中温和高温厌氧生物产氢反应器连续运行的研究

采用2个厌氧生物产氢反应器分别在中温(37℃)和高温(55℃)下连续运行.以河底沉积物接种,葡萄糖为基质,在CSTR中成功实现了连续中温厌氧产氢,最高产氢量达8.6L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/葡萄糖)为1.98.以厌氧产甲烷颗粒污泥接种,蔗糖为基质,在UASB反应器中成功实现了连续高温厌氧产氢过程,最高产氢量达6.8L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/蔗糖)为3.6.在高温UASB反应器中培养获得了灰白色的产氢颗粒污泥,平均粒径为0.8～1.2mm,沉速为30～40m/h,电镜观察发现其表层生长大量杆状细菌.对2种产氢污泥的总DNA进行提取和纯化,通过PCR扩增和DGGE分析,发现高温和中温厌氧产氢污泥中的大部分真细菌种类相同,但各自的优势菌种明显不同.     

固定化微藻流化床反应器去除低碳污水中氨氮的潜力

以固定化微藻颗粒为原料,通过搭建流化床反应器强化微藻对氨氮（NH₄⁺-N）的去除,设计了藻种、污水上升流速、光周期和光照强度四组单一变量实验,系统地研究了不同条件下微藻去除NH₄⁺-N的能力.结果表明,当以固定化斜生栅藻为原料、污水上升流速为6.8m/h、光周期为8：16h和光照强度为4800Lux时,NH₄⁺-N去除效果最优（96.7%）.在最优操作条件下,探究了COD为200mg/L时微藻去除NH₄⁺-N的潜力,结果表明,当NH₄⁺-N初始浓度不高于50mg/L时,NH₄⁺-N去除率高于95%.本实验建立了一套半连续微藻流化床实验方法,该方法显著减弱了微藻在生物同化过程中对有机碳源的依赖性,为低COD条件下微藻生物脱氮工艺的设计提供了技术参考和理论基础.     

基于野外原位抽注试验和同位素技术的含水层反硝化速率研究

反硝化作用是地下水硝酸盐污染去除最重要的过程.由于水文地质条件和水文地球化学环境的复杂性和不确定性,精准测定含水层反硝化速率是反硝化过程的研究难点.选取潮白河冲洪积扇中部中国环境科学研究院地下水创新野外基地作为研究区,基于野外原位试验和15N同位素示踪法提出一种含水层反硝化速率的测定方法.该方法综合体现了研究区实际水文地质条件和水文地球化学环境对反硝化作用的影响,并充分考虑了硝酸盐在含水层中稀释弥散作用对计算结果的影响.结果表明:①潮白河冲洪积扇中部某地地下26~28 m处于还原环境,含水介质以粉细砂为主,ρ（NO₃-N）平均值为2.77 mg/L.②地下26~28 m反硝化速率在349.52~562.99 μg/（kg·d）（以N计,下同）之间,平均值为450.31 μg/（kg·d）.通过与研究区含水介质、采样深度和硝酸盐背景值相似的国内外案例对比研究,初步评估结果处于合理区间.③测试结果具有一定不确定性,主要来自忽略中间产物NO₂-和NO的计算方法、扰动采样方法、N₂O的操作规范程度及采样频率等方面.研究方法为测定含水层硝酸盐速率研究提供了新的思路,研究结果可为地下水中硝酸盐转化过程机理研究、地下水硝酸盐污染修复及风险管控提供关键的理论支撑数据.      

Rh-AI-MCM-41上NO选择性催化还原的原位红外研究

利用气－固相因定床反应装置考察了Rh交换的Al－MCM－41在高气体空速条件下对贫燃NOx的选择性催化还原活性，考察了氧含量对其的影响。结果表明，在200000h^-1的气体空速、O2／C3H6＝20、603K时，NO转化率为74．3％。利用原位FTIR技术研究了该催化剂的表面吸附物种及表面程序升温反应行为，并结合实验观察探讨了贫燃条件下Rh－Al－MCM－41催化剂上NO的选择性催化还原机理。     

Rh-Al-MCM-41上NO选择性催化还原的原位红外研究

利用气-固相固定床反应装置考察了Rh交换的Al-MCM-41在高气体空速条件下对贫燃NOx的选择性催化还原活性,考察了氧含量对其的影响。结果表明,在200000h~(-1)的气体空速、O_2/C_3H_6=20、603K时,NO转化率为74.3％。利用原位FTIR技术研究了该催化剂的表面吸附物种及表面程序升温反应行为,并结合实验观察探讨了贫燃条件下Rh-Al-MCM-41催化剂上NO的选择性催化还原机理。     

古夫河着生藻类优势种体积与水质因子的相关性研究

通过研究长江三峡库区古夫河着生藻类优势种体积的变化,探索影响其体积的主要水质因子,为河流水质评价提供依据.于2010年12月至2012年2月,对古夫河着生藻类和地表水采样11次,共鉴定着生藻类197种,检测水质指标10项.选取Mcnaughton优势度指数(Y)>0.02的着生藻类(共30种)作为优势种并计算体积;利用主成分分析(PCA)分析优势种藻类在不同月份的体积变化.结果显示,硅藻门对冷暖季的变化较为敏感.将水质因子与优势种藻类体积进行典范对应分析(CCA),结果显示水质因子与藻类体积相关性大小为:溶解氧>氨氮>叶绿素a>酸碱度>硝态氮>总磷>水温>总氮>总有机碳>化学需氧量.Monte Carlo显著性检验结果为溶解氧和氨氮对着生藻类体积的影响最大,其次为叶绿素a、酸碱度和硝态氮.硅藻门藻类体积的变化可以判断古夫河水体中溶解氧、氨氮、叶绿素a、酸碱度、硝态氮的含量与变化.     

农田重金属污染土壤的原位钝化研究

以中国河南省某市农田污染土壤为研究对象,采用化学钝化技术,加入不同钝化药剂对其进行重金属稳定化效果研究,同时采用室内小麦盆栽实验,对比分析其对土壤钝化后植物吸收情况。研究表明:原始土壤受As、Cd、Pb、Zn污染,其中Cd含量超过《土壤环境质量标准》(GB 15618–1995)二级标准,威胁粮食安全生产和人体健康;采用赤泥、磷矿粉和钙镁氧化物混合药剂均可在一定程度上对土壤中的Cd、As、Pb、Zn有钝化效果,其中向土壤中加入2%钙镁氧化物混合药剂对重金属Cd的钝化效果最佳且小麦幼苗地上部中Cd含量大幅度降低,有助于植物生长。研究为重金属污染农田土壤的修复技术提供了参考。     

SO2和NO2在高岭石表面的反应和协同效应

高岭石是一种含铝的层状硅酸盐矿物,研究大气中常见的气体在其表面的非均相反应具有一定的实际意义,在一定程度上可揭示大气环境中化学反应过程。文章采用自行搭建的原位漫反射红外傅里叶光谱(DRIFTS)检测系统,考察了在干态和湿态条件下,对照SO_2和NO_2分别在高岭石颗粒物表面发生的非均相反应过程,以及SO_2和NO_2协同反应效应。实验结果表明,SO_2与高岭石颗粒物的非均相反应均较弱,仅在干态下检测到亚硫酸盐物种,并且存在较大的CO_2的红外吸收峰。NO_2在干态和湿态条件下均检出了硝酸盐物种,适宜的湿度有利于硝酸盐的生成。在SO_2和NO_2共同与高岭石反应的过程中,发现四氧化二氮(N_2O_4)取代了亚硝酸盐成为反应的中间体,同时亚硫酸盐被氧化为硫酸盐。SO_2和NO_2在高岭石颗粒物表面的反应中相互影响,协同作用。     

Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)铁氧体工艺原位处理PVA废水及其沉淀物回收利用

为了评价Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA（聚乙烯醇）废水处理的可行性,采用Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺原位处理PVA模拟废水,考察不同作用时间、总铁投加量、初始ρ（PVA）和废水硬度对该工艺处理效果的影响.利用XRD（X射线衍射）、FT-IR（傅里叶转换红外光谱）、BET比表面积、VSM（磁滞回线测试）对沉淀物进行表征,解析该工艺原位处理PVA模拟废水的主要机理,并以该工艺沉淀物为吸附剂,通过锑吸附试验,探讨该工艺沉淀物的回用性.结果表明:①Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA模拟废水具有良好的处理能力,初始ρ（PVA）为1 000 mg/L时,该工艺在20 min以内即可达到80%以上的去除率,并且基本没有金属铁的残余,该工艺对PVA的去除率随总铁投加量的增加而提高且基本不受水体硬度影响. ②在Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA的原位去除过程中,PVA作为一种反应物参与沉淀物Fe₃O₄的生成,并促进纳米Fe₃O₄比表面积增大,最终形成一种类似于凝胶的Fe₃O₄聚合物. ③Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效处理模拟PVA-MB（亚甲基蓝）染料废水.对于含有100 mg/L MB（亚甲基蓝三水）和500 mg/L PVA的混合溶液,MB和COD_Cr去除率在1 min时分别达到97.37%和89.47%.沉淀物通过磁分离、乙醇和水清洗后,在水中浸出的ρ（TOC）和ρ（COD_Cr）很低,分别为0.86和2 mg/L,可作为吸附剂直接使用,得益于其具有较高的比表面积,对金属锑的拟合吸附量可达71.94 mg/g. ④Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺具有一定的实际应用价值.对东莞某实际印染废水处理5 min,COD_Cr和染料的去除率分别为85.71%和98.98%.研究显示,Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效去除PVA,沉淀物为易回收的磁性Fe₃O₄,可作为吸附剂直接使用.      

倭肯河着生硅藻群落结构及其与环境因子的关系

为了合理的评价倭肯河水生态健康状况,2018年8月（丰水期）,调查了19个点位的着生藻类群落结构和水环境特征.使用Mcnaughton优势度分析、聚类分析和生态型分析3种方法研究了倭肯河着生藻类群落结构和清洁度,使用Spearman相关分析、除趋势对应分析和典范对应分析等方法研究了倭肯河着生硅藻群落和环境因子的响应关系.结果表明：倭肯河共鉴定出着生硅藻89种,物种丰富,不同采样点位之间生物多样性差异较大,Nitzschia palea等富营养指示种是倭肯河的优势种.聚类分析结果表明,倭肯河采样点位可分为3组,从组1到组3,优势种清洁度逐渐下降,低度需氧型、中腐-高度腐生型和极度富营养型硅藻比例逐渐上升.影响倭肯河着生硅藻群落结构的主要水环境因子为TN、DO和pH,其中DO和TN是组3着生硅藻群落的主要影响因子,pH是组2着生硅藻群落的主要影响因子.由此可见,除河流源头区域外,倭肯河水生态环境质量状况较差,着生硅藻群落可以有效的指示倭肯河水体营养状况和腐生状况.