高盐高碱环境下硝化反硝化过程及N2O产生特征

采用稳定运行在高盐高碱环境厌氧/好氧/缺氧(A_n/O/A)模式下的序批式生物膜反应器(SBBR),考察在不同碳氮比(C/N)条件下,硝化反硝化过程及N_2O产生特征.结果表明,在C/N为5、2和对照组(C/N=0)时,总氮去除率分别为(98. 17±0. 42)%、(65. 78±2. 47)%和(44. 08±0. 27)%; N_2O的产生量分别为(32. 07±2. 03)、(21. 81±0. 85)和(17. 32±0. 95) mg·L~(-1); N_2O转化率(N_2O产生量在去除总氮中的比例)分别为(29. 75±0. 93)%、(30. 04±2. 17)%和(41. 69±0. 80)%.高盐高碱条件下,亚硝酸盐氧化菌(NOB)受到很强的抑制作用,硝化过程基本停留在亚硝酸盐阶段.由于高盐高碱环境对N_2O还原酶活性的抑制,使得异养反硝化过程产生了大量N_2O,随着碳氮比的增大,有更多的碳源用于反硝化过程,因而总氮去除率和N_2O产生量均随之增加.随着碳氮比的增大,N_2O转化率随之降低,这可能是由于异养反硝化过程氮素还原酶对电子的竞争所形成的,碳氮比越高,电子竞争越弱.高通量测序表明:在SBBR中,氨氧化细菌(AOB)被富集,而几乎不存在NOB;优势异养反硝化菌属主要是Thauera、Azoarcus和Gemmobacter.     

ZnIn2S4/g-C3N4光催化降解水中痕量药物卡马西平

本文采用水热合成法制备ZnIn₂S₄/g-C₃N₄复合催化剂应用于水中痕量药物卡马西平（CBZ）的太阳光催化降解,探究实际河水中固体颗粒（SS）,无机盐（IS）和溶解性有机物（DOM）对催化剂活性的影响以及ZnIn₂S₄/g-C₃N₄/浮石负载型催化剂光催化CBZ效果.结果表明,质量比为20：1 ZnIn₂S₄/g-C₃N₄的光催化活性高于ZnIn₂S₄,ZnIn₂S₄与g-C₃N₄异质结构加速了电子-空穴对的分离并抑制其复合、ZnIn₂S₄/g-C₃N₄中孔的增多和比表面积的增加有效提高了催化剂活性.水质参数对催化剂活性的影响顺序为DOM>IS>SS,过滤后河水中CBZ的光催化速率常数比原水提高了13倍;125mg/L催化剂投加量和太阳光照射240min后,100μg/L的CBZ被完全降解.动态试验中CBZ的光催化效率随水流速度的增大而下降;流速5mL/min下循环4次,ZnIn₂S₄/g-C₃N₄/浮石光催化降解与矿化CBZ的效率分别为86.4%和43.9%.     

不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配及输入效率

为了研究不同生育期光合碳在水稻-土壤系统中的分配与输入效率,通过盆栽试验,采用13C-CO₂脉冲标记法,定量研究水稻不同生育期(分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期)内光合碳在水稻-(根际/非根际)土壤系统中的分配及其对根际、非根际土壤有机碳的贡献.结果表明:13C-CO₂脉冲标记6 h后,水稻地上部、根系和根际土中13C的丰度最大值均出现在分蘖期,分别达到1 864.7‰、842.6‰和-8.2‰,显著高于后3个生育期.分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期这4个生育期水稻光合13C在地上部的分配比例依次增加,而在根部和根际土中的分配比例逐渐减小;不同生育期水稻光合13C在水稻-土壤系统中的总回收率为72.0%～81.0%,在籽粒中的回收率由1.8%逐渐增至40.3%,在根部和土壤中的回收率逐渐下降,表明水稻生育前期光合作用更强,能够向地下部快速输入“新碳”.水稻生长至成熟后,茎叶中光合13C的分配比例由61.0%～93.1%降至32.8%～74.1%,而在籽粒、根部和根际土中的分配比例分别增加了1～2倍,表明水稻植株在生长过程中光合碳向籽粒和地下部传输.根际沉积效率随水稻的生长逐渐由分蘖期的11.0%降至灌浆期的4.1%;光合碳对土壤有机质的贡献也逐渐减低,而且对根际土的贡献显著大于非根际土,表明水稻生长速率决定了光合碳对土壤有机碳的贡献率,而水稻根际沉积效应是根际土壤有机质获得较高光合碳贡献率的主要原因.该研究进一步量化了水稻生长期间光合碳的分配及其对土壤有机碳库的贡献,有助于深入开展水稻土有机质积累持续机制与固碳潜力研究.      

西北太平洋冬季气溶胶中稳定碳同位素组成特征

随着全球经济的快速发展，海洋大气受到了人为污染物的严重影响，并引起了广泛的关注.碳组分是海洋大气气溶胶的重要组成，对全球气候变化和海洋碳循环有着重要的影响.由于采样困难，有关偏远海域海洋气溶胶中总碳（TC）在传输过程中发生的化学反应及其污染来源的研究相对较少.因此，本研究于2014年12月-2015年3月期间搭载西北太平洋观测航次收集海洋大气气溶胶样品，并测定总碳（TC）浓度及其稳定碳同位素组成（δ¹³C）.结果表明，海洋大气气溶胶TC平均浓度为（4.0±4.4）μg·m^-3，δ¹³C平均值为-26.6‰±0.8‰.近岸与远海的TC平均浓度分别为（6.0±6.8）、（3.1±2.7）μg·m^-3，δ¹³C平均值分别为-26.0‰±1.1‰、-26.9‰±0.4‰.根据后向轨迹分析结果可知，近岸与远海TC浓度和同位素的差异可能是由不同气团的来源导致，近岸总悬浮颗粒物（TSP）中TC主要来源于大陆的生物质燃烧和机动车尾气，而远海可能与二次有机气溶胶（SOA）的形成比例相对较高有关.     

淡水湖泊营养状态监测新方法——叶绿素比值模型

选取铜绿微囊藻、鱼腥藻、蛋白核小球藻、汉氏菱形藻、薄甲藻和小定鞭金藻作为湖泊水体从富营养状态到贫营养状态的代表藻种,用热乙醇-反复冻融-分光光度法测定其叶绿素a、b、c的浓度,通过分析叶绿素(chl)的比值、藻类种群组成和水体营养水平之间的响应关系,建立了叶绿素比值模型作为评价水体营养状态的一种新方法.在计算单种藻类chlb/chla、chlc/chla比值的基础上,结合目前我国湖泊水体不同营养水平藻类种群组成的统计数据,得到不同营养状态下多种藻类同时存在时水体chlb/chla和chlc/chla比值的变化曲线.结果表明,在中营养和贫营养水体中,chlc/chla值随营养水平的降低呈明显单调上升的趋势;在富营养化水体中,chlb/chla值随营养水平的降低而呈明显单调上升的趋势.根据这个规律,提出了判断水体营养水平的新标准,即:当chlc/chla0.30时,水体为贫营养;当0.18chlc/chla0.30时,水体为中营养;当chlc/chla0.18时,水体为富营养,此时,需要借助chlb/chla的值进行进一步的判断:当chlb/chla0.14时,水体为轻度富营养化;当0.08chlb/chla0.14时,水体为中度富营养化;当chlb/chla0.08时,水体为重度富营养化.以白洋淀为研究案例,分析结果表明,叶绿素比值模型判断和综合营养状态指数法判断结果相符.因此,叶绿素比值模型可以作为简单、快捷、准确的评价我国淡水湖泊营养状态的方法.     

“塘+湿地”耦合系统净化再生水补给低C/N河湖水体的效能及机制研究

构建了针对再生水补给低C/N河湖水体的"释碳塘-水平潜流人工湿地-沉水植物塘"耦合生态净化系统，以北运河上游沙河水库为研究对象，研究了该耦合系统对主要污染物TN、TP和COD_Cr的净化效能，并采用高通量测序技术解析了各单元微生物群落分布特征.结果表明，耦合生态系统稳定运行后出水中TP、TN和COD_Cr的浓度分别为（0.07±0.03），（1.41±1.06）和（18.51±6.97）mg·L^-1，其中，TP和COD_Cr可稳定达到《我国地表水环境质量标准》（GB3838—2002）地表IV类水（湖库）标准，TN达标率为73%.10月下旬后出水中TN不达标主要是由于温度降低导致反硝化细菌活性降低以及进水中C/N降低导致.本耦合系统可强化沙河水库中氮素的去除，不仅体现在释碳床的加入可补充湿地反硝化所需碳源，且自身的"夹心结构"可在内部实现缺氧环境，有利于反硝化的发生.加入释碳床前后，释碳塘和水平潜流人工湿地对TN的去除率分别由23.1%±27.3%和38.3%±21.6%提高至25.3%±19.4%和47.4%±15.6%.微生物群落分析结果表明，运行过程中释碳床内部微生物优势菌属由嗜氢菌属和淀粉发酵菌属转变为纤维素降解菌属.耦合系统各单元优势菌属差异较大，其中节杆菌属（Arthrobacter）在3个单元均为优势菌属.     

低B/C污水对A2/O工艺的冲击仿真模拟

基于深圳市某污水厂A2/O工艺与进出水在线监测数据,使用GPS-X软件建立、校正A2/O仿真模型并论证了模型的可靠性。提出持续冲击模拟和随机冲击模拟2种冲击模拟方案,模拟了2种因总COD溶解惰性组分占比(frsi)升高导致的低B/C污水冲击A2/O工艺的方式。模拟结果表明:A2/O工艺受到低B/C污水冲击时,TN、TP、COD依次超标,投加碳源可降低TN、TP的超标率,降低好氧池溶解氧浓度可节省碳源投加量,TN、TP的最低超标率小于COD。若以模拟时间内5%的COD超标率为阈值,则A2/O工艺最多可承受frsi=0.133、B/C=0.332污水31d持续冲击,或frsi=0.136、B/C=0.330污水的25 d,frsi=0.143、B/C=0.328污水的20 d,frsi=0.151、B/C=0.324污水的15 d,frsi=0.161、B/C=0.319污水的10 d,frsi=0.189,B/C=0.308污水的5 d随机冲击。     

北京冬季一次重污染过程PM2.5中水溶性无机盐的变化特征

为了解北京冬季重污染过程大气颗粒物化学特性,利用高时间分辨率实时在线细粒子快速捕集及化学成分分析系统(RCFP-IC)对2011年2月18—24日发生的一次重污染过程PM2.5中水溶性无机离子浓度变化进行了在线观测.结合颗粒物质量浓度、气态污染物浓度及气象资料,对此次污染过程中污染物的化学成分变化特征进行了详细分析.结果表明,此次北京冬季重污染4 d中颗粒物污染严重;总水溶性无机离子平均质量浓度151.31μg·m-3,占PM2.5相对比例54%,其中NO3-、SO24-和NH4+质量浓度占总水溶性无机离子质量浓度91%,二次离子污染非常严重;硝酸根氧化率(NOR)和硫酸根氧化率(SOR)结果显示NO3-与SO24-主要通过非均相反应生成,水溶性无机盐存在形态以NH4HSO4和(NH4)2SO4为主;重污染期K+和Cl-质量浓度显著升高,Mg2+和Ca2+质量浓度下降;阳、阴离子电荷比(C/A)重污染平均值为0.8,细粒子偏酸性.     

巢湖沉积物中氮与磷赋存形态研究

利用连续提取法研究巢湖沉积物中不同赋存形态P、N的组成和分布特征.结果显示,巢湖沉积物中总P含量为0.111～0.655 g·kg-1,平均0.358 g·kg-1,主要由无机P组成(65%～72%),赋存形态以铁结合态为主;巢湖沉积物中总N含量为0.220～0.922 g·kg-1,平均0.532 g·kg-1,以有机N为主,约占总N的94.7%.有机N含量与有机指数等指标显示,巢湖处于清洁与尚清洁状态.湖泊沉积物中有机质、总N、总P间相关分析表明,湖泊营养物质来源具同一性趋势;有机C/N比值的研究结果显示,有机质主要来源于陆源.     

厌氧-好氧生物除磷影响因素的控制

采用厌氧-好氧生物除磷工艺,研究了两个关键因子--化学需氧量与磷的比值和污泥负荷对系统除磷效果的影响及其控制.结果表明,原污水中化学需氧量与磷的比值越高,厌氧放磷越多,越有利于除磷;厌氧放磷与厌氧吸收碳源呈正相关;并且,进水化学需氧量与磷的比值的变化对整个系统碳源污染物的去除效果不会产生明显的影响.试验发现,厌氧条件下聚磷菌贮存碳源的多寡并不完全依赖于高能磷酸键水解提供的能量,原污水中化学需氧量越多,越有利于厌氧碳源的贮存.若要达到好的除磷效果,系统的污泥负荷必须控制在0.21～0.5 kg/(kg·d)之间,且污泥负荷越高,除磷效果越佳.