Ultra-low concentration of total organic carbon in ultrapure water using ion-exchange resin embedding silanized magnetic nanoparticles

Regeneration of pure water is an important issue not only for the healthy life but also for the fine control of precise processes in various industries.One important issue in ultrahigh purified water is to reduce the amount of total organic carbon(TOC).Herein,we introduce a new approach to reduce the TOC using the surface silanized nanoparticles,in which the magnetic nanoparticles(mNPs) are silanized and then complexed with ion exchange resin(IER) beads.The Fe_3O_4 mNPs are surface modified by using high concentrated vinyltrimethoxysilane(VTMS) and then adhered on the surface of IER beads.The surface modified mNPs have a thick-shell of polysiloxane layer varying from 5 to 22 nm depending on the amount of VTMS used,which leads the significant increase of specific surface area.The IER beads embedding VTMS-silanized mNPs achieves about 7 μg/L of the TOC level in ultrapure water system,which is two orders less than 228 μg/L of the feeding water and one order less than 96 μg/L from the system using pristine IER beads.This result is mainly attributed to the polysiloxane layer forming broccoli-like surface structure and some part by the vinyl group of VTMS exposed to the amines in the water.     

Impact of biosolids, ZnO, ZnO/biosolids on bacterial community and enantioselective transformation of racemic–quizalofop–ethyl in agricultural soil

The effects of biosolids,ZnO,and ZnO/biosolids on soil microorganism and the environmental fate of coexisting racemic–quizalofop–ethyl(rac-QE) were investigated.Microbial biomass carbon in native soil,soil/biosolids decreased by 62% and 52% in the presence of ZnO(2‰,weight ratio).The soil bacterial community structure differed significantly among native soil,soil/biosolids,soil/ZnO,and soil/biosolids/ZnO based on a principal co-ordinate analysis(PCo A) of OTUs and one-way ANOVA test of bacterial genera.Chemical transformation caused by ZnO only contributed 4% and 3% of the overall transformation of R-quizalofop-ethyl(R-QE) and S-quizalofop-ethyl(S-QE) in soil/ZnO.The inhibition effect of ZnO on the initial transformation rate of R-QE(rR-QE) and S-QE(rR-QE) in soil only observed when enantiomer concentration was larger than 10 mg/kg.Biosolids embedded with ZnO(biosolids/ZnO) caused a 17%–42% and 22%–38% decrease of rR-QEand rS-QE,although rR-QEand rS-QEincreased by 0%–17% and 22%–58% by the addition of biosolids.The results also demonstrated that the effects of biosolids on agricultural soil microorganism and enantioselective transformation of chiral pesticide was altered by the embedded nanoparticles.     

Performance, microbial community and inhibition kinetics of long-term Cu2+ stress on an air-lift nitritation reactor with self-recirculation

Biological nitrogen removal process could be affected due to the presence of heavy metals owing to their toxicity and accumulation in the sludge.In this study,the impact of Cu~(2+)shock on a long-term nitritation operation was investigated in an air-lift reactor with selfrecirculation.Both the dynamics of microbial community and inhibition kinetics under Cu~(2+) stress were ascertained.The results showed that Cu~(2+) exerted severe inhibition on nitritation performance of an air-lift reactor(ALR) at 25 mg/L.The corresponding NH_4~+-N removal efficiency decreased to below 50%,which was mainly due to the variation of microbial community structure,especially the inhibition of nitrifiers like Nitrosomonas(the relative abundance decreased from 30% to 1% after Cu~(2+)inhibition).Kinetic parameters were obtained and compared after fitting the Haldane model.The long-term Cu~(2+) stress on the ALR aggravated the ammonium affinity and the resistance to substrate self-inhibition of the nitritation sludge,but reduced the resistance to Cu~(2+) inhibition.Furthermore,Cu~(2+)acted as uncompetitive inhibitor on nitritation process.Our results provide new insights into the nitritation characteristics under long-term Cu~(2+) stress.     

不同替代修复年限对飞机草种群和本土植物群落结构的影响

为研究替代修复对飞机草的治理效果以及对本地植物群落结构的修复效应,选择修复3、5、10 a和未修复（CK）的飞机草入侵生境为研究对象,调查飞机草密度、盖度、生物量、基径和本土植物群落的物种多样性、盖度等指标,采用“空间代替时间”的方法,分析不同修复年限飞机草种群特征和本地植物群落结构的变化.结果表明:①随着修复年限的增加,飞机草密度、盖度、基径、生物量等指标均呈显著降低趋势;修复10 a后,飞机草的盖度、密度、生物量、基径相比对照分别降低了97.3%、96.5%、98.6%、85.7%,飞机草入侵得到明显控制.②在植被替代修复过程中,飞机草入侵生境的群落结构得到明显改善,草本层物种多样性呈先升后降再升的趋势,草本层盖度在修复3 a后显著升高随后又显著降低,灌木层和乔木层物种多样性和盖度均呈显著增加趋势.研究显示,替代修复能有效治理飞机草入侵,促进植物群落的正向演替,提高本地植物群落结构的稳定性,增强生态系统对外来物种入侵的抵抗力.      

一次冷锋过程中我国区域空气污染边界层特征

利用常规地面气象和探空资料、ERA-interim再分析资料、以及全国PM_2.5浓度数据,针对2015年3月7~11日一次冷空气南下的锋面天气过程中,我国华北、华东地区出现的大范围空气污染,开展了高空各层天气形势分析,以及本次过程中污染区域由北至南6个城市（北京、章丘、郑州、南阳、武汉、长沙）边界层气象要素的垂直结构及其时空演变特征的研究.结果表明：在污染前期（3月7~8日）中高纬度500hPa平直的纬向环流和地面均压场,为污染天气的发生和维持以及空气污染物的集聚提供了有利的环流场.污染中期（3月8~10日）冷空气南下,地面冷高压向华东地区移动,重污染区域随冷高压前部的弱低压场或均压场由北向南移动.伴随着天气系统移动,六个地面观测站的边界层特征在时空上表现出相似性,由北向南各站在污染期间先后出现多层逆温,风速较小,逆温层下相对湿度较大.此次多层逆温的形成是由于夜间近地面辐射冷却、冷锋移动过程中产生的锋面逆温以及边界层以上的下沉运动造成的.本研究揭示了在天气系统移动中,位于天气系统相同部位站点的边界层结构具有共同的特征,及其与空气污染的关系.     

典型稻田土壤真菌群落结构及多样性对比

为了解中国主要稻作区内不同母质发育的稻田土壤真菌群落结构和多样性差异,本研究选取由砖红壤、红壤、盐碱土、黑土和紫色土发育而来的5种中国典型稻田土壤为研究对象,利用高通量测序技术对土壤真菌群落组成及多样性进行对比分析.结果表明：5种典型稻田土壤的含水量、pH值、盐度及容重差异显著（P<0.05）;从Chao1指数来看,稻田土壤真菌群落丰度红壤型 > 黑土型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.从ACE指数来看,群落丰度黑土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.Shannon指数和Simpson指数均表现为群落多样性黑土型 > 紫色土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 盐碱土型;5种典型稻田土壤真菌门水平相对丰度最高的均是子囊菌门（Ascomycota）;砖红壤型和红壤型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属（Emericellopsis）,紫色土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属、枝鼻菌属（Cladorrhinum）和柄孢壳属（Zopfiella）,黑土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属和明梭孢属（Monographella）,盐碱土型稻田土壤的优势真菌属为瓶头霉属（Phialocephala）;石黄衣属（Xanthoria）、Cyberlindnera、青霉菌属（Penicillium）和Westerdykella的相对丰度与土壤pH值呈显著负相关（P<0.05）,Ceroophora的相对丰度与土壤含水量呈极显著负相关（P<0.01）;帚枝霉属（Sarocladium）的相对丰度与可溶性有机碳呈极显著正相关（P<0.01）.以上研究表明,稻田真菌的群落结构和多样性受稻田开垦前土壤类型的影响,真菌物种丰度和优势菌种类型对土壤理化性质变化的响应较为敏感.     

T型槽密封结构的有限元分析及试验验证

目的通过有限元分析,实现T型密封结构的优化设计。方法利用ABAQUS建立液压系统用T型槽密封结构的二维轴对称模型,分析计算密封结构中过渡圆角、槽宽、倾斜角度等对密封圈应力分布、接触应力的影响,通过设计密封圈老化寿命试验,验证分析结论。结果随着过渡圆角(R0.5～R2)的增大、倾斜角度(10°～3°)的减小,密封圈的局部应力最大值和接触应力均减小。随着槽宽(10～18mm)的增加,密封圈的局部应力最大值逐渐增加,接触应力逐渐减小。分析用密封结构的接触应力均大于密封介质压力0.7 MPa。最终通过试验证实了分析用密封结构均满足密封性能,且不合理的设计会降低密封圈寿命。结论在密封介质压力较小的情况下,建议选用较大的过渡圆角(推荐值为R2),较小的倾斜角度(推荐值为5°～6°)及槽宽(推荐值为密封圈截面直径的1.2～1.5倍)。     

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.     

宏组学方法及在污水生物处理系统研究中的应用

近年来随着测序、质谱等技术的高速发展,基于核酸分子信息为基础的包含宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白组学与代谢组学等核心内容的生物分子宏组学方法逐渐成熟,成为揭示污水生物处理系统中的关键微生物菌群结构和功能特征的有力工具,也在检测污水系统中多种ARGs以及探究其传播机制上发挥出无法替代的巨大优势,在污水生物处理研究中应用宏组学,对于深化认知污水处理系统本质、提高污水处理效率以及控制ARGs在环境中的传播具有重要指导意义.本文对宏组学方法进行了简单的介绍,着重综述了其在污水生物脱氮、强化生物除磷及探究抗生素抗性基因等方面的进展,并展望了其在污水生物处理系统中的广泛应用前景.     

土地利用结构与空间格局对袁河水质的影响

于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定营养盐离子及重金属等14项水质指标.同时,采用Bioenv分析、Mantle检验与方差分解等方法,揭示土地利用结构与空间格局在子流域和缓冲区对水质变化的影响机制,并基于层次分割理论探讨不同土地利用类型的空间格局特征对水质的影响.结果表明：①袁河流域重金属污染不显著,氮、磷营养盐是水体主要污染物,水质变化具有河段差异,上游污染物浓度低于中、下游.②空间格局在在近距离缓冲区（100 m、300 m）对水质变化的解释率最高（63%）,土地利用结构在远距离缓冲区（3000 m）和子流域尺度对水质变化的解释率最高（33%）,二者交互作用在过渡带（500 m、1000 m）对水质变化的解释率最高（56%）.③在近距离缓冲区和过渡带,单一土地利用类型的空间格局对水质变化的解释能力依次为：林地 > 农田 > 建设用地;在远距离缓冲区为：农田≈林地>建设用地;在子流域依次为：农田 > 林地 > 建设用地.其中,林地的连通性特征（ENN_MN指数）、农田的边缘密度特征（ED指数）和建设用地的形状特征（LPI、LSI指数）是影响水质变化的关键特征,占各自空间格局解释率的37.8%、31.2%、53.8%.以上结果表明,土地利用结构与空间格局是驱动袁河水质变化的重要因素,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理对保护流域水质具有重要意义.