基于生物生态耦合的城市污水绿色再生利用

水资源短缺是制约我国高质量发展的突出瓶颈,污水再生利用是破解该问题的有效途径。传统的污水处理与再生工艺以污染物去除为导向,将污水中的碳、氮、磷作为污染物进行去除,该过程需消耗大量能源及药剂,且无法回收污水中的碳、氮、磷等资源。以资源回收为导向的生物生态耦合污水再生利用具有绿色、低碳等特点,是城市污水资源化的可行路径。本文综述了传统的基于污染物去除的污水再生工艺研究进展与问题,对基于资源回收的生物生态耦合绿色污水再生工艺进行了分析和展望,并从立法保障、模式优化及标准完善等方面提出了政策保障建议,为我国城市污水再生利用提供新的思路。     

纳米金增强SPR铅离子检测器构建

为满足采用简便方法检测痕量铅离子（Pb²⁺）的需求,构建了新型的超灵敏、高特异性表面等离子体共振（SPR）生物传感器,用于水中Pb²⁺检测.以硫醇化GR-5脱氧核酶（DNAzyme）为Pb²⁺特异性识别探针,并自组装到芯片金膜表面,底物官能化的纳米金（S-AuNPs）用于信号增强,并与DNAzyme杂交形成传感薄膜.AuNPs不仅增加了质量变化,其局部表面等离子体共振（LSPR）与芯片表面传播SPR的耦合作用也可产生信号放大的效果.在Pb²⁺离子存在下,DNAzyme催化底物裂解,导致AuNPs的去除并引起SPR信号显著变化.通过X射线光电子能谱和扫描电镜对芯片表面的表征分析验证了传感薄膜构建过程和检测原理.Pb²⁺检测实验结果表明,1 μmol/L DNAzyme修饰的传感器检测效果最好,检测限为80pmol/L,并在100nmol/L范围内与Pb²⁺浓度的对数呈线性关系（R²=0.992）.该传感器对10倍浓度的其他金属离子无明显响应,说明其具有良好的Pb²⁺特异性;检测自来水和地下水中Pb²⁺的结果与ICP-MS方法有良好的一致性.研究建立的Pb²⁺检测方法具有高灵敏度和特异性,且操作简便,具有现场检测的应用前景.     

DBD低温等离子体气化杨木及模型化合物

本文利用低温等离子体技术,使用介质阻挡放电反应器气化杨木屑、纤维素、木聚糖和木质素,用控制变量法研究了频率、载气对反应系统产气能力的影响以及生物质化学组成的气化特性.结果表明,频率越小、载气电离能越低,气化率越高,杨木的最佳气化率为64.11%;木聚糖和纤维素气化产物相似,较纤维素和木质素产气率更高并且能够产生更多CO;木质素主要生成气化炭.同时,利用SEM、BET对原料及气化炭进行了表征研究得出碱金属在高温下发生结晶;木聚糖在气化过程中会发生熔融;等离子体的高功率以及更多的氧化性物质能够使气化炭比表面积显著增加,达到150.71m²/g.     

基于提高乙醇产率的常压室温等离子体微藻诱变育种

以普通小球藻FACHB-25为研究对象,利用常压室温等离子体在不同功率条件下对其诱变处理,在功率100W、120W条件下筛选出3株优势藻株,依次编号为S100-7、S120-4、S120-9.其中S120-9藻株培养末期生物量增加明显且多糖产量是原始藻株产量的1.34倍,达到237.98mg/L;S120-4碳水化合物含量占比为37.55%,较原始藻株提高了43.48%.对比了各藻株在光合性能、细胞组分以及细胞形态等方面差异.通过同步糖化发酵（SSF）,碳水化合物含量最高的S120-4藻株乙醇产量达到1.58g/10g藻,但其生物量积累受到限制.考虑生物量积累情况,推算出S120-9藻株单位体积藻液乙醇产量最高达到0.1033g/L.     

光催化与生物膜直接耦合降解4-氟苯酚废水

为了实现4-氟苯酚（4-FP）废水的快速持续降解,本文构建了光催化与生物膜直接耦合系统.该耦合系统由N掺杂TiO₂涂覆光催化光纤束、生物膜、核孔膜和紫外-可见LED光源构成.实验研究了单独光催化、单独微藻生物膜及光催化-生物膜耦合3种体系对4-FP的降解性能.研究发现：光催化系统降解4-FP速率慢、脱氟效率低,12h内降解率为94.3%,脱氟率仅为24.7%.微藻生物膜在第一个周期内对4-FP的降解性能高于单独光催化,10h内降解率达到98.9%,脱氟率达到90.9%,但3个周期后4-FP降解率降低至75.5%,脱氟率降低至69.5%.在耦合系统中,生物膜中微生物种群发生了自适应调整,富集了大量的红球菌、假单胞菌和无色杆菌,导致了光催化、生物降解及光合作用三者亲密协作,实现了4-FP快速持续地降解,运行12个周期后,5h即可将4-FP完全降解,同时溶解有机碳及脱氟率分别达到89.4%和78.3%.     

介质阻挡放电协同光催化降解硫化氢废气

恶臭是一种感觉公害,极大地危害着人们的身体健康和生活的安宁舒适,其中含硫恶臭气体是最为典型的一类,目前恶臭物质的治理问题成为一项重要的任务.为了达到理想的去除效果,该文在传统的介质阻挡放电技术上,协同由2种不同基体上沉积有纳米二氧化钛的催化剂降解硫化氢废气,分别采用单独DBD放电、协同催化的一段式、两段式系统研究了不同参数(输入电压、气体流量、初始浓度)对硫化氢废气降解效率的影响,并对比研究了在单独低温等离子技术及其协同催化剂的情况下,反应系统中臭氧、二氧化氮浓度的变化,对降解途径进行了分析讨论.结果 表明:随输入电压增大,以及在污染气体初始浓度和流量较小时,反应器对硫化氢气体的去除效率增大;协同催化剂的反应系统中硫化氢去除效果明显增强,且副产物减少.     

微生物燃料电池-人工湿地耦合系统研究进展

微生物燃料电池-人工湿地耦合系统(CW-MFC)是一种新型污水处理工艺,该系统在增强污水处理效果的同时提高了产电性能,具有广阔的应用前景。综述了CW-MFC系统的研究现状,并将影响CW-MFC系统处理效果和产电效率的因素概括为组成要素、结构特点和运行参数3个方面。论文最后总结了系统当前存在的问题,并对未来的研究方向进行展望。     

基于MIKE 21的汾河水库挟沙水流水质数值模拟研究

为了揭示悬浮泥沙(SSC)对水库水质的影响规律,对汾河水库进行样品收集和长期水质监测,采用水动力模型与泥沙转移和富营养化模型相结合的方法,将这三者关联耦合,并通过实测数据对模型进行参数率定和验证,分析含沙水和不含沙水中总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)、溶解氧(DO)四项指标,得出两者对水质造成的影响。结果表明:SSC对TN、TP的去除作用明显,对Chla、DO浓度分布影响较小,并计算了污染物的释放量以及贡献率,得出TP的负荷仅为16.47t,而贡献率高达25.25%。因此在汾河的污染控制方面应侧重削减磷,进而改善汾河地区的污染现状。     

高效液相色谱串联质谱法直接测定环境水样中8种有机磷农药

建立了一种高效液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）同时测定环境水样中8种有机磷农药的分析方法。以地表水、地下水、污水和废水样品作为代表性水样基底,前处理方法仅采用简单的滤膜过滤,在C₁₈柱分离后,在多反应监测模式下进行分析检测。结果表明,敌百虫、毒死蜱等有机磷农药在样品保存过程中迅速发生降解,分析须在样本采集后1 d内完成;该方法的检出限为0.10~0.20 μg/L,线性拟合相关系数（r）均>0.995;不同基底、不同浓度的加标回收实验表明,8种有机磷农药在环境基底中的回收率为74.5%~118%,相对标准偏差为0.4%~8.6%。该方法操作简便、灵敏度高、准确性好,在未来环境监测工作中具有较好的应用前景。     

污染场地风险管控可持续评价指标体系构建及关键影响因素分析

以可持续发展理论和风险管理理念为基本原则的污染场地可持续风险管控已成为当前国际社会场地管理的重要决策问题和研究前沿热点,为明确影响污染场地风险管控可持续发展能力的决定性因素,基于国内外污染场地可持续风险管控相关文献的系统调研,构建契合我国场地管理背景的区域污染场地风险管控可持续评价体系,通过指标综合权重计算判定影响风险管控可持续发展能力的关键因子.结果表明,区域尺度上可能影响我国污染场地风险管控可持续性的指标多达44个,涵盖环境、社会、经济和技术这4个维度,单指标影响程度为0.26%～5.01%(平均值2.27%).潜在风险和温室气体排放(环境指标)、健康与安全和公众参与(社会指标)、管控成本和环保投资(经济指标)、修复周期和修复效果(技术指标)是影响我国污染场地风险管控可持续发展的重要因子,影响程度为1.89%～5.01%(平均值3.58%).具有较强政策敏感性的指标,包括考核指标、投融资创新、名录管理、能力建设、安全利用和制度建设等,对风险管控可持续性已经产生1.18%～3.48%的正向影响,随着政策制度的深入落实与全面地域推广,其对风险管控可持续发展的助力效应将更加明显.