钛基修饰电极催化电解去除水中硝酸盐氮的研究

利用热分解法制备CuO修饰Ti基阴极和SnO2-Sb2O5修饰Ti基阳极,组成无隔膜电解体系,以模拟废水(NO3--N 50mg/L)为对象,进行了水中NO3--N去除实验研究.结果数据表明,CuO修饰Ti基阴极对水中NO3--N的去除率随电流密度、极板间距、搅拌强度和电解时间增加而增加,在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、中等搅拌强度下电解150min,NO3--N催化还原去除率可达93.8%.Cl-支持电解可使NO3--N催化还原产物NH4+-N氧化为N2-N去除.在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、NaCl添加量600mg/L、中等搅拌强度下电解120min后,NO3--N和TN的去除率达到89.3%和86.9%,NO2--N和NH4+-N未检出.分析认为NO3--N还原机制为NOx中O被阴极表面Cu吸附固定,N—O键受氢攻击破坏,逐步还原.阳极电解Cl-生成HOCl,HOCl氧化NH4+-N成N2-N.     

非贵金属催化电解无害化去除硝酸盐氮的反应机制

以Ti/Co-Fe-Cu为阴极,Ti/IrO2-RuO2为阳极组成无隔膜电解体系,对非贵金属催化电解无害化去除NO3--N的反应机制进行了实验研究和理论分析.结果表明,NO3--N阴极催化还原过程中,反应物、产物需要通过对流、扩散作用,克服电场力,迁移至目标位置;在非贵金属的催化作用下,NO3--N受还原剂攻击,逐步还原为NH4+-N;还原中间产物NO-N和NH-N直接生成N2-N的过程受抑制,产物NH4+-N难以被再度直接氧化.添加Cl-作为支持电解质,实验电解体系发生阳极析氯、Cl2水解、NH4+-N氯氧化等过程,可将NH4+-N氧化为N2-N,且出水中NO3--N、NO2--N、氯胺类浓度很低.NO3--N无害化去除的反应机制是NO3--N在催化作用下,经传质、吸脱附、电子交换过程,还原为NH4+-N,NH4+-N经由Cl-→Cl2→HOCl→Cl-电解氯氧化循环,最终生成N2-N.     

铁还原菌介导的氧化铁还原与硝酸盐还原的竞争效应研究

中性厌氧条件下,脱色希瓦氏菌Shewanella decolorationis(S12)能够使用多种电子受体进行厌氧呼吸,包括溶解态的硝酸盐以及难溶态的氧化铁基质。因此,本文通过构建"脱色希瓦氏菌/铁氧化物/硝态氮"的交互反应体系,研究这一体系中铁还原与硝态氮还原的相互作用过程,并对相互作用机制进行初步探讨。结果表明,交互反应体系中氧化铁还原与硝酸盐还原存在明显的竞争关系;随着氧化铁比表面积、可利用态铁含量的增大,硝酸受抑制作用逐渐增强;通过不同温度煅烧而得到的不同结晶度的赤铁矿对硝态氮的抑制作用也被研究。结果还表明,氧化铁结晶度越高,S12对硝态氮的还原抑制作用越小。循环伏安电化学测试结果发现,加入硝酸条件下,铁氧化峰几乎完全消失,表明硝态氮存在条件下,铁还原受到明显抑制。针对以上结果,初步探讨了铁还原与硝态氮还原竞争的原因,即:(1)Fe(Ⅲ)与NO3–同时作为电子受体,因竞争电子而受到抑制;(2)吸附态Fe(Ⅱ)物种还原NO3–,导致Fe(Ⅱ)累积减少,NO3–还原因产生的Fe(Ⅱ)的低速率而被抑制。     

1,4-二氯苯在褐土中的残留量变化及对几种土壤酶活性的影响

1,4-二氯苯(1,4-DCB)作为农药和化工产品生产的原料和中间体,在环境中的含量越来越多.采用气相色谱法对不同浓度1,4-DCB处理后土壤中药物残留量进行了测定;对1,4-DCB处理后褐土土壤中几种重要的氧化还原酶(多酚氧化酶、过氧化氢酶、脱氢酶)和脲酶活性进行测定,用其改变来反应1,4-DCB残留对土壤生态系统的影响.结果发现:在1,4-DCB处理30 d后,土壤中1,4-DCB残留保持在44%~50%;1,4-DCB处理后土壤中多酚氧化酶活性呈现先升高后降低的现象,酶活性峰值因作用时间和作用浓度不同而不同.与多酚氧化酶活性改变趋势不同,1,4-DCB处理后土壤脱氢酶活性降低.两种酶活性与1,4-DCB处理浓度之间均具有一定的浓度-效应和时间-效应关系.与多酚氧化酶和脱氢酶活性变化结果不同,1,4-DCB处理后土壤脲酶和过氧化氢酶的活性则随着处理浓度升高和处理时间延长而升高.因此,土壤中不同酶活性对1,4-DCB污染产生了不同的响应.     

低含量Pb对Cd处理下冬小麦根际土壤氧化还原酶活性、BIF及C/N的影响

为正确评价重金属污染下冬小麦根际土壤微生态系统的安全性和稳定性,采用盆栽试验法研究了铅(Pb)含量低于国家"土壤环境质量标准(GB 15618-1995)"规定的Ⅱ类土壤环境基准值(350.00 mg/kg,干土)时,与镉(Cd)复合处理对冬小麦幼苗根际土壤氧化还原酶活性、肥力指数(Biological index of fertility,BIF)及碳/氮(C/N)的影响.结果表明:(1)幼苗生长3周时,Cd处理下过氧化氢酶和多酚氧化酶活性显著(P<0.05)增加,脱氢酶活性显著(P<0.05)降低;7周时多酚氧化酶和过氧化氢酶活性显著(P<0.05)降低;12周时,多酚氧化酶和脱氢酶活性显著(P<0.05)降低.此外,根际土壤生物学肥力指标BIF值主要表现为降低,而根际土壤C/N值在幼苗生长3周和12周时显著(P<0.05)降低,7周时却极显著(P<0.01)升高.(2)低含量Pb与Cd对脱氢酶和过氧化氢酶活性、BIF值主要起协同抑制效应,对多酚氧化酶活性表现出拮抗效应.幼苗生长3周和12周时,低含量Pb可减轻Cd对C/N值的降低效应,7周时,低含量Pb和Cd协同促进C/N值升高.土壤Pb含量低于国家"土壤环境质量标准"规定的Ⅱ类土壤环境基准值时,仍会明显影响Cd污染下冬小麦幼苗根际土壤的生化功能特征.     

基于微电极技术的反硝化滤池生物膜特性分析

为研究反硝化滤池中溶解氧对反硝化作用的影响,制备性能良好尖端直径在30μm以内的氧(O2)以及硝酸盐(NO3-)微电极,以此为测试工具,对反硝化滤池中生物膜内部O2、NO3-微环境分布进行测试,通过建立扩散-反应方程,获得生物膜微环境耗氧及反硝化活性特征.研究结果表明,溶解氧在生物膜内部呈明显的下降趋势,从主体溶液氧浓度约1mg/L下降至生物膜300μm深度处约为0.生物膜内部反硝化活性区域发生在300~600μm深度范围内.该条件下反硝化滤池生物膜的氧利用速率常数以及反硝化速率常数之间的比值为1.46,溶解氧对反硝化过程的影响是显著的.     

太湖西苕溪流域地表水、地下水硝酸盐污染特征及来源

为探寻西苕溪流域地下水中NO₃--N的污染来源,对西苕溪流域地表水、地下水体的NO₃--N污染状况进行了调查,并结合水化学与NO₃--N同位素对其来源进行解析. 结果显示,西苕溪流域地表水的ρ(NO₃--N)为1.07～3.45 mg/L,ρ(NO₂--N)为0.15～0.35 mg/L;地下水中ρ(NO₃--N)为3.24～15.31 mg/L,平均值达9.26 mg/L. 下游地区地下水的ρ(NO₂--N)较高(0.26～4.25 mg/L),平均值达3.00 mg/L. ρ(NO₃-)与ρ(Cl-)的关系显示,西苕溪地表水、地下水存在比较稳定的NO₃--N输入来源. NO₃--N同位素分析结果显示,地表水的δ15N为7.0‰～16.7‰,说明上游NO₃--N主要来源于土壤有机氮的矿化,中下游则主要受到农业施用化肥与人类生活污水二者的共同影响;地下水的δ15N为14.3‰～27.1‰,说明调查区域内的地下水受人畜粪便和生活污水的影响可能更为强烈,另外,地下水中存在的反硝化作用也是造成地下水δ15N增高的原因.      

电化学生物膜反硝化磁场促进效应

针对BER(电化学生物膜反应器)的传质问题,设计了MBER(磁场-电化学生物膜反应器).通过对不同电流强度下BER和MBER中NO3--N,NO2--N,NH4+-N和TN去除或产生情况的对比,以及不同电流强度下电流利用效率的分析发现,在HRT为10 h,温度为25℃,进水pH为7.8,进水ρ(NO3--N)为30 mg/L的运行条件下,MBER对NO3--N的去除率高出BER13%～38%,MBER对TN的去除率高出BER 10%～30%.且MBER在电流强度为70 mA时就达到最高去除率,而BER则需要电流强度为80 mA时才能达到最高去除率.试验证明磁场的存在促进了BER反硝化,提高了电流利用效率,使得MBER可以在较低电流强度下达到优于BER的脱氮效果.      

上海市2000-2019年降水酸性和离子成分的变化趋势

降雨的酸度和化学成分主要由区域空气质量决定.本研究通过分析上海市2000-2019年降水监测数据,研究了酸雨强度和频率的变化趋势及其原因.结果 表明,本世纪前二十年上海酸雨污染呈现先加剧后缓解的倒"V"型变化趋势,2019年全市平均酸雨污染水平与2000年相当,其中石化企业集中的金山区取代钢铁火电集中的宝山区成为上海酸雨污染最严重的区域.SO42-、NO3-、NH4+和Ca2+是降水中的主要离子成分.各站点降水SO42-浓度比最高点分别降低了85％-94％,与同期大气SO2降幅基本一致,表明消减SO2排放在酸雨防控中发挥了关键作用.NO3-/SO42-比值不断升高,从最初的～0.3上升到当前的1.0以上,表明上海酸雨已经从硫酸型转变为以硝酸为主的混合型,即,机动车排放污染成为上海酸雨的主控因子.降水中Ca2+浓度降幅超过70％,部分抵消了SO2减排对酸雨的影响.随着碱性大气颗粒物的减少,NH3排放对降水酸度的影响越来越突出.为协同治理PM2.5和酸雨污染,本研究建议在长三角等酸雨区应审慎实施NH3减排措施.     

乙醇在地下水硝酸盐原位去除中的可利用性

由于地下水中溶解氧的约束与电子供体的缺乏,地下水硝酸盐污染的原位修复十分困难。论文通过实验室微元体、砂柱和含水砂槽实验研究,发现:乙醇作为电子供体,容易被普遍存在的反硝化菌利用,同时导致硝酸盐被快速去除,且没有亚硝酸盐积累;含水介质中的溶解氧对该过程影响是短暂的,有限的溶解氧被率先利用后,硝酸盐去除速率明显加快;乙醇不会被含水介质吸附,迁移能力强,其羽状体中溶解氧与硝酸盐通常是低浓度的,甚至是缺失的。用乙醇作为电子供体,促进地下水硝酸盐原位修复,投注简便,不要外来微生物接种,具有很强的可利用潜力。