Self-Organizing Maps,SOM),开展了基于传统EEMs-SOM和新型PARAFAC-SOM神经网络模型的复杂荧光数据解析能力对比研究,以此探索和改进EEMs多元解析方法技术体系.模型以已发表论文原始数据为基础构建,研究对象为南太湖重要入湖河流东苕溪水系.结果显示:EEMsSOM模型需依赖常规"摘峰法"对各荧光峰做出主观判断,不能有效识别重叠荧光峰,且人为割裂多激发共发射荧光物质峰之间的联系,从而弱化分析结果的实际环境意义,但神经元的模式荧光光谱可视化效果较佳,且操作简便,耗时较少;PARAFAC-SOM模型克服了上述缺陷,可清除EEMs中的噪声或无用信息,大幅降低输入变量数(从1742个降至4个),缩减运算时间,较大地改善了输出结果的准确性,获得无损可靠且实际环境意义较强的结果,但该法的PARAFAC预处理要求较高,工作量较大;两类模型解析结论大体一致,对前期研究进行了全新的阐述和补充,且生动揭示了FDOM在多级河流水体中的空间赋存变化规律及河流的动态污染过程.综上,推荐在今后研究中综合使用两类优势互补的模型以实现对EEMs的深度解析.     

贵州高原草海湿地土壤有机碳分布特征及其与酶活性的关系

基于时空替代的研究方法,对贵州草海湿地土壤有机碳和氧化还原酶活性分布进行了研究,分析了土壤总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)与土壤酶活性、环境因子之间的关系.结果表明,不同退化梯度湿地土壤中有机碳存在较大的差异,沿着退化梯度表层土壤TOC、DOC含量和脱氢酶(DHA)活性逐渐降低(p0.05),而多酚酶(PPO)活性逐渐升高(p0.05);在垂直剖面上,原生湿地(CH1)和轻度退化湿地(CH_2)土壤TOC先增加后减少,而沼泽化湿地(CH3)和草甸湿地(CH_4)土壤TOC无明显的分层和富聚现象;相关性分析表明,TOC、DOC与PPO显著负相关(p0.01),而PPO与土壤含水率(WHC)、总氮(TN)和硝酸盐(NO-3-N)含量等显著负相关(p0.01),与pH显著正相关(p0.01).以上结果表明,土壤有机碳和酶活性的变化是对湿地退化的响应,湿地退化碳库的损失与PPO活性增加有关,而WHC、TN、NO-3-N和pH是影响PPO活性分布的重要因子.     

泥沙沉降对水体中溶解性有机物光谱学特性的影响

以沈阳市新开河为研究对象,考察了泥沙沉降过程中,沉降时间、泥沙含量、pH、盐度对水体中溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响.结果表明,泥沙沉降条件下,水体中DOC随泥沙沉降时间的增长而先增大后减小,随泥沙含量的增加而先减小后增大,随pH的增大而增大,随盐度的增大而减小.随着pH的增大,水体中DOM的芳香性增强;随着盐度的增大,水体中DOM的芳香性降低.随着泥沙沉降时间的增长,DOM中各类荧光物质的含量先增加后减少;随着泥沙含量的增加,DOM中类腐殖酸和类富里酸荧光物质的含量增加,而类溶解性微生物代谢产物荧光物质和类芳香族蛋白质荧光物质的含量降低.在泥沙沉降过程中,下层水体中DOC、在波长为254 nm处的紫外吸光度(UV-254),以及DOM中荧光物质含量的变化量高于上层水体.     

溶解氧对固定气体流量曝气系统亚硝化特性的影响

通过实时控制系统并结合其他工艺参数的调控,在SBR系统中实现了垃圾渗滤液短程硝化过程的快速启动,并在稳定期考察了固定气体流量曝气系统中溶解氧(DO)对短程硝化的影响。结果表明:在线监测p H的"氨谷"可判断氨氧化反应的终点;采用固定气体流量的曝气方式,使得单周期好氧段后期ρ(DO)高达7.95 mg/L,出水亚硝态氮积累率维持在98.3%左右,氨氮去除率高达96.5%;好氧段后期高溶解氧并没有导致硝化菌(NOB)的再次增长,短程硝化系统稳定。     

Aeration optimization through operation at low dissolved oxygen concentrations: Evaluation of oxygen mass transfer dynamics in different activated sludge systems

In wastewater treatment plants(WWTPs)using the activated sludge process,two methods are widely used to improve aeration efficiency — use of high-efficiency aeration devices and optimizing the aeration control strategy. Aeration efficiency is closely linked to sludge characteristics(such as concentrations of mixed liquor suspended solids(MLSS)and microbial communities)and operating conditions(such as air flow rate and operational dissolved oxygen(DO)concentrations). Moreover,operational DO is closely linked to effluent quality. This study,which is in reference to WWTP discharge class A Chinese standard effluent criteria,determined the growth kinetics parameters of nitrifiers at different DO levels in small-scale tests. Results showed that the activated sludge system could meet effluent criteria when DO was as low as 0.3 mg/L,and that nitrifier communities cultivated under low DO conditions had higher oxygen affinity than those cultivated under high DO conditions,as indicated by the oxygen half-saturation constant and nitrification ability. Based on nitrifier growth kinetics and on the oxygen mass transfer dynamic model(determined using different air flow rate(Q′_(air))and mixed liquor volatile suspended solids(MLVSS)values),theoretical analysis indicated limited potential for energy saving by improving aeration diffuser performance when the activated sludge system had low oxygen consumption; however,operating at low DO and low MLVSS could significantly reduce energy consumption. Finally,a control strategy coupling sludge retention time and MLVSS to minimize the DO level was discussed,which is critical to appropriate setting of the oxygen point and to the operation of low DO treatment technology.     

基于菌藻对比培养方法的洱海沉积物溶解性有机氮生物有效性评价

为了深入探究DON（溶解性有机氮）在湖泊水生生态系统中的重要营养作用和生态效应,寻找科学的DON生物有效性评价方法,选择洱海不同湖区表层沉积物样品,通过室内接种细菌和铜绿微囊藻进行对比培养,运用三维荧光-平行医疗法（3D EEM-PARAFAC）研究菌藻对比培养条件下湖泊沉积物DON生物有效性及各DON荧光组分生物有效性差异.结果表明:① 藻类培养条件下洱海表层沉积物DON生物有效性（8.49%~42.5%）略低于细菌培养条件下的生物有效性（10.5%~45.3%）. ② 藻培养条件下,DON生物利用率与藻细胞密度增长量呈显著正相关,即藻细胞密度的增长量可作为反映沉积物DON生物有效性的指标. ③ 菌类培养过程中DON光谱学特征参数[如SUVA₂₅₄（254 nm处紫外吸收光谱系数）、S_R（275~295 nm处吸收光谱系数与350~400 nm处吸收光谱系数比值）等]与DON含量相关性总体较细菌培养好;培养液中SUVA₂₅₄有不同程度下降,S_R指数均有上升,大分子DON和高芳香性DON可被微生物降解.相比于陆源荧光组分,内源荧光组分的生物有效性较差. ④ 相比而言,藻类培养方法能更直观地反映沉积物DON对藻类生长的影响,可在一定程度上作为衡量湖泊沉积物DON生物有效性的指标,即藻类培养方法更适合评价洱海沉积物DON生物有效性.      

荧光光谱结合平行因子分析研究夏季周村水库溶解性有机物的分布与来源

利用三维荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC)模型,解析了2015年8月夏季周村水源水库中溶解性有机物(DOM)的组分并利用主成分分析法对影响水体DOM的主要因素及其相对贡献量进行了研究.结果表明,周村水库水体中的DOM可分为3个组分,分别为类富里酸荧光组分C1(260,350/420 nm)、类蛋白荧光组分C2(280/360 nm)和类腐殖酸组分C3(270,390/530 nm),且3个组分具有同源性;各组分平面分布均匀,入库口总荧光强度略高;较高的荧光指数FI,较高的自生源指标BIX,较低的腐殖化指标HIX以及接近于1的新鲜度指数(β∶α)综合表明夏季周村水库DOM的来源以自生源为主,并结合主成分分析得出,内源对DOM贡献率高达70.96%.与此同时,周村水库水体DOM各组分与aph(440)拟合相关性较好.因此可以通过对DOM三维荧光光谱的研究,有助于水库管理者更有目的地进行污染源的控制和治理,同时可以在一定程度上指示周村水库水体富营养化水平.     

夏季高原河流CDOM光学特性、组成及来源研究

对高原河流有色溶解有机物(CDOM)光学特性、组成及来源进行研究,有利于更好的了解高原河流水体生态环境,为高原河流生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究提供数据参考.利用2017年夏季无定河和湟水流域河流的实测数据对CDOM的吸收特性、荧光特性、水质参数以及它们之间关系进行分析,进而对高原干旱地区河流CDOM光学特性及其组成与来源进行研究.研究结果表明:两流域河流中CDOM吸收系数随波长的增加呈衰减趋势,但吸收光谱曲线差别较大;两流域CDOM在440 nm处的吸收系数[a(440)]与溶解有机碳(DOC)具有显著相关性(p0.01),而与叶绿素a浓度(Chla)不存在相关性.无定河a(440)与Chla浓度的相关性说明其河流现场产生(生物活动)作用较小.通过对比分析S_(275-295)、SUVA_(254)发现,无定河分子量和芳香性程度均大于湟水,且湟水与无定河CDOM的分子量变化要高于其它河流的研究.根据CDOM三维荧光光谱分析发现,类腐殖质荧光峰是两流域河流CDOM荧光的主要贡献者;通过荧光指数FI、腐殖化指数HIX、生物源指数BIX的研究发现,湟水以陆源输入为主,腐殖化程度高,无定河以陆源输入为主的同时存在一定的自生成分,人为生产活动干扰是其陆源输入的主要影响因素.通过冗余分析发现,湟水DOC、Chla、pH对类腐殖质荧光峰及荧光强度影响较大(p0.01);无定河DOC、电导率(EC)、浊度(Tur)与类腐殖质荧光峰及荧光强度显著正相关(p0.01).     

闽江河口养殖塘水体溶存氧化亚氮浓度及扩散通量研究

水产养殖生态系统由于其高氮负荷而成为氧化亚氮(N_2O)的潜在释放源.本文以福建闽江河口养虾塘为研究对象,采用静态顶空-气相色谱法测定分析了表层水体溶存N_2O浓度和饱和度,基于薄边界层模型计算了水-气界面N_2O扩散通量,在此基础上结合气象要素与水环境因子分析其主要影响因素.结果表明,养殖塘水体溶存N_2O浓度和饱和度的均值分别为17.96 nmol·L~(-1)和198.03%,时间变化上表现为养殖中期显著高于养殖末期和初期,且具有一定的日变化特征.相关分析表明,N_2O浓度及饱和度与温度、水体NH~+_4-N和叶绿素a浓度呈显著正相关(p0.05),与气压、风速和水体pH值呈显著负相关(p0.05).LM86、W92和RC01模型估算的养殖塘水-气界面N_2O扩散通量的均值分别为20.80、183.75和298.52 nmol·m~(-2)·h~(-1),3种扩散通量均呈现出随着养殖时间推移显著增加的特征,风速和水体溶存N_2O是影响河口养殖塘N_2O扩散通量的重要因子.N_2O扩散通量与扩散系数的取值密切相关,但不同模型方程计算得出的扩散系数存在显著差异,比较发现,RC01模型更适合河口区养殖塘水-气界面N_2O扩散通量估算.本研究结果可为完善水产养殖生态系统的N_2O排放清单编制和近海水环境保护提供一定的科学依据.