生物电耦合对活性炭-超滤工艺处理地表微污染水的影响机理研究

利用生物电化学系统处理地表水时，弱电压不但会刺激电活性菌的呼吸作用，而且会引起氧化胁迫导致胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substance，EPS）过量分泌.为确认在地表水处理中弱电压对膜污染和净水效率的影响，本研究设置了外加1.0 V直流电压（记为"BES系统"）和无外加电压（记为"CK系统"）的两组平行对照生物活性炭-超滤系统.经过50 d的运行，BES系统（36.1 kPa）相比CK系统（19.1 kPa）跨膜压差（Trans Membrane Pressure，TMP）增加更为显著，膜污染更严重.电路电流、电极电势和循环伏安（Cyclic Voltammetry，CV）曲线显示，随着装置运行，两系统生物膜逐渐稳定，并且产生具有氧化还原活性的EPS导致阳极电容增加.相比之下，BES系统产生了更多EPS，具有更高的阳极电容.水质指标显示，BES系统中比紫外吸光度（Specific Ultraviolet Absorbance，SUVA）、NH₄⁺-N和PO₄^3--P的去除增强但总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）去除减弱；三维荧光光谱（Excitation-Emission-Matrix，EEM）和尺寸排阻色谱（Size Exclusion Chromatography，SEC）分析结果表明，BES系统膜池中产生了更多的生物聚合物，但腐殖质类有机物明显减少.活性炭表面EPS含量和腺嘌呤核苷三磷酸（Adenosine Triphosphate，ATP）含量的测试结果证实，弱电压刺激了生物膜的生长，同时增加了氧化还原活性EPS的含量.对膜表面累积多糖、蛋白质含量的测试分析进一步揭示了多糖类大分子生物聚合物在膜表面的累积是导致严重膜污染的直接原因.研究可为生物电化学系统在微污染水处理的研究和应用提供新的见解.     

多元竞争体系下的微界面动力学响应机理研究—以细颗粒泥沙吸附多元重金属离子铅、铜和镉为例

研究微界面动力学响应机理能更好地了解动力学扩散模式的内在机制.通过竞争吸附实验,采用微界面作用模式识别多元重金属离子铅、铜和镉在泥沙颗粒上的扩散模式,探究多元重金属离子的液相浓度和吸附速率变化规律,剖析多元竞争体系下的微界面动力学响应机理.结果显示,10 min前,多元竞争体系下离子的液相浓度和吸附速率变化较大,为快速吸附阶段,与扩散速率较大的膜扩散过程对应.10 min后,离子的液相浓度波动变化,吸附速率变化呈“N型”、“倒N型”、“W型”和“倒W型”特征,吸附解吸交替进行,不同竞争体系离子的液相浓度和吸附速率变化不同,进入孔隙的时间存在差异,此阶段为膜扩散和颗粒内扩散并存,不同竞争体系的离子的颗粒内扩散时间不一致.60 min后, 离子的液相浓度较稳定和吸附速率较小,微界面作用趋于稳定,为扩散速率较小的颗粒内扩散阶段.研究结果可为多元竞争体系的微观界面动力学响应机理提供理论支撑.     

微氧条件下自养-异养联合反硝化工艺的电子平衡分析

自养-异养联合反硝化(integrated autotrophic and heterotrophic denitrification,IAHD)工艺可以同时进行硫化物,硝酸盐和有机物的降解,作为工业废水处理的关键单元近年来受到广泛关注.引入微量氧气作为电子受体的微氧技术已被证明是强化IAHD运行效能的有效策略.本研究关注于IAHD工艺的电子平衡计算并发现了IAHD生物反应器在微氧条件下运行时利用有限的硝酸盐可将硫化物和乙酸盐完全转化去除.在IAHD序批实验中,当电子缺失率达到峰值55. 1%时,硫化物、硝酸盐和乙酸盐去除效率和去除速率均最高.进一步的硫化物氧化间歇实验表明,电子得失不平衡现象发生在生物硫化物氧化过程中,当氧气含量为5 m L和10 m L时,电子缺失率分别为18. 7%和38. 2%. Illumina微生物群落测序结果表明,Thiobacillus、Thauera、Mangroviflexus和Erysipelothrix为硫氧化过程的主要占优属,其中Thiobacillus的相对丰度随着电子缺失率的增加而增加.本研究揭示了微氧条件下电子受体缺失现象与强化的IAHD运行效能之间的潜在联系,并为深入探讨硫、氮和有机碳的代谢机制提供了新的研究视角.     

青岛近海冬季大气生物气溶胶中微生物活性研究

为了研究生物气溶胶中微生物活性水平和活性粒径分布特征,于2015年11月~2016年1月在青岛近海运用分级生物气溶胶采样器连续采集了生物气溶胶样品,并用荧光素二乙酸酯(fluorescein diacetate,FDA)水解法进行了活性测定.结果表明,采样期间青岛地区气溶胶中微生物活性水平(以荧光素钠计)范围为21.89~108.59 ng·m~(-3),平均值为59.43 ng·m~(-3).微生物活性的粒径分布呈现活性随粒径增大而增大,粗粒径(2.1μm)高于细粒径(2.1μm)的特征,在7.0μm粗粒子上所占比例最高,平均为24.06%.冬季微生物活性在一天当中变化较大,并未呈现出明显的昼间变化规律.相关性分析显示采样期间微生物活性与风速之间存在显著正相关关系(r=0.445,n=33,**P0.01),与温度、湿度和紫外线强度等气象因素以及AQI、PM_(2.5)、PM_(10)、CO、NO_2、O_3、SO_2等因子无显著相关性.气团来源对微生物活性具有明显影响.晴天微生物活性平均水平为100.33 ng·m~(-3),霾天微生物活性降低,平均水平降为56.53 ng·m~(-3),随着雾-霾天持续出现,活性迅速降低至晴天水平的37.7%,可见持续雾-霾天对微生物活性的影响更大.     

pH过程控制对铁炭微电解-Fenton影响中试研究

采用铁炭微电解-Fenton联合工艺处理制药废水生化出水,探讨了初始pH对微电解过程COD降解速率、出水中Fe2+和Fe3+变化规律以及后续Fenton氧化效果的影响,为优化联合工艺提出了微电解反应pH过程控制的理论。采用pH过程控制时,微电解对COD降解速率大大提高,降解过程基本符合零级反应动力学,同时可大大提高Fe2+和Fe3+浓度及总铁析出量。试验结果表明:当初始pH=2.5,以3.0L/h连续性投加稀硫酸100 min,曝气微电解反应2 h,出水再投加1.0mL/L的H2O2进行Fenton氧化2 h,出水COD总去除率可达85.6%;采用pH过程控制可将微电解出水ρ(Fe2+)浓度从48.6 mg/L提高至149 mg/L,COD降解速率从10.9 mg/(L·h)提高至23.8 mg/(L·h)。     

微污染饮用水生物过滤影响因素的研究

通过试验探讨了过滤介质、空床接触时间、水温和反冲洗方式对生物过滤去除有机物的影响。试验结果表明 :活性炭、石英砂组成的双层滤料生物滤池对高锰酸盐指数、UV2 5 4的去除效果比无烟煤、石英砂组成的双层滤料滤池和单层石英砂滤料滤池好 ;在一定的范围内 ,随着接触时间或水温的增加 ,各滤柱对高锰酸盐指数的去除率增加 ;加氯水反冲洗方式对生物滤池去除高锰酸盐指数、UV2 5 4的影响比未加氯水反冲洗方式大     

通用浓度加和模型预测有机磷与三嗪农药对绿藻的联合毒性

基于微板藻毒性试验测定5个有机磷农药与4个三嗪类农药的单个及联合毒性.根据半数效应浓度(EC50),对斜生栅藻96h生长抑制的毒性大小顺序为:西草净>阿特拉津>扑灭通>苯嗪草酮>草甘膦>敌敌畏>磷胺>乙酰甲胺磷>甲胺磷.这表明直接干扰光合作用电子传输的三嗪除草剂的藻毒性明显大于有机磷农药.以通用浓度加和作为参考模型,三嗪类农药按EC50和EC10(10%效应浓度)浓度比的混合物对斜生栅藻呈现加和毒性.有机磷农药按EC50和EC10浓度比的混合物在低浓度呈现加和毒性,在高浓度呈现协同毒性.有机磷与三嗪类农药按EC50和EC10浓度比的混合物在低浓度为加和毒性,在高浓度为协同毒性.     

海洋生物对微塑料迁移转化的调控作用

近年来,海洋微塑料污染已成为全球关注的重要环境问题。海洋中广泛存在的微塑料可被藻类吸附、微生物定植,亦可被海洋动物摄食并蓄积。生物与微塑料之间的相互作用必然会改变微塑料的物理、化学性质,及其在海洋中的迁移转化。因此,本文系统地阐述了海洋生物对微塑料的吸附、摄入、蓄积与排泄等关键过程;重点总结了微塑料在海洋生物过程(如排泄、与海洋雪团聚、形成生物膜以及生物扰动)影响下的沉降-埋藏等迁移过程;深入讨论了海洋动物对微塑料的摄食、消化过程以及微生物的分解作用导致的微塑料破碎、降解以及塑料添加剂和吸附污染物的释放过程及其机理。本文阐明了海洋生物对微塑料迁移转化的调控作用,为理解海洋微塑料的环境归趋提供理论依据。     

甲苯增溶吸收微乳液的制备及相行为

为选择适于甲苯增溶吸收微乳体系,研究了以甲苯为油相、以正丁醇或正辛醇为助表面活性剂分别与典型阳离子、阴离子、非离子表面活性剂形成的微乳液的相行为,用相图法分析了微乳体系的稳定性.以相图微乳区面积为指标,考察了影响微乳液增溶甲苯的因素.结果表明,在实验条件下6 种微乳液可以自发形成;以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂、正辛醇为助表面活性剂、表面活性剂与助表面活性剂质量比为3:2、温度为30℃时,微乳区面积最大(64%),可作为甲苯增溶吸收微乳液.     

九龙江口微塑料与抗生素抗性基因污染的分布特征

河口区域普遍存在微塑料（MPs）和抗生素抗性基因（ARGs）污染,同时微塑料还可能富集ARGs,从而扩大ARGs的传播范围.本研究以福建省九龙江口为调查区域,首次分析了九龙江口不同采样点水样以及沉积物中的MPs分布特征,同时测定各样品中8种常见的ARGs丰度,并对二者之间的丰度进行相关性分析.结果表明：①九龙江河口水环境中微塑数浓度范围为2~66 n ·L^-1,沉积物中含量范围（以dw计）为8~85 n ·kg^-1,85%以上的微塑料粒径在1 mm以下,微塑料材质主要为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）;②九龙江河口优势的ARGs为四环素类抗性基因tetC和tetG以及磺胺类抗性基因sul2,水中ARGs丰度随盐度增加呈递减趋势;③九龙江水体中MPs浓度、ARGs相对丰度和一类整合子基因intI1丰度呈两两正相关性,说明微塑料可能促进了水体中ARGs的传播和水平基因转移（HGT）.