重金属在河口区潮汐界面与盐度界面响应规律研究

河口潮汐、盐度、悬浮颗粒物特征因影响化学物质在水体与其他介质之间分配行为,使得咸淡水生物利用度上产生差别,造成咸淡水水质基准标准的差异.重金属如铜,锌,铅,镉和铬等指标由于广泛分布在淡水及海水中,在较高的浓度下可具毒性效应,是现行《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)和《海水水质标准》(GB 3097-1997)常规监测项目.本研究以大辽河口为例,探索这些重金属指标在咸淡水河口区衔接情况和响应规律.首先,基于生物、化学和地质地理相似性确定潮汐界面(TCI)和河海边界(FSI)的位置,划分为潮汐淡水区及混合区.其次,分析了一个潮汐周期内重金属指标的变化特征,以及潮汐淡水区及混合区内盐度和悬浮颗粒物对分配系数Kd的影响,结果表明砷、镉和铬等指标更易受盐度的影响,而锌、铜、铅和镍等指标更易受悬浮颗粒物和潮汐状态的影响.最后,结合潮汐状态和分配系数研究结果,根据这些指标在TCI和FSI的变化趋势,归纳为两类响应规律:第一类如砷、镉和铬等指标,这类指标在FSI具有明显的突变点;第二类如锌、铜、铅和镍等指标,从TCI开始发生变化.两类指标在水相-沉积相-颗粒相介质的分配行为表明颗粒相和沉积相具有相似的变化趋势,尤其颗粒相中的重金属浓度,取决于悬浮颗粒物的浓度,指标响应差异主要存在于水相中.通过本研究识别出易受不同环境因子(如盐度和SS)控制的敏感指标,提出需关注河口本身特征造成的指标背景差异的必要性,将有助于我国现行水质标准制定、修订工作的实施和开展.     

电化学还原-氧化工艺降解4-氯酚的毒性研究

采用紫外光还原法制备了Pd-Fe/石墨烯催化阴极,并以Ti/IrO_2/RuO_2为阳极,构成三电极体系(双阴极)和两电极体系(单阴极)的电化学还原-氧化降解工艺,分别对4-氯酚进行降解.采用离子色谱、高效液相色谱、TOC仪对4-氯酚降解过程中中间产物及其浓度进行测定.根据公式计算降解过程中理论计算毒性值,应用发光细菌法测定降解过程中的实际毒性值,对理论计算毒性值与实际毒性值进行比较,分析不同体系下降解过程中毒性的变化规律.结果表明,两种工艺体系在最佳降解条件下,阴极室毒性均呈下降的趋势,由于降解过程中在阳极室生成高毒性的苯醌,阳极室毒性均先升高后降低.通过相关性分析得到,两种体系理论计算毒性与实际毒性在P=0.01水平下,相关性系数均为1,显著相关,表明降解过程中实际毒性的测定结果真实可靠.降解至120 min时,三电极体系毒性小于两电极体系,表明三电极体系优于两电极体系.据此提出实际毒性测定方法在电化学还原-氧化工艺降解氯酚类有机废水毒性测试的工业应用中有着广泛的前景.     

连续流反应器短程硝化的快速启动与维持机制

如何快速稳定地启动短程硝化工艺对低C/N比废水的处理具有十分重要的实际应用价值.针对城市污水厂以连续流工艺为主的现状,故对连续流反应器短程硝化的快速启动与维持进行研究.结果表明,利用间歇曝气,依次控制3个阶段的停/曝时间(15 min/45 min、45 min/45 min和30 min/30 min),连续流反应器经过60 d左右的运行,可以成功实现短程硝化的快速启动.控制停/曝时间为30 min/30 min,进水氨氮浓度为50或100 mg·L~(-1)时,亚硝化率分别可达90%或95%.另外,间歇曝气有利于抑制硝化菌(NOB)的活性,而缩短水力停留时间(HRT)可淘洗出NOB,两者结合可以更好地维持短程硝化.     

苏北潮滩温室气体排放的时空变化及影响因素

滨海湿地温室气体CO_2、CH_4和N_2O的排放在全球碳氮循环中发挥着重要的作用,进一步影响着全球气候变化.为研究滨海湿地CO_2、CH_4和N_2O排放的时空变化及影响因素,以苏北潮滩为例,采用静态暗箱-气相色谱法,于2013年4月至2014年3月,测定了不同时空尺度下CO_2、CH_4和N_2O通量的变化规律,并分析了影响温室气体通量变化的环境因素.结果表明,CO_2、CH_4和N_2O通量的季节变化的最大值出现在夏季,CO_2和N_2O通量的最小值出现在冬季,而CH_4在春季表现为弱吸收;互花米草滩年均排放CO_2量最大,为(766.3±496.9)mg·(m2·h)~(-1),芦苇滩年均排放CH_4和N_2O最大,分别是(0.420±0.900)mg·(m2·h)~(-1)和(17.4±5.0)μg·(m2·h)~(-1).光滩表现为对CH_4的吸收,为(-0.004±0.032)mg·(m2·h)~(-1),对CO_2和N_2O的排放,且排放通量最小,分别是(57.1±16.2)mg·(m2·h)~(-1)和(6.1±2.1)μg·(m2·h)~(-1).全球变暖潜能的最大值出现在互花米草滩,为68 841.280 kg·(hm2·a)~(-1),分别是芦苇滩和碱蓬滩的1.41倍和3.02倍,光滩的GWP最小,为5 002.100 kg·(hm2·a)~(-1).通过Pearson相关分析发现,除光滩外,CO_2通量与气温、土温呈显著的相关性(P0.05),而CH_4和N_2O通量与温度则不存在显著的相关性.尽管如此,CO_2、CH_4和N_2O通量的时间变化更多地是受温度以及植被生长状况的影响,而空间变化则主要由植被的状况所决定;外来种互花米草主要是通过增加CO_2排放来影响滨海湿地的全球变暖潜能.     

京津冀地区主要排放源减排对PM2.5污染改善贡献评估

研究选取2012年1月和7月作为冬夏两季代表时段,利用CMAQ/2D-VBS模型分析了冬夏两季京津冀地区主要排放源减排30%对改善区域PM_(2.5)污染的效果.结果表明,工业源对PM_(2.5)污染的贡献最大,其次是民用源,但工业源单位减排量贡献低于民用源,交通源和电厂源的整体贡献和单位减排量贡献均较小.工业部门内贡献最大的为钢铁冶金行业,其次是水泥、工业锅炉、炼焦、石灰砖瓦和化工行业.与各部门各物种排放量的比较反映出各排放源贡献大小与其一次PM_(2.5)排放水平高度相关.因京津冀地区冬季NO_x减排对PM_(2.5)形成的促进作用,以及冬季较弱的大气垂直扩散作用,各排放源夏季减排比冬季普遍更有效,交通源、电厂源以及工业源中的水泥、工业锅炉和石灰砖瓦行业夏季减排效果相比冬季优势明显.民用源由于采暖季排放较高而冬季贡献更明显,农业源因秸秆开放燃烧量大,冬季单位减排量贡献十分显著.从同等幅度减排考虑,应将工业源作为控制重点,优先控制其一次PM_(2.5)排放,在部门内进一步重点控制钢铁冶金行业的NO_x和SO_2排放、水泥行业的夏季NO_x排放以及炼焦行业的SO_2和NMVOC排放.民用源排放应着重在冬季采暖期控制.     

Cu-Al2O3中骨架铜类芬顿催化去除水中有机污染物

为解决传统铁基芬顿催化剂在水体通常酸碱(pH6)条件下活性低的问题,采用简单共沉淀法制备了Cu掺杂的Al_2O_3类芬顿催化剂.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见(UV-vis)吸收光谱分析表明,Cu-Al_2O_3中铜掺杂的质量分数低于4.77%时,催化剂中铜主要以Cu~(2+)和Cu~+的形式共存于Al_2O_3的骨架结构中,形成Al—O—Cu键;过量的铜掺杂会导致外骨架铜物种如铜氧化物团簇的存在.以难降解有机污染物2-氯苯酚(2-chlorophenol,2-CP)和染料罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标污染物,对Cu-Al_2O_3的类芬顿催化性能进行了详细地研究.结果表明,骨架铜物种在中性温和条件下对2-CP和Rh B显示出很高的催化去除效率和稳定性,反应2 h,Cu-Al_2O_3(Cu质量分数4.77%)对2-CP的去除率达到54%,相应的TOC去除率达到49%,而铜离子溶出浓度仅为0.025 5 mg·L-1,而Cu-Al_2O_3(Cu质量分数7.58%)由于外骨架铜的存在导致催化活性增加缓慢和稳定性下降.ESR测试结果表明,·OH和HO_2~-/O_2~-·是反应中主要的活性物种.     

TiO2/膨润土复合材料对Hg2+的吸附性能研究

利用纳米TiO_2对膨润土进行复合改性,制备TiO_2/膨润土复合材料.采用电镜扫描、X-射线衍射表征改性前后膨润土的结构和形貌.通过室内模拟实验,以膨润土为对照,研究不同添加量、pH、吸附时间及初始Hg~(2+)浓度等条件下,TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附特性与性能,同时通过正交试验,探究TiO_2/膨润土复合材料吸附Hg~(2+)的最优条件.结果表明,改性后的膨润土颗粒明显变小,且颗粒疏松多空孔,层间距增大.相比于膨润土,TiO_2/膨润土复合材料吸附性能得到极大提高.TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率均随着添加量、pH、吸附时间的增大而增大,添加量为1.5 g·L~(-1)、pH为7.0、吸附时间为120 min时,吸附率达98.0%以上.但TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率随着初始Hg~(2+)浓度的增大而减小.通过4种动力学模型拟合发现,吸附过程符合假二级动力学方程,吸附以化学吸附为主.吸附等温线更符合Langmuir等温方程,属于典型的单分子层吸附,最大吸附量为20.66 mg·g-1.吸附Hg~(2+)的最优实验条件:添加量为2.0 g·L~(-1),pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度为45 mg·L~(-1),吸附时间为16 h,此时吸附率99.9%,平衡浓度为0.034 mg·L~(-1).     

响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Cu~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH、温度和Cu~(2+)初始浓度为5个影响因素,Cu~(2+)吸附率为响应值,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定最佳吸附条件,对吸附过程的等温模型及吸附机理进行了研究.响应面分析表明,吸附剂用量、pH和Cu~(2+)初始浓度是显著因素.胡敏素对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附时间110 min、吸附剂用量2.4 g·L~(-1)、pH=5.4、温度25.0℃、Cu~(2+)初始浓度208 mg·L~(-1).在该条件下,测得胡敏素对Cu~(2+)的吸附率可达到80.78%,吸附符合Langmuir等温线方程.胡敏素表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Cu~(2+),同时,胡敏素表面的羟基、羧基和羰基等活性基团可以与Cu~(2+)发生配位络合作用,Na+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等与Cu~(2+)发生离子交换作用,从而发生化学吸附.研究结果表明,胡敏素作为一种绿色、高效、廉价的吸附剂,可应用于Cu~(2+)污染废水的治理.     

EDTA优化纳米Pd/Fe对2,4-D的催化脱氯研究

采用EDTA优化纳米Pd/Fe催化脱氯水中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),并考察了EDTA投加浓度、pH、钯化率、温度等因素对2,4-D还原的影响.结果表明,EDTA的加入络合了纳米Pd/Fe在催化脱氯过程中生成的铁离子,抑制纳米Pd/Fe颗粒表面钝化层的形成,提高了体系的反应活性.适宜的EDTA浓度、低pH、高钯化率、低温等有利于2,4-D的还原脱氯.当EDTA浓度为25.0 mmol·L-1,纳米铁含量为1.0 g·L-1,初始pH=4.3、钯化率为0.5%,温度为25.0℃,搅拌速率为200 r·min~(-1)时,反应50 min,10.0 mg·L-1的2,4-D去除率及苯氧乙酸(PA)生成率均达到100%.     

闽江口互花米草入侵过程对短叶茳芏沼泽沉积物硝化-反硝化作用的影响

2014年4、7、10月和2015年1月在闽江口鳝鱼滩湿地选择未被入侵的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)群落(A)、互花米草入侵斑块边缘(B)以及互花米草(Spartina alterniflora)入侵斑块中央(C)为研究对象,基于时空互代研究方法,探讨互花米草入侵序列下湿地沉积物硝化-反硝化变化规律.结果表明:在互花米草入侵序列中,湿地沉积物硝化速率为0.19~1.66μmol·m~(-2)·h~(-1),反硝化速率为12.41~27.19μmol·m~(-2)·h~(-1).沉积物硝化-反硝化作用存在明显的季节变化,硝化速率表现为夏季春季秋季冬季,反硝化速率表现为夏季秋季冬季春季;入侵不同状态下,沉积物硝化速率表现为BCA,反硝化速率表现为CBA.互花米草入侵提高了沉积物-水界面N_2O交换通量.互花米草入侵引起的沉积物pH、NH_4~+-N、含水量、容重和电导率等理化性质的改变是导致不同入侵阶段沉积物硝化-反硝化速率以及N_2O释放差异的重要原因.