长江上游典型农业源溪流溶存氧化亚氮(N2O)浓度特征及影响因素

随着农业非点源氮（N）污染的加剧,农田周边溪流成为重要的活性N汇和潜在的氧化亚氮（N₂O）排放源.为查明长江上游农业源溪流中溶存N₂O浓度的全年动态变化特征,于2014年12月~2015年10月开展紫色土丘陵区典型农田源头溪流N₂O浓度的连续采样观测,采用水-气顶空平衡-气相色谱法测定顶空气体中N₂O浓度,根据相关参数计算出本研究水体中的溶存N₂O浓度,并同步测定溪流水体物理化学指标,分析水中溶存N₂O浓度的主要影响因素.结果表明,长江上游紫色土丘陵区的典型农业源溪流的硝态氮（NO₃^--N）是最主要的活性N赋存形态（年均1.45 mg·L^-1）,溪流水体溶存N₂O质量浓度（以N计）全年平均为0.57 μg·L^-1（范围0.26~1.28 μg·L^-1）,冬、春、夏和秋季的均值分别为0.63、0.45、0.53和0.64 μg·L^-1,但季节间无显著差异.溪流水体溶存N₂O浓度全年都处于过度饱和状态（饱和度年平均为203.9%,范围109.7%~546.5%）,可见,农业源溪流全年均为潜在的N₂O释放源.溪流溶存N₂O浓度的变化主要由水体NO₃^--N浓度决定,N₂O的主要产生机制为反硝化作用;溪流季节平均N₂O饱和度在夏、秋季显著高于冬、春季,水中溶存N₂O饱和度的变化主要受水温和NO₃^--N浓度的共同影响.研究还发现农业源溪流中溶存N₂O浓度在4~10月（湿润季节）间波动明显,较强降雨可促使其水中NO₃^--N浓度在雨后短期内升高,进而促进水体反硝化作用,导致雨后溪流中溶存N₂O浓度的增加.     

北京怀柔O3污染过程初始VOCs浓度特征及来源分析

为了解北京怀柔区夏季典型O₃污染过程中初始VOCs（挥发性有机物）浓度（以φ计）的特征,识别其关键物种及主要来源,于2016年8月3-11日在中国科学院大学雁栖湖校区教学楼顶开展强化观测,利用光化学物种比值法和连续反应模型法测算观测期间大气初始φ（VOCs）,采用MIR（最大增量反应活性）法估算初始VOCs的OFP（O₃生成潜势）,识别关键物种,并应用PMF（正交矩阵因子）模型对初始VOCs的来源进行解析.结果表明:北京怀柔区O₃污染过程中初始φ（VOCs）平均值为25.27×10-9,如忽略化学损失,φ（VOCs）将被低估约18.6%.初始VOCs的总OFP值为144.6×10-9,VOCs物种对总OFP贡献率的顺序依次为醛酮类>烯烃>芳香烃>烷烃,异戊二烯、乙醛、己醛、间/对-二甲苯、甲苯、乙烯、丙烯、1,2,4-三甲苯、丁酮、1,3,5-三甲苯是怀柔区O₃形成的关键活性物种.PMF解析结果显示,机动车尾气源对初始φ（VOCs）的贡献率（23.5%）最高,其次是溶剂使用源（18.3%）、植物排放源（18.1%）、工业过程源（17.6%）、生物质燃烧源（12.1%）和煤炭燃烧源（10.5%）.研究显示,在北京怀柔区典型O₃污染过程中,减少机动车尾气源、溶剂使用源、上风向工业过程源的排放是控制怀柔区VOCs的有效措施,而控制异戊二烯、乙醛、己醛、间/对-二甲苯、甲苯等关键活性物种则是有效抑制VOCs排放对O₃生成贡献的重要手段.      

兰州市典型企业VOCs排放特征及反应活性分析

基于兰州市大气VOCs排放清单,选取石化厂、乙烯厂、涂料厂3个典型企业采集VOCs样品,分析其无组织排放特征,并采用MIR（最大增量反应活性）法和LOH（·OH反应速率）法综合评价其化学反应活性,识别各企业的VOCs活性优势物种,同时探究不同企业特征VOCs比值.结果表明:不同排放源φ（VOCs）差异较大,范围为20.8×10-9~6 520.3×10-9.从VOCs物种构成上来看,涂料厂芳香烃占比最高,而石化厂、乙烯厂均以烷烃物种最为丰富,石化厂不同工艺VOCs物种构成略有差异.从活性上看,涂料厂VOCs活性最高,其LOH和OFP（臭氧生成潜势）分别为2 676.9 s-1和72 519.0×10-9,约为其他行业的18~1 000倍,间/对-二甲苯、乙苯、邻二甲苯等物种活性较大;其次为石化厂,其LOH和OFP分别为273.2 s-1和4 039.1×10-9,正戊烷、异戊烷、乙烯、丙烯等物种活性贡献率高,其中柴油工艺对石化厂VOCs活性贡献率最大;乙烯厂的OFP最低,其LOH和OFP分别为4.6 s-1和69.7×10-9,其VOCs活性主要来自乙烯、丙烯、正丁烯等烯烃物种.各工业源BTEX（苯、甲苯、乙苯及3种二甲苯异构体的合称）分布具有一定的差异,对于指示不同VOCs来源有一定的参考价值,但不同源比值的重叠性也表明并非全部VOCs来源可以通过特征物种比值来区分.研究显示,控制工业源特别是涂料与石化工业VOCs的排放有助于控制兰州市O₃的生成.      

不同盐度反硝化过程N2O积累及还原特性

利用体积为3 L的SBR反应器,以NO~-_3为电子受体,乙醇为电子供体,控制初始COD/N=5.0,考察不同盐度条件下反硝化过程NO~-_2和N_2O积累及还原过程,并对N_2O还原过程进行Monod方程拟合。结果表明:盐度增加导致系统还原速率降低。NaCl盐度由0增至20 g/L时,NO~-_3、NO~-_2和N_2O的还原速率分别由17.67,14.15,139.33 mg/(g·h)降至6.57,7.41,33.17 mg/(g·h)。N_2O还原半饱和常数随盐度的增加而增加,低盐度下氧化亚氮还原酶与底物的结合能力较强,表现出高的还原速率。反硝化初始阶段,N_2OR(N_2O还原酶)的合成速率小于NaR(NO~-_3还原酶)和NiR(NO~-_2还原酶)合成速率,导致N_2O积累。高盐度对N_2O还原的抑制远大于其对NO~-_3和NO~-_2还原活性的抑制,是导致高盐度下反硝化过程N_2O积累的主要原因。     

地下滴灌对番茄根际微区氮循环微生物量及土壤N2O排放的调控机制

为探明地下滴灌对番茄根际微区氮循环微生物及土壤N₂O排放的影响,采用静态暗箱原位采集法,研究了不同滴灌管埋深（0、10、20、30 cm,依次记为CK、S10、S20、S30处理）对番茄根区土壤水分、养分、根系形态、微生物及N₂O排放的影响.结果表明:S10处理可提高10~20 cm土壤含水率,其土壤NO₃--N含量、DOC（溶解性有机碳）含量、根系分叉数、开花坐果期反硝化菌数量、果实成熟期亚硝化菌和反硝化菌数量分别为CK处理的2.02、1.49、1.85、3.81、2.11和3.75倍（P < 0.05）,且0~20 cm土壤孔隙度较CK处理增加了10.72%（P < 0.05）,N₂O排放量为CK处理的1.99倍（P < 0.05）.S20处理显著提高了20~30 cm土壤含水率,其土壤NO₃--N含量、DOC含量、根系分叉数、开花坐果期反硝化菌数量、果实成熟期亚硝化菌和反硝化菌数量分别为CK处理的2.66、1.38、2.77、6.0、5.56和12.50倍（P < 0.05）,且0~20 cm土壤孔隙度较CK处理增加了22.32%（P < 0.05）,N₂O排放量为CK处理的2.24倍.S30处理形成0~20 cm土壤“干层”和20~40 cm土壤“湿层”,土壤NO₃--N含量、根系分叉数、开花坐果期亚硝化细菌和反硝化细菌数量分别为CK处理的1.66、2.22、2.00和1.80倍（P < 0.05）,但DOC含量、0~20 cm土壤孔隙度、反硝化细菌数量等显著低于S20处理（P < 0.05）,N₂O排放量与CK处理无显著差异（P < 0.05）.地下滴灌方式下土壤N₂O排放主要为反硝化作用,不同滴灌管埋深形成的土壤水分分布会影响根系分叉数和0~20 cm土壤孔隙度,调节NO₃--N和DOC含量、亚硝化细菌和反硝化细菌生物量,影响“根系-土壤-微生物”的交互作用和N₂O排放量.S10、S20处理下根区环境利于增强“根系-土壤-微生物”的交互作用、促进反硝化作用和N₂O排放,S30处理相对会减弱“根系-土壤-微生物”的交互作用、抑制N₂O排放.研究显示,地下滴灌管埋深（土壤供水位置）通过调节根际微区土壤环境,改变氮循环微生物组成,进而影响“根系-土壤-微生物”的交互作用效应和土壤N₂O排放量.      

游离氨与游离亚硝酸对中试膜生物反应器短程硝化及微生物群落结构的影响

为探究FA(游离氨)与FNA(游离亚硝酸)对短程硝化及微生物群落结构的影响,采用中试MBR(膜生物反应器),以高浓度NH₄+-N废水为处理对象,考察MBR对NH₄+-N的去除效果,通过计算FA与FNA浓度,分析其对短程硝化的影响,利用16S rRNA基因高通量测序技术分析微生物群落结构并对功能基因进行预测. 结果表明:①通过将NH₄+-N容积负荷逐渐从0.11 kg/(m3·d)提升至0.75 kg/(m3·d),MBR在第18天实现了全程硝化向短程硝化的转变. ②MBR稳定运行过程中,FA和FNA浓度分别维持在1.03~3.52和0.033~0.118 mg/L,NAR(亚硝酸盐积累率)为65.70%~80.24%,实现了NO₂--N的稳定积累,此时NH₄+-N去除率为87.92%~97.18%. ③进水由模拟废水向实际工业废水的转变没有对NAR产生较大影响,表明中试MBR具有较强的适应能力. ④16S rRNA基因高通量测序分析结果表明,维持MBR内FA和FNA浓度能够富集AOB(氨氧化菌)Nitrosomonas(7.99%),抑制NOB(亚硝酸盐氧化菌)活性,进而实现短程硝化;MBR运行第50天时,Amo(氨单加氧酶)功能基因相对丰度为第0天时的371倍,进一步验证了短程硝化过程的实现. 研究显示,FA与FNA对NOB的抑制在维持中试MBR短程硝化中起重要作用,微生物群落结构的变化与MBR内FA和FNA浓度有关.      

改良生物滞留系统强化对雨水径流中氮磷的去除

传统生物滞留池对N、P去除效果较差且不稳定,甚至会出现N、P的负去除现象.文章采用改良复合填料,结合双层填料和滤池饱和区组合设置,构建了4组模拟生物滞留实验柱,分别加入传统填料(C1)和改良复合填料(C2、C3、C4),并设置滤池饱和区的组合式排水系统以强化脱氮除磷效果.利用半合成模拟雨水作为实验进水对出水中氮磷的去除效率进行了评价和比较.此外,还评价了介质深度、干旱期对生物滞留柱中磷的截留和反硝化酶活性的影响.填充C2的实验柱对总磷的去除效果最佳(93.70％);填充C1的实验柱对总磷的去除效果较差(57.36％);填充C3的实验柱去除硝酸盐和总氮的性能最佳(分别为83.54％和92.15％).结果 表明,通过改良填料羟基铝蛭石污泥、双层填料和滤池饱和区组合设置,可以有效地改善径流水质,并可为高效雨水处理提供新的生物滞留池配置方法.     

兼氧条件下厨余垃圾发酵液作碳源的反硝化性能

在兼氧条件下,利用厨余垃圾厌氧发酵液调节反硝化系统的碳氮比（COD/TN,C/N）,并考察了其脱氮性能.结果表明,不同C/N条件下,反应系统均未出现有机物的积累,但高C/N条件下的亚硝酸盐最大积累浓度和积累速率高于低C/N;随着进水C/N的增大,反应整体脱氮率和反硝化速率不断增大,当C/N为13时,反硝化速率达到了最大值,为9.79mg/（gVSS·h）,其脱氮率超过95%;相同C/N条件下,反硝化速率和最大亚硝酸盐积累浓度均与进水硝酸盐浓度成正比.此外,实验结果表明,兼氧条件下的反硝化过程虽不易出现COD残留,但去除单位氮所需的有机物更多,且整体反硝化速率以及亚硝酸盐还原速率均低于厌氧条件.     

石墨烯/聚苯胺修饰阴极对反硝化MFC性能影响

反硝化生物阴极微生物燃料电池（MFC）以电极为电子供体,在自养条件下完成硝酸盐去除过程.本研究以碳布（CC）为基底材料,分别制备获得还原氧化石墨烯修饰（rGO-CC）,聚苯胺修饰（PANI-CC）及二者复合修饰的CC电极（rGO/PANI-CC）,并考察其作为阴极材料对反硝化生物阴极MFC产电脱氮性能的影响.扫描电镜结果显示,rGO-CC和PANI-CC的碳纤维分别被片层状rGO和网状PANI覆盖,而rGO/PANI-CC表面呈现PANI在附着rGO的碳纤维上团聚的形貌,均增大了碳布的比表面积.循环伏安测试显示,rGO/PANI-CC具有最高的电化学活性.以rGO-CC,PANI-CC和rGO/PANI-CC为阴极构建MFC的产电能力分别提高了82%,24%和41%,其阴极对NO₃^--N的去除能力增强了23%,9%和13%.16S rDNA测序结果揭示修饰后电极表面微生物的多样性下降,Stappia和Pacacoccus属微生物的丰度增加.     

深圳市商业厨房排放非甲烷碳氢化合物污染特征研究

随着我国餐饮业的快速发展,餐饮源逐渐成为城市大气非甲烷碳氢（NMHCs）的主要来源之一.因此,深入研究餐饮源NMHCs的排放特征是餐饮业科学减排的重要基础.本研究采集了深圳市6类典型餐馆（西式快餐、茶餐厅、职工食堂、湘菜馆、浙菜馆和家常菜馆）排放的NMHCs,并分析了其相应的排放特征、排放因子（EF）、臭氧生成潜势（OFP）和二次有机气溶胶生成潜势（SOAp）.结果显示,6类餐馆排放NMHCs中,茶餐厅、家常菜馆和浙菜馆排放的烷烃浓度最高,而西式快餐和职工食堂排放的烯烃浓度最高,湘菜馆油烟中烷烃和烯烃浓度相近.采用灶台数及用油量作为EF的核算基准,结果显示西式快餐和职工食堂的EF较高.餐饮排放的NMCHs中乙烯、丙烯、1,3-丁二烯、间/对二甲苯、甲苯及癸烷的OFP最高,而环己烷、正庚烷、正辛烷和正癸烷则具有较高的SOA生成潜势.此外,甲苯和苯不仅具有高的O₃生成潜势,还对SOA的生成有明显贡献,是油烟中值得重点关注的污染物.