三峡前置库汉丰湖试运行年水体水质现状及控制效果评估

三峡汉丰湖是世界范围较罕见的专为减弱消落带影响而修建的前置库,也是中国最大城市人工湖体,自汉丰湖试运行后,山水林田湖生态效益及建设宜居城市的社会效益显著.本文以三峡汉丰湖为研究对象,对汉丰湖试运行年支流来水及湖体断面进行水文、水质分层监测,包括水文参数(v、H等)、物理参数(T、pH、SD、DO、TSS等)、化学参数(高锰酸盐指数、Chl-a、TN、DN、NO_3~--N、NH_4~+-N、NO_2~--N、TP、DP、SRP等)共17个指标.监测结果表明:1 2月、10月等开始泄水蓄水时期水质较差,南河支流来水断面水质最差,调节坝出水断面最好;2汉丰湖水体总体呈轻度富营养化,主要污染指标为DN、TN、NO_3~--N、TP;3汉丰湖在试运行年对水体富营养化控制效果显著,Chl-a年平均消减率57.73%,高锰酸盐指数年平均消减率28.12%,SRP、TP、TN、TSS、NO_2~--N、DN、DP等年平均消减率20.15%~22.81%,NH_4~+-N、NO_3~--N等年平均消减率16.92%~18.74%,水体年平均富营养化指数降低15.74%.研究表明,1~3月、10~12月高水位湖泊形态试运行期间对各水质指标消减率高于5~8月河流形态时期,汉丰湖试运行良好,对水体富营养化控制效果显著,可消减三峡入库水体污染物浓度.     

基于实时控制技术的CANON工艺稳定性运行

为保证出水水质稳定并提高氨氮去除率,实现CANON工艺的优化,利用SBR反应器进行了基于实时控制技术的CANON工艺稳定性研究.试验过程中,温度控制在30℃±1℃,pH 7~8,通过反应过程中氨氮、硝态氮、亚硝态氮和pH、DO、ORP的变化规律,制定了可行的实时控制策略.结果表明,进水氨氮浓度为917~1 540 mg·L~(-1)时,以6 mg·L~(-1)的剩余氨氮浓度作为控制参数可以满足工艺稳定性的要求,但氨氮传感器存在费用昂贵和误差较大等问题.采用pH、DO和ORP曲线的平台和特征点作为自控参数,可以维持CANON工艺的长期稳定运行,保证氨氮去除率平均维持在99%以上且出水水质稳定.     

Fe-MnOx-CeO2/ZrO2低温催化还原NO性能研究

以纳米ZrO2为载体,用浸渍法制备出Fe-MnOx-CeO2/ZrO2催化剂,考察了活性组分配比和助剂负载量对催化剂低温NH3选择性催化还原NO活性的影响,并对催化剂进行了XRD、SEM、EDS和BET表征;探讨了温度、H2O和SO2对Fe-MnOx-CeO2/ZrO2催化剂低温下NH3选择性催化还原NO的影响,结果表明,无SO2和H2O条件下,8%Fe-10%MnOx-CeO2/ZrO2催化剂具有良好的催化活性和稳定性.120℃时,催化剂的脱硝效率为85.23%,当温度升至180℃时,脱硝效率可达到92.0%.SO2和H2O共存条件下,催化剂易失活,采用傅立叶变换红外光谱对各反应阶段的催化剂进行了表征,对其失活机制进行深入研究,结果表明,催化剂失活的主要原因是催化剂表面硫酸铵盐的沉积和催化剂本身活性成分的硫酸盐化.     

利用FeS去除水中硝基苯的试验研究

为研究FeS还原去除硝基苯的性能,采用批次试验的方法,考察了各因素对FeS去除硝基苯性能的影响.结果表明,在初始硝基苯浓度为0.96 mmol·L-1条件下,当FeS用量为1.2 g时,反应180 min后,硝基苯去除率达到90%.初始硝基苯浓度、FeS用量、温度、FeS重复使用次数对硝基苯去除率有较大影响.初始硝基苯浓度在0.74～1.74 mmol·L-1之间变化时,初始硝基苯浓度每增加0.1 mmol·L-1,硝基苯去除率下降4.7%.FeS用量在0.3～1.5 g内变化时,FeS用量每增加0.3 g,硝基苯去除率增加近20%;FeS用量为1.8 g时,硝基苯去除率为100%.温度在10～25℃范围内变化时,温度每升高1℃,硝基苯去除率增加1.6%;温度为30℃时,硝基苯去除率为100%.硝基苯去除率随FeS重复使用次数的增加而下降.转速在10～80 r.min-1内变化时,转速变化对硝基苯去除率的影响较小,硝基苯去除率稳定在75%左右.FeS对模拟化工废水有较好的处理效果,反应60 min后,硝基苯去除率为100%.     

黄河下游滩区开封段土壤重金属分布特征及其潜在风险评价

按照土壤采样规范,对开封段黄河滩区及滩外土壤采样,表层0～20 cm样品48个,垂直剖面采样100 cm,2个;并按照土壤化学分析方法,对Pb、Cr、Hg、As和Cd这5种重金属进行分析;最后,按照国家土壤一级标准,采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和Hkanson潜在生态危害指数法对开封市黄河滩区土壤重金属分布特征、污染状况和潜在生态危害进行了分析.结果表明:①开封市黄河滩区土壤Pb、Cr、Hg、As和Cd这5种重金属含量就平均值而言,Cr的平均含量最大,Pb、Hg的平均含量最小.除Hg之外,其它重金属元素的变异系数均较小,说明重金属Hg存在较大差异;滩区土壤的主要污染元素为Hg、As、Pb,其中Pb的污染为普遍性污染.Cr和Cd在各村间变化不大,且含量均在国家一级标准(自然保护区)以下.②土壤各重金属元素的空间分布特征研究区内上下段之间分异明显,上段呈清洁状态,中段有少量污染,下段表现出明显富集的分布状态;③以黄河大堤为界,滩区内外重金属分异与居民点分布密切相关,在滩区上段(西南部)居民集中,土壤各重金属浓度较高,表现为沿河区<大堤外,中下游段(滩区东北部)重金属含量大于大堤外土地,下游段东北趋向于污染富集.④以重金属平均单项潜在生态风险指数(Eri)评价表明,开封市黄河滩区土壤Hg的潜在生态风险达到强烈水平,Pb在重金属综合潜在生态风险的贡献率高达50.5%,是最主要的生态风险重金属,各个重金属的污染程度为Hg>Pb>As>Cd>Cr.⑤各重金属生态危害的次序为Hg>Cd>As>Pb>Cr.由RI值对应的潜在生态风险等级可知,开封市黄河滩区土壤存在中等级别重金属潜在生态危害.     

环境因子对水蚯蚓呼吸速率的影响研究

水蚯蚓能通过摄食剩余污泥而使污泥减量.因此,本文以颤蚓科蠕虫 (Tubificidae)为研究对象,考察环境因子(水质、水蚯蚓投加量、温度、pH、溶解氧)对水蚯蚓呼吸速率的影响,以探明水蚯蚓生长和新陈代谢的最佳条件,揭示环境因子影响水蚯蚓污泥减量的机理.结果表明,水蚯蚓在"水蚯蚓-微生物"共生系统污泥减量装置出水中的呼吸速率最大,为81.72 mg·g^-1·h^-1·L^-1(以单位体积内每g干重水蚯蚓每小时消耗的O₂质量计(mg)),在蒸馏水中的呼吸速率最小,仅为18.31 mg·g^-1·h^-1·L^-1;在容积为1 L的系统中,水蚯蚓呼吸速率随着投加量增加而逐渐减小,当水蚯蚓投加量为0.25 g (以湿重计)时,呼吸速率最大,为81.72 mg·g^-1·h^-1·L^-1;在8~22℃范围内,水蚯蚓呼吸速率随温度升高而增大,在22~30℃范围内趋势则相反;当pH=8.00±0.05时呼吸速率最大,比其他pH值条件下测得的呼吸速率高1倍多;溶解氧在3.5~4.5 mg·L^-1范围内,水蚯蚓的呼吸速率较高,在此溶解氧范围之外时,水蚯蚓呼吸速率均较低. 该研究结果可为污泥减量中水蚯蚓的培养和应用提供可靠的理论依据,从内在层次上揭示了环境因子影响水蚯蚓生长及代谢,进而影响污泥减量的本质原因.     

20 a来中国占补耕地光温生产潜力时空特征

研究占补耕地光温生产潜力的时空特征对指导耕地资源开发与粮食生产具有重要意义。论文基于1980年代末-2010年的多期土地利用和多年平均光温生产潜力,以占用耕地与增补耕地单位面积光温生产潜力为依据,分析20 a来中国占补耕地光温生产潜力时空特征,并进一步探讨其对光温生产潜力总量的影响。结果表明:①1980年代末-2010年,全国耕地存在明显的占优补劣情况;②从各分区看,东北平原主产区、北方干旱半干旱主产区、青藏高原区、华南主产区、云贵高原区占用耕地单位面积光温生产潜力持续高于增补耕地,长江中下游主产区占用耕地单位面积光温生产潜力持续低于增补耕地,四川盆地及周边地区、黄土高原区、海南由占优补劣变为占劣补优,黄淮海平原区由占劣补优变为占优补劣;③占优补劣对全国光温生产潜力总量变化有显著影响;④东北平原主产区等我国耕地开垦的主要区域受占优补劣的影响较大,华南主产区等耕地损失区受占优补劣的影响相对较小,占劣补优对缩小耕地占用对光温生产潜力总量影响的作用并不大。     

羧基化碳纳米管载铂催化剂对微生物燃料电池阴极氧还原性能的影响

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键要素.为了考察不同羧基化方法改性的碳纳米管(carbon nanotube,CNT)负载Pt的催化氧还原效率,分别在80℃和95℃条件下对CNT进行了羧基化,采用浸渍-沉淀法制备了Pt/CNT催化剂(Pt/CNT-80和Pt/CNT-95),并在空气阴极MFC体系中验证了其催化氧还原效果(MFC-80、MFC-95和MFC-C).结果表明,MFC-95和MFC-80的最大功率密度分别为568.8 mW.m-2和412.8 mW.m-2,内阻分别为204.7Ω和207.7Ω,开路电压分别为0.719 V和0.651 V.而对照MFC-C的最大功率密度仅为5.4 mW.m-2,内阻为826.2Ω.XPS和XRD分析结果显示,Pt/CNT-95催化氧还原效果优于Pt/CNT-80,原因可能是95℃羧基化过程在CNT表面引入了丰富的含氧基团.     

零价铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的促进作用

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为实验菌株,研究了零价铁(ZVI)存在条件下微生物的厌氧偶氮还原特性及其最佳反应条件.结果表明,ZVI可显著促进菌株S12的厌氧偶氮还原速率.培养30 h后含有20 mmol.L-1微米级ZVI和S12菌的培养体系中,菌株S12对1 mmol.L-1苋菜红的脱色率达100%,比不含ZVI的S12菌培养体系和只含ZVI的体系的偶氮还原率分别提高了23.16%和94.66%;在额外含20 mmol.L-1甲酸钠的培养体系中,ZVI的存在也使S12菌对苋菜红的脱色率提高了20.54%.此外,ZVI的存在可显著提高培养体系对偶氮染料的耐受能力.在投加ZVI和菌株S12培养体系中,连续批量投加浓度为1 mmol.L-1的苋菜红可在276 h内实现11次有效脱色,而不含ZVI的S12菌培养体系中只能实现3次有效脱色.进一步的研究发现,ZVI与菌株S12协同培养体系的最适反应pH为9.0,最适ZVI投加量为60 mmol.L-1.与毫米级和纳米级ZVI颗粒相比,微米级ZVI颗粒具有更强的促进作用.本研究结果将为利用ZVI协同促进偶氮染料的生物治理效果提供科学参数.     

氨对垃圾焚烧飞灰浸出特性的影响及地球化学模拟

垃圾焚烧飞灰可能因为选择性非催化还原法(SNCR)脱硝过程中氨泄漏、垃圾携带的渗滤液受热挥发等原因而吸附氨.本研究中采用人为添加氨水,在pH为3.66～12.44范围内,研究氨对飞灰中溶解性有机碳(DOC)和重金属浸出的影响,并利用地球化学模拟软件Visual MINTEQ从金属化学形态分布上分析氨对飞灰浸出的影响机制.结果表明,DOC在pH>9和有高浓度氨(≥1 357 mg·L-1)存在时,其浸出量大幅增加,而在浸出液中氨的水平不高于537 mg·L-1时则受氨的影响很小;在pH<6时,飞灰中各金属主要以自由态的金属离子和金属-氯络离子形态大量溶出,且受氨的影响较小;而在pH为8～12的碱性环境中和氨浓度较高时(≥3 253 mg·L-1),氨与金属生成了可溶性的金属-氨配合物,能显著增加Cd、Cu、Ni、Zn的浸出,且在pH=9附近时浸出量达到最大值,但氨对Al和Pb的浸出影响甚微;在pH>12时,Cd、Cu、Ni、Zn主要以羟基金属离子形式存在.在氨浓度为3 253 mg·L-1时,通过利用Visual MINTEQ模拟浸出值与试验数据的对比,发现Al、Pb、Zn的浸出主要由溶解/沉淀模型控制,而Cd、Cu、Ni由溶解/沉淀模型和表面吸附反应模型同时控制,且Visual MINTEQ模型能较好地预测飞灰中Al、Cu、Pb、Zn的浸出特性.