绿色纳米零价铁材料在环境修复应用中的改性技术探究

在坚持绿色低碳可持续发展的背景下,环境友好型材料已成为当前生态环境修复领域的研究热点。纳米零价铁（nZVI）由于具有高比表面积、强还原能力和绿色安全无毒等优点,在环境污染修复中应用前景广阔。本文系统总结了nZVI改性技术的最新研究进展并对其存在的相关问题进行了探讨,其中包括固体载体抑制nZVI团聚、物理化学法处理nZVI表面氧化壳层、nZVI掺杂贵金属改性、n ZVI表面硫化改性、大分子有机化合物修饰nZVI表面等,最后对nZVI技术应用的未来发展趋势进行了展望。     

广州地区大气棕色碳气溶胶光吸收特性

2014年冬季在广州番禺站利用校正后的7波段黑碳仪数据,计算棕色碳(BrC)在不同波长的光吸收特性,并结合气溶胶及气体成分在线监测仪(MARGA)和在线OCEC分析仪同步观测数据,分析了BrC的来源.结果表明:BrC在370、470、520、590和660 nm处对光吸收的贡献随波长增大而变小,不同波段的贡献分别为25. 9%、19. 7%、14. 1%、11. 6%和7. 7%; BrC光吸收系数、水溶性钾离子(K~+)和有机碳(OC)浓度大致呈现日间低,夜间高的趋势,说明生物质燃烧产物对BrC的光吸收系数贡献很大,傍晚附近农村地区逐渐活跃的秸秆燃烧活动和夜间稳定的边界层也有利于污染物累积; BrC光吸收系数与OC的比值在午后出现低值,说明二次有机气溶胶和老化的气溶胶的吸光能力较弱.相关性分析表明,BrC光吸收系数与K+离子和OC浓度的相关性最高,BrC光吸收系数与硝酸根(NO_3~-)和铵根(NH_4~+)离子也具有较高的相关性.     

利用铁改性方解石作为活性覆盖材料控制水体内源磷的释放

虽然利用方解石作为一种活性覆盖材料控制水体内源磷释放具有较好的应用前景,但是其控制底泥中磷释放的效率仍然有待进一步提高.鉴于此,本文采用铁盐对方解石进行改性试图制备一种除磷性能更好的底泥活性覆盖材料——铁改性方解石,进而通过批量实验考察了铁改性方解石对水中磷酸盐的去除性能,以及通过底泥培养实验考察了铁改性方解石活性覆盖控制水体内源磷释放的效率.结果发现,采用铁对方解石进行改性,可以显著提高材料对水中磷酸盐的去除能力.铁改性方解石投加量的增加,有利于水中磷酸盐的去除.增加初始磷浓度,铁改性方解石对水中磷酸盐的单位去除量随之增加,最大的单位磷去除量可以达到3.09 mg·g~(-1).铁改性方解石覆盖可以有效地控制底泥中磷的释放,导致上覆水体中溶解态活性磷(SRP)浓度处于很低的水平.此外,铁改性方解石覆盖还可以促使底泥中少量的氧化还原敏感态磷(BD-P)和金属氧化结合态磷(NaOH-rP)向残渣态磷(Res-P)转变,使得底泥中磷的稳定性略微增强.固定到铁改性方解石覆盖层中的磷大多数(90.8%)以较为稳定和非常稳定的形态存在,且大部分磷以非生物可利用性磷形式存在,很难被重新释放出来.与方解石覆盖相比,铁改性方解石覆盖控制底泥中磷向上覆水体中释放的效率明显更高,且被铁改性方解石覆盖层所钝化的磷更为稳定.以上结果显示,铁改性方解石是一种非常有希望用于控制水体内源磷释放的底泥活性覆盖材料.     

剩余污泥碱性发酵产物对硝化过程及性能的影响

为探究剩余污泥碱性发酵产物作为碳源对硝化过程及性能的影响,建立了以污泥碱性发酵混合物作为碳源的生物脱氮(BNR)系统.投加初期,氨氧化菌(AOB)和亚硝态氮氧化菌(NOB)活性均受到抑制;16 d后AOB活性开始迅速恢复,NOB活性仍受到抑制,比硝态氮积累速率(SNaPR,以N/VSS计)由初始的0.179 1 g·(g·d)~(-1)下降至0.007 8 g·(g·d)~(-1),系统内亚硝积累率由8.12%上升至91.42%并维持稳定.将污泥发酵混合物分离为污泥发酵液和污泥发酵底泥,考察添加3种不同类型的发酵产物对硝化效果良好的全程硝化污泥硝化活性的影响.结果表明,投加污泥碱性发酵混合物和投加碱性发酵液的实验组,NOB活性皆有所下降,SNaPR由初始的0.179 3 g·(g·d)~(-1)分别下降至0.151 0 g·(g·d)~(-1)和0.161 7 g·(g·d)~(-1);投加发酵底泥的实验组,NOB的活性有所上升,SNaPR由0.179 3 g·(g·d)~(-1)上升至0.186 4 g·(g·d)~(-1).因此,当利用污泥发酵混合物和发酵液作为碳源时,在硝化过程中,能抑制系统内NOB的活性,实现短程硝化过程,有利于加速硝化速率及节省该类型碳源的投加.     

硝化作用对盐碱湿地N2O排放的影响及其环境因子分析

湿地是温室气体氧化亚氮(N_2O)重要的源或汇,盐碱湿地作为湿地的重要组成部分,研究其N_2O排放对于探究盐碱湿地N_2O产生的硝化作用机制及评估其在温室效应中的作用具有重要意义.本文对代表性盐碱湿地——扎龙芦苇沼泽湿地生长季的N_2O释放量及相关环境因子进行了研究.结果表明,生长季N_2O通量呈波动性下降趋势,最大值出现在7月中旬,平均排放通量为(37. 49±15. 75)μg·(m2·h)-1,表现为N_2O的释放"源". N_2O通量与不同深度土层温度存在显著正相关关系(P 0. 05),且上层土温对N_2O排放的影响程度高于深层土;淹水期间N_2O通量与积水深度呈显著负相关关系(P 0. 05);且土壤TOC和TN含量较低,N_2O通量与0～40 cm土层NH+4-N含量呈显著正相关关系(P 0. 05),而与NO-3-N含量没有关系,硝化作用程度要比反硝化强;此外,土壤氨氧化菌活性与0～20 cm土层温度存在极显著正相关关系(P 0. 01),且N_2O通量与氨氧化菌活性也呈极显著的线性正相关关系(P 0. 001),表明盐碱湿地的N_2O释放受硝化作用影响巨大.     

桂林会仙喀斯特湿地水位梯度下不同植物群落土壤有机碳及其组分特征

选择桂林会仙喀斯特湿地不同水位梯度下9种植物群落的土壤为研究对象,通过研究0～30 cm不同深度的土壤理化性质、土壤有机碳(SOC)、轻组有机碳(LFOC)、重组有机碳(HFOC)、易氧化有机碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)含量等变化趋势,以揭示水位梯度下不同植物群落土壤有机碳组分的分布特征及其影响因子.结果表明:①会仙湿地土壤0～30cm LFOC、HFOC占SOC的质量分数分别为11. 10%,88. 90%,土壤轻组分分配比相对较低,重组分分配比较高;②各群落土壤DOC,EOC; POC和MBC(除铺地黍群落外)含量均随土层深度的增加而减少;与SOC含量变化趋势基本一致,各群落DOC、EOC、POC占SOC的比例随土层变化均呈减小趋势;③华克拉莎群落的SOC、LFOC、HFOC、MBC、DOC、EOC、POC含量在各土层中均为最高,且显著高于其它植物群落;④SOC、全氮(TN)与土壤有机碳各组分含量显著正相关(P 0. 01),土壤pH与LFOC、HFOC、DOC和POC显著正相关,土壤容重与LFOC、HFOC、DOC、EOC和POC显著负相关(P 0. 01),黏粒含量与LFOC、HFOC、DOC、POC和MBC显著负相关;⑤土壤全氮、砂粒含量、pH和土壤含水量对HFOC含量的主要贡献均表现为通过影响其它因子而产生的间接作用效应;土壤TN对EOC、DOC和POC含量具有较强的直接正作用效应;土壤含水量对MBC含量的直接负作用最大.土壤理化特征因子之间的相互作用共同影响着LFOC、HFOC及有机碳各组分含量的变化.     

磁性纳米Fe3O4@C对SBR脱氮除磷性能及其微生物种群组成的影响

为探究磁性纳米Fe₃O₄@C对序批式活性污泥反应器（SBR）污水处理系统脱氮除磷性能的影响,建立了2个相同的SBR（编号分别为0号和1号）,其中,0号反应器未投加任何磁性材料（对照组）,1号反应器中投加0.5 g·L^-1的Fe₃O₄@C（实验组）,并采用高通量测序和实时定量PCR（qPCR）技术对2个反应器内生物种群结构及关键脱氮除磷功能菌群进行分析.结果表明：①Fe₃O₄@C对SBR除污性能有显著影响,其中,1号反应器化学需氧量（COD）的去除性能得到增强,24 d后去除率稳定在90%左右;0号和1号反应器总氮（TN）平均去除率分别为35.83%和52.18%;从第43 d起,1号反应器除磷性能明显高于0号反应器,运行70 d后,0号和1号反应器对总磷（TP）的平均去除率分别为47.52%和56.33%.②添加Fe₃O₄@C材料后,反应器内变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度从23.91%增加至32.14%,优势脱氮菌门Planctomycetes、Nitrospirae的相对丰度分别从2.66%、0.46%增加至5.16%、2.23%.③添加Fe₃O₄@C后,SBR内细菌总数明显增多,16S基因拷贝数从1.77×10⁷ copies·g^-1增长到4.21×10⁷ copies·g^-1;各功能菌数量也有大幅度增长,除磷功能基因PAO增加了3.4倍,脱氮功能基因nirS、Nitrospira、Nitrobacter、AOB分别增长了2.3、2.4、4.7和572倍.研究表明,磁性纳米Fe₃O₄@C能有效促进SBR脱氮除磷性能,可为SBR工艺的优化改进提供理论支撑.     

FeCl3改性污泥生物炭对水中吡虫啉的吸附性能研究

以脱水污泥为原料,制备污泥生物炭（SBC）和FeCl₃改性污泥生物炭（Fe-SBC）处理低浓度吡虫啉（IMI）废水（浓度为10 mg·L^-1）,考察SBC和Fe-SBC对IMI的吸附性能及影响因素,并探究其吸附机理.采用SEM、XRD、FTIR、BET及元素分析等探得污泥生物炭FeCl₃改性成功.Fe-SBC对IMI的最大吸附量为4.915 mg·g^-1,是SBC的1.97倍,表现出更好的IMI吸附性能.pH和离子强度的变化对Fe-SBC的吸附性能影响较小,最大波动幅度分别为4.4%和7.8%.两种生物炭对IMI的吸附均符合准二级动力学模型,Freundlich模型可以更好地描述其等温吸附曲线.热力学研究表明,SBC吸附IMI是非自发吸附,而Fe-SBC是自发吸附.Fe-SBC对IMI的吸附机理包括静电作用力、氢键作用力及π-π键相互作用力.多次热解再生后的Fe-SBC对IMI的去除率仍可达93.088%.     

重庆市O3污染日的大气环流分型与传输特征

通过分析重庆市主城区2015~2019年O₃浓度和气象要素观测数据,发现主城区O₃超标日数、超标日O₃中位值和90百分位浓度值均呈现逐年升高趋势,O₃与温度成正相关、与相对湿度成负相关,高O₃浓度对应每日最高温度区间为35℃以上以及相对湿度区间70%以下.采用T-mode主成分分析法(PCT)对2015~2019年的4~9月850hPa低层位势高度场和风场进行分型,总结出重庆市O₃污染期间主要有8种天气类型,其中有利于出现高浓度O₃现象的天气类型分别是低压西北侧型(T1)、低压后部型(T4)和高压西侧(T3),对应O₃平均超标率分别为34.6%、17.0%和14.2%.利用HYSPLIT4模型后向轨迹聚类方法和潜在源贡献算法(PSCF),计算得到O₃污染日的气团主要以中短距离输送为主,主要传输轨迹来自北、东北、南以及西南四个方向,从2015~2019年,主要污染来源有一个明显的从北转南的趋势,O₃污染的潜在源贡献分析结果与全市工业源NO_x、VOCs排放量空间分布的一致性较高.     

3D打印技术在固体废弃物资源循环中的应用

打印材料是限制3D打印技术发展和推广应用的瓶颈问题,目前已经发现部分固体废弃物与3D打印的契合度很高,可以用于制备3D打印材料.本文综述了4类可以用于3D打印的固体废弃物,包括硅铝基废弃物、农林废弃物、废旧塑料和废旧金属,着重讨论了这4类废弃物制备3D打印材料的方法以及废弃物的添加对原打印材料造成的影响,同时分析了当前废弃物制备3D打印材料需要解决的问题,并对废弃物基3D打印材料的发展趋势进行了展望.