基于双同位素(δ15N-NO3--δ18O-NO3-)和IsoSource模型的岩溶槽谷区地下水硝酸盐来源的定量示踪

由于岩溶水文系统的脆弱性,岩溶地下水的NO~-_3污染成为全球普遍且严峻的环境问题,为保证居民的饮水安全,准确识别地下水中NO~-_3污染来源并量化各来源的贡献具有重要意义.选择重庆市近郊受城市化和农业活动影响显著的中梁山北部的龙凤和龙车两个岩溶槽谷地下河系统为研究对象,于2017年2月～2018年2月采集地下河水水样,分析其水化学和δ~(15)N-NO~-_3-δ~(18)O-NO~-_3,并利用IsoSource模型定量评估地下水中NO~-_3的来源.结果表明:①龙凤和龙车槽谷地下水NO~-_3浓度变化范围为19.31～37.01 mg·L~(-1)和2.15～27.69 mg·L~(-1),平均值分别为28.21 mg·L~(-1)和10.31 mg·L~(-1),季节变化明显;②龙凤和龙车槽谷地下水δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3分别变化于3.29‰～11.03‰、 0.88‰～7.51‰和5.25‰～11.40‰、 2.90‰～19.94‰,平均值分别为6.74‰、 3.18‰和7.95‰、 11.18‰,龙凤槽谷较低的δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3值暗示其地下水NO~-_3主要来源于农业N肥,而龙车槽谷较高的δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3值意味着其地下水NO~-_3主要来源于生活污水,也表明硝化过程是本区地下水N的主要转化过程;同时,两槽谷地下水δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3存在明显的季节差异,龙凤槽谷旱季和雨季地下水δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3的平均值分别为8.83‰、 2.79‰和4.64‰、 3.58‰,龙车槽谷旱季和雨季地下水δ~(15)N-NO~-_3和δ~(18)O-NO~-_3的平均值分别为9.79‰、 14.56‰和5.12‰、 7.8‰,表明两槽谷地下水NO~-_3来源存在显著的季节差异,龙凤槽谷雨季地下水NO~-_3主要来源于降水和化肥中NH~+_4的硝化作用、土壤有机氮,而旱季主要来源于人畜粪便及污水,龙车槽谷旱、雨季地下水NO~-_3都主要来源于人畜粪便及污水;③IsoSource模型解析结果表明,龙凤槽谷地下水NO~-_3污染以降水和化肥中的NH~+_4来源贡献最大(44.63%),其次为人畜粪便及污水(29.5%)和土壤氮矿化(22.38%),大气沉降和化肥贡献率较低,不足10%.其中,雨季主要来源为降水和化肥中的NH~+_4(52.25%),旱季则是人畜粪便及污水(41%);龙车槽谷NO~-_3污染以人畜粪便及污水来源最大(36.17%),其次为降水和化肥中的NH~+_4硝化(23.5%)和土壤氮矿化(22.5%),大气沉降和化肥贡献率皆低于10%,旱、雨季人畜粪便及污水来源的贡献率都较大,分别为47%和25%.     

间歇梯度曝气的生活污水好氧颗粒污泥脱氮除磷

本研究设置了3个SBR反应器R1、R2和R3,分别采用(A/O)_3-SBR梯度曝气、(A/O)_3-SBR恒定曝气和传统(A/O)-SBR方式运行,以实际城市生活污水为进水基质,探讨了不同曝气方式下的营养物去除性能和好氧颗粒污泥特性,为低强度城市污水的碳源合理利用提供合理的方式.由实验结果可知,R1、R2和R3中颗粒在稳定时期对COD的平均去除率分别为88.68%、 89.05%和88.96%,对TN的平均去除率分别为76.97%、 71.99%和64.92%,对TP的平均去除率分别为96.28%、 85.05%和78.97%,且反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例分别为25.52%、 19.60%和12.77%.结果表明,厌氧、好氧和缺氧交替的运行方式更有利于反硝化聚磷菌(DPAOs)的富集,且梯度曝气较恒定曝气方式富集更多,这对碳源不足的低强度城市生活污水处理有重要意义;同时R1中曝气段溶解氧逐级降低,提高了颗粒同步硝化反硝化率和降低了能耗,有利于总氮(TN)的高效去除. 3组反应器在运行后期颗粒粒径分别为727.368、 815.072和895.041μm,且通过对颗粒进行显微观察可以看出, R2和R3中颗粒不如R1中密实.此外,R1、R2和R3运行后期PN/PS值分别为6.31、 5.63和4.83,颗粒稳定时期EPS含量(以VSS计)分别为103.97、 92.22和76.98 mg·g~(-1),表明间歇梯度曝气的方式有利于刺激EPS的分泌,尤其是PN的分泌,使PN/PS值较高,细胞疏水性增强,颗粒密实稳定.     

乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制

乙醇型发酵是3种主要厌氧产酸发酵类型之一.乙醇型发酵细菌具有高产氢效率、耐酸性、自凝集生长和发酵产物可直接被产甲烷利用等优势,因此被广泛关注和研究.近年来,在乙醇型发酵产氢过程优化和代谢途径研究方面取得了大量进展.本文对乙醇型发酵产氢反应器优化和运行控制、高效产氢细菌分离和代谢调控分子机制,以及耦合系统强化能源回收等研究进展进行了综述.此外,本文提出了乙醇型发酵的可持续高效产氢及代谢产物的定向回收梯级利用的思路,探讨了乙醇型发酵制氢技术的发展趋势和未来应用中存在的问题.     

一株异养硝化-好氧反硝化菌Bacillus flexus X1-L的分离鉴定及效能研究

近年来,随着中国经济的快速发展,水体中氨氮超标问题已严重影响到人类身体健康和生态环境平衡,有效去除水体中的氨氮已成为人们研究的热点.在传统污水生物脱氮处理中,常采用微生物的硝化、反硝化作用去除污水中的氮素,从而降低对环境的污染.本文从活性污泥反应器中分离出一株异养硝化-好氧反硝化菌株,并命名为X1-L.菌体经形态学观察、生理生化测定及16S rRNA基因序列分析,确定属于芽孢杆菌属（Bacillus sp.）,Genbank登录号为MT457091,并利用MEGA7.0软件建立了相应的系统发育树.在以NH₄⁺-N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长较好,COD去除率为96.4%,氨氮去除率达到99.6%,经硝化作用去除的氮有43.7%,证明菌株X1-L具有异养硝化能力.在以NO₂^--N或NO₃^--N为唯一氮源的条件下,菌株X1-L生长也较好,COD去除率分别为95.3%和96.4%,NO₂^--N和NO₃^--N去除率分别为95.5%和96.5%,经反硝化作用去除的氮分别有67.7%和68.2%,证明菌株X1-L具有好氧反硝化能力.     

我国大气降水中δ18O变化的多气象因子分析及分区研究

分析了我国29个GNIP站1961—2015年逐月降水中δ~(18)O与局地气象要素(近地面的气温、降水量和大气可降水量、外向长波辐射以及500 hPa高度的风速)和大尺度环流因子(Nino 4区海表温度距平及南方涛动指数)的关系,并基于层次聚类分析和逐步回归分析方法,讨论了我国降水中δ~(18)O的分区,计算了区内降水中δ~(18)O依各气象因子的回归方程.结果表明,秦岭-淮河一线南北两侧站点降水中δ~(18)O与气象因子之间的关系差异显著,是我国的一条重要的降水稳定同位素环境效应分界线.我国降水中δ~(18)O可以分为3个区域,即北部区(包括西北和东北地区)、中部过渡区(含华北及青藏地区)和南部区,其中北部区和中部过渡区的分界线大致与我国西北地区和北方地区的分界线吻合,中部过渡区与南部区大体与我国北方地区和南方地区的分界线相一致.不同地区控制降水中δ~(18)O的气象因子存在差异:北部区为温度,中部过渡区为温度、500 hPa高度风速以及外向长波辐射,南部区是500 hPa高度的风速.研究结果对于认识我国大气降水中稳定同位素空间分布的特征及其内在机制具有重要意义.     

氧掺杂g-C3N4光催化降解Cu-EDTA络合物的反应机理研究

本研究以Cu-EDTA为模拟污染物,探讨了非金属石墨相氮化碳(g-C_3N_4)在光催化降解重金属络合污染物中的应用潜力.首先采用在空气气氛下煅烧的方式对g-C_3N_4进行氧掺杂改性,并通过XRD、TEM和DRS等表征手段对掺杂前后的催化剂结构进行表征.光催化性能评价结果表明,氧掺杂改性更有利于催化剂表面光生空穴的分离,从而呈现出显著提升的破络合能力.通过自由基猝灭实验对g-C_3N_4光降解Cu-EDTA的催化机制进行了研究,结果表明,未掺杂g-C_3N_4通过O_2~(·-)、空穴和·OH的共同作用实现重金属络合物的去除,而氧掺杂样品以具有更强破络合能力的光生空穴为主要活性物种实现Cu-EDTA污染物的降解.     

信号分子对高负荷UASB中ANAMMOX颗粒特性的影响

针对高负荷反应器中ANAMMOX颗粒污泥易上浮流失的问题,进行外源添加酰基高丝氨酸内酯类信号分子（AHLs）对污泥特性的影响研究.结果表明添加30mg/L辛酰基高丝氨酸内酯（C8-HSL）可对颗粒污泥沉降性能产生长期影响,能够有效控制高负荷UASB中ANAMMOX颗粒污泥上浮.仅在实验初期（0~20d）向反应器R2中添加C8-HSL,在实验进行至100d时R2中颗粒污泥B-EPS含量相比对照组R1降低15%,PN/PS值由4.22下降至2.14,同时污泥颗粒表面疏水性提高了26%,因此R2中颗粒污泥的沉降性能大幅提高（颗粒污泥密度增加了24%,沉速提高了90%）.实验进行至100d,R2未发生较明显污泥上浮现象,此时氮容积负荷NLR为12.9kg-TN/（m³·d）,氮容积去除率NRR高达11.3kg-TN/（m³·d）,氮去除率达88%.己酰基高丝氨酸内酯（C6-HSL）可使污泥颗粒的活性有所提高,而十二烷酰基高丝氨酸内酯（C12-HSL）则对高负荷反应器中颗粒污泥的特性没有影响.     

Cl-/PMS体系降解甲氧苄啶的效能与机理

采用氯离子（Cl^－）作为阴离子活化剂,活化单过硫酸氢钾（PMS）氧化降解甲氧苄啶（TMP）.研究了Cl^－/PMS体系降解TMP中起主要作用的活性物种,同时考察了Cl^－浓度、PMS投加量、初始pH值对降解效果的影响,并研根据中间产物推断了TMP降解路径.实验结果表明,Cl^－/PMS体系中的主要活性物种是Cl^－和PMS直接反应生成的活性氯.降解过程符合拟一级反应动力学模型（R²>0.99）;随着Cl^－浓度和PMS投加量增加,反应速率常数k_obs增大;初始pH范围在5.0~9.0范围内,随着pH值的增大,TMP的去除率先减小后增大;TMP主要经历了氯取代和羟基取代过程,其核心结构上没有实质性的分解.     

自发热持续高温好氧堆肥碳、氮、腐殖酸变化过程

为了探索超高温自发热好氧污泥堆肥过程中有机碳、氮、腐殖酸变化过程,以1m³小堆体好氧堆肥的形式进行了深入研究.结果表明：水溶性COD从23.18mg/g增大到47.49mg/g,然后逐渐减少至30.67mg/g.总有机碳和TN在前7d减量最多,分别从207.45mg/g,45.40mg/g降到157.86mg/g,38.23mg/g,并在第35d趋于稳定.NH₄⁺-N从9.89mg/g逐渐增加到14.04mg/g,堆肥过程中NO₂^--N,NO₃^--N含量极低,总含量低于0.07mg/g,不足TN的0.2%.TN损失达82.87%,主要通过氨气挥发的途径.腐殖酸含量前7d从115.12mg/g迅速上升至214.11mg/g,第21d缓慢下降至154.47mg/g,趋于稳定.腐殖度E4/E6在3.49~4.23范围内变化,总体呈上升趋势,不适用于本工艺腐熟判定.     

MnO2催化O3处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

研究利用MnO₂催化O₃氧化技术对准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物进行处理.系统研究了臭氧投量、二氧化锰投量和初始pH值对有机物的去除效果和反应动力学.通过UV-Vis和3D-EEM技术对渗滤液尾水中溶解性有机物分子结构在O₃/MnO₂体系的转化进行了探究,在此基础上,运用XRD、SEM、EDS和XPS对二氧化锰的催化机理进行研究.结果表明：在反应时间为20min,O₃投量为18.92mg/min,初始pH值为3时,添加0.2g/L的MnO₂能显著提升有机污染物的去除能力,较单独O₃作用,其COD、UV₂₅₄、色度CN的去除率分别提升了24.66%、4.95%和12.57%,并且生色团的有机物最易被臭氧氧化降解.紫外-可见光谱和三维荧光显示,O₃/MnO₂体系能使废水中腐殖质降解,其有机物的芳香性程度、分子量和缩合度均降低,体系对苯环类化合物的降解效率提高,最终,废水的可生化性得到显著提高.与此同时,反应前后MnO₂未出现新增价态峰值的变化,Mn（Ⅳ）在催化过程中占主导地位,MnO₂在O₃/MnO₂体系中协同机理为MnO₂催化O₃产生羟基自由基以及MnO₂在体系中转化为水合二氧化锰,改变催化剂表面理化性质与有机物形成复合物,以此促进羟基自由基的选择性,从而提升了难降解有机物的去除效果.