基于近红外光谱技术和LSPTSVM模型的镉污染贻贝检测研究

贝类重金属污染已成为亟待解决的海洋食品安全问题,镉是重要的污染源之一。食用被重金属镉污染的翡翠贻贝会严重危害身体健康。研究了基于近红外反射光谱的镉污染贻贝无损、快速检测方法。通过采集正常贻贝和镉污染贻贝的950～1700 nm光谱数据,构建基于最小二乘投影孪生支持向量机(least squares projection twin support vector machine, LSPTSVM)检测模型,优化模型参数和正交投影轴数量获得最佳检测性能。提出的LSPTSVM模型检测镉污染贻贝准确率达到99.50%,优于其他孪生支持向量机模型。LSPTSVM模型适用于小样本数据集。针对难以获得大量镉污染训练样本情况,LSPTSVM模型较其他模型具有更好的稳健性。结果表明：近红外光谱结合LSPTSVM模型可实现镉污染贻贝检测,为贝类的品质评价和安全检测提供一种新的方法。     

水体各组分吸收系数的测量方法研究

主要综述了水体水色组分吸收系数的测定方法.其中有色可溶性有机物采用0.22 μm聚碳酸酯滤膜过滤后的过滤清液在分光光度计上测定换算得到.总颗粒物吸收系数采用定量滤膜技术得到,并总结了文献中各种光程放大因子β的校正方法.综合分析了甲醇浸泡提取法、次氯酸钠漂白法和数值分离法区分浮游藻类、非藻类颗粒物吸收的原理、操作方法和优缺点.最后对水体组分光谱吸收的典型特征进行了讨论.     

垂序商陆叶细胞壁结合锰机制研究

垂序商陆是一种典型的锰超积累植物,细胞壁在其累积解毒锰的过程中起了一定的作用.通过细胞壁吸附实验,研究不同p H和不同锰浓度对细胞壁吸附锰的影响,并采用傅立叶红外光谱及同步辐射X-射线吸收光谱技术探讨了其吸附机制.结果表明,垂序商陆叶细胞壁吸附锰的最适p H值为5~6;其吸附行为可用Langmuir模型较好地描述(R2=0.978 5),并计算得其最大吸附量为62.50μmol·g-1.细胞壁上的羟基(—OH)和羰基(—CO)是结合锰的主要位点;锰周围第一配层为氧原子,其配位数为6.3,Mn—O键长为0.216 nm,细胞壁与锰主要以内配层模式相结合.     

三峡库区典型农业小流域土壤溶解性有机质的紫外-可见及荧光特征

以三峡库区典型农业小流域土壤溶解性有机质(DOM)为研究对象,利用紫外-可见和荧光光谱,分析和讨论了不同土地利用类型(包括林地、田地、菜地和民用地)对土壤DOM地化特征的影响.结果表明,不同土地利用条件下DOM性质差异明显,以林地DOM的芳香性程度较高,腐殖化特征最强,其次为田地;尽管居民用地和菜地溶解性有机碳(DOC)含量高(均值分别为0.81 g·kg-1和0.89 g·kg-1),但是芳香化程度低,DOM中非生色组分对高DOC含量的贡献明显.所有样本荧光指数(FI)介于自生源特征(FI=1.9)和陆源特征(FI=1.4)之间,自生源(类蛋白组分)和异生源(类腐殖组分)对DOM均有贡献.大部分样本r(T/C)都大于2.0,说明该农业小流域土壤DOM受外来因素尤其是人类活动影响较大,尤以菜地为代表.另外,不同特征光谱参数对不同土地利用条件下DOM结构和性质差异性的灵敏程度不同,光谱斜率比值(SR)和腐殖化指数(HIX)不能反映DOM地化特征的差异性,因此单一光谱指标并不能全面提供DOM的特征信息,建议两种光谱分析方法联用.     

臭氧-曝气生物滤池组合工艺处理石化二级出水的试验研究

采用臭氧-曝气生物滤池组合工艺对石化废水厂二级出水进行深度处理,系统探讨了pH值对臭氧氧化单元的影响,组合工艺对废水中COD、UV254的去除效果,对废水中有机物相对分子质量分布以及荧光物质含量的影响.结果表明,在臭氧投加量为10 mg·L-1,接触时间为4 min,pH值偏碱性时,臭氧预氧化石化二级出水效果较好.臭氧氧化能将大分子有机物转化为小分子物质,使得相对分子质量小于1 000的有机物比例增加约15%,有效提高了废水的可生化性,有利于后续曝气生物滤池的运行.在曝气生物滤池的停留时间为3 h,气水比为3∶1时,组合工艺对COD、UV254的去除率分别达到40.8%和45.8%.在最佳运行条件下,进水平均COD为86.5 mg·L-1时,组合工艺出水平均COD为49.4 mg·L-1.     

辽河下游CDOM吸收与荧光特性的季节变化研究

有色溶解有机物(CDOM)是一类广泛分布于水体中的溶解有机物(DOM),是水环境中最大的溶解有机碳贮库.辽河是中国七大河流之一,年径流量为14.8亿m3,因此对于辽河CDOM的研究对辽河有机碳通量的估算具有重要意义.基于吸收光谱和荧光光谱分析了不同季节辽河下游河流中CDOM的光学特性.通过分析CDOM的吸收光谱及斜率(S)得到春季水样CDOM在355 nm的吸收系数[aCDOM(355)]低于秋季和冬季;秋季CDOM的分子量要小于冬季和春季,而春季CDOM的分子量大于秋、冬季.通过对比分析3期荧光强度及各荧光峰(类腐殖酸荧光峰,峰A、峰C;类蛋白质荧光峰,峰B、峰T),发现辽河下游水体CDOM的荧光特性表现明显的季节性,而且都表现出较强的类蛋白质荧光峰(峰B和峰T).春季的两个类腐殖质荧光之间以及秋、冬季两个类蛋白质荧光之间均存在很强的相关性(R2>0.9),说明来源或性质相同.春季CDOM的两个类蛋白质荧光峰的相关性较差(R2=0.21),反映了其组分的复杂性和来源的多样性;春季水体显现出较强的类腐殖酸荧光峰,说明外源输入是春季水体CDOM中类腐殖酸成分的主要来源.另外,本研究将aCDOM(355)和Fn(355)进行分析发现冬季两者相关性最好(R2=0.75),秋季次之(R2=0.48),冬季结果较不理想(R2=0.01).通过荧光峰值与CDOM浓度之间的相关分析可以得到荧光峰B是秋、冬季CDOM荧光的主要控制发光基团(R=0.66;R=0.89),而春季CDOM的类腐殖酸荧光(峰A和峰C)表现比较突出(R=0.74;R=0.82).     

中国南海CDOM三维荧光光谱特征研究

利用三维荧光光谱技术,分析了中国南海有色溶解有机物(CDOM)荧光组分的垂直分布特征.结果表明,中国南海CDOM含有类腐殖质荧光峰M和类蛋白质荧光峰T;CDOM的荧光强度(λEx/λE m:350 nm/450 nm)在表层较低,垂直分布呈现随深度增加而增加,在300 m处达到峰值,然后逐渐下降,在500~600 m间达最小峰值,而后保持相对稳定的分布规律.荧光指数FI均在1.4~2.0间,腐殖化指数HIX值偏低,生物源指数BIX在0.7~1.1之间,T峰为主要贡献者,说明南海CDOM主要为海洋自生来源,受海洋微生物作用过程影响较大.M峰和T峰的荧光强度在垂直分布上具有相似的变化趋势,表层荧光强度都最小,说明南海表层CDOM丰度分布受光降解影响较大.研究表明,南海CDOM的垂直分布受光化学反应、海洋微生物活动及颗粒有机物再矿化的共同影响.     

畜禽粪便堆腐过程中有机碳组分与腐熟指标的变化

以牛粪、菌糠、鸡粪等为材料按照两种比例调配为混合基质,在添加或不添加发酵启动剂的条件下在发酵罐中进行为期38 d的堆肥发酵试验,研究4种处理方式下畜禽粪便腐解过程中有机碳及其组分的变化,同时通过综合发芽指数(GI)评判腐解物料的腐熟度,确定GI与有机碳组分的关系.结果表明,添加发酵启动剂可以加速有机物质的降解,使水溶性有机碳和有机酸的含量下降(比初始值含量分别下降了41.85%、85.18%),促进类富里酸向胡敏酸转化,使畜禽粪便达到快速腐熟.在两种物料配比下,较高比例的牛粪不利于堆肥物质的分解和腐熟.根据达到腐熟要求的标准(GI0.8),当TOC357.27 g·kg-1,DOC7.00 g·kg-1,FA6.45 g·kg-1,腐解后期物料的红外光谱在1020 cm-1、1427 cm-1出现较为尖锐的峰值,即碳酸盐和硝酸盐含量增加,且草酸大幅度下降时,可以认为有机物料达到完全腐熟.当牛粪、菌糠、鸡粪的混合体积比为1∶1∶1时,在添加发酵启动剂条件下有机物料在腐解29 d时达到以上腐熟指标.     

Photocatalytic degradation of Rhodamine B bymicrowave-assisted hydrothermal synthesized N-doped titanate nanotubes

Microwave-induced nitrogen-doped titanate nanotubes（NTNTs） were characterized by transmission electron microscopy（TEM）, X-ray diffraction（XRD）, X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）, Fourier transform infrared spectroscopy（FT-IR）, Zeta potential analysis,specific surface area（SBET）, and UV-Visible spectroscopy. TEM results indicate that NTNTs retain a tubular structure with a crystalline multiwall and have a length of several hundred nanometers after nitrogen doping. XRD findings demonstrate that the crystalline structure of NTNTs was dominated by anatase, which is favored for photocatalytic application. The Ti-O-N linkage observed in the XPS N 1s spectrum is mainly responsible for narrowing the band gap and eventually enhancing the visible light photoactivity. FT-IR results demonstrated the existence of H3O＋, which could be excited by photo-generated holes to form hydroxyl radicals and degrade environmental pollutants. After sintering at 350°C, the UV-Vis absorbance edges of NTNTs significantly shift to the visible-light region, which indicates N atom doping into the nanotubes. Photocatalytic degradation of Rhodamine B（RhB） via NTNTs show good efficiency, with pseudo first-order kinetic model rate constants of 3.7 × 10-3, 2.4 × 10-3and 8.0 × 10-4sec-1at pH 3, 7, and 11, respectively.     

Optimized production of a novel bioflocculant M-C11 by Klebsiella sp. and its application in sludge dewatering

The optimized production of a novel bioflocculant M-C11 produced by Klebsiella sp. and its application in sludge dewatering were investigated. The optimal medium carbon source,nitrogen source, metal ion, initial pH and culture temperature for the bioflocculant production were glucose, NaNO3, MgSO4, and pH 7.0 and 25°C, respectively. A compositional analysis indicated that the purified M-C11 consisted of 91.2% sugar, 4.6% protein and 3.9% nucleic acids（m/m）. A Fourier transform infrared spectrum confirmed the presence of carboxyl, hydroxyl,methoxyl and amino groups. The microbial flocculant exhibited excellent pH and thermal stability in a kaolin suspension over a pH range of 4.0 to 8.0 and a temperature range of 20 to 60°C.The optimum bioflocculating activity was observed as 92.37% for 2.56 mL M-C11 and 0.37 g/L CaCl2 dosages using response surface methodology. The sludge resistance in filtration（SRF）decreased from 11.6 × 1012 to 4.7 × 1012m/kg, which indicated that the sludge dewaterability was remarkably enhanced by the bioflocculant conditioning. The sludge dewatering performance conditioned by M-C11 was more efficient than that of inorganic flocculating reagents,such as aluminum sulfate and polymeric aluminum chloride. The bioflocculant has advantages over traditional sludge conditioners due to its lower cost, benign biodegradability and negligible secondary pollution. In addition, the bioflocculant was favorably adapted to the specific sludge pH and salinity.